CN105701593A - 集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块，包括配方配置管理器、配方运行体、配方监控平台，配方配置管理器实时控制配方运行体，配方运行体控制配方监控平台，配方监控平台则监视配方运行体的运行信息，配方配置管理器在控制上体现为配方生产与管理，配方运行体在控制上体现为生产规划与调度、过程管理、设备监控、过程控制、人员与环境保护，配方监控平台在控制上体现为生产信息管理；所述配方功能模块通过脚本与控制站的数据库连接，控制站的数据库用于控制集散控制系统DCS，所述配方功能模块对集散控制系统DCS内的控制代码进行定义，将其分解为更小的控制模块，更加有利于对配方进行修改。

Description

集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块

技术领域

本发明涉及UWinTech软件平台新增的一种配方功能模块。

背景技术

配方是描述一个批次的产品以及产品如何生产的批次生产说明书，由设备资源的操作流程和步骤组成。批次生产系统可以非常灵活地为每个批次的产品分配一个唯一的标识，通过该唯一的标识使生产的每批产品具有可追溯性，满足质量保证的要求，同时实现使用同一套生产装置，生产多个品种的产品，这在化工厂、制药厂及食品饮料厂中非常普遍。最早为批量控制指定国际标准的是ISA（Instrumentation，Systems，andAutomation）组织于1995年发表的S88.01标准，它是S88标准的一部分，S88.01标准的贡献是为批量生产过程定义了模型和术语，国际电工委员会（IEC）于1997年发布的IEC61512-1（IEC1998）标准，实质上引用了S88.01标准。S88.01标准从两个不同的视角，“过程（Process）”和“设备（Equipment）”来描述批量控制。过程角度代表的是化学工艺师、药剂师的视角，而设备角度反映的是物理模型，代表的是生产操作员的视角。

标准对于每个公司或者工厂以及他们特定的批处理实施步骤都是特殊的，在开发的同时需要遵从各个行业的标准。同时随着自控系统的提升，新的挑战也随之而来，在使用中时刻面临着一些问题，主要包括：目前没有通用模型用于批处理控制，没有对标准达成一致意见，让公司遵守。用户很难准确表达他们对批处理过程控制的要求，甚至没有通用的术语。由于每个供应商都有自己的方法解决用户批处理控制问题，因而很难把不同供应商的设备集成在一起。很难对批处理控制解决方案进行配置和修改，因为这些代码并没有分解到不同的控制模块中。另外，代码在PLC中执行，不得不需要分立的定制管理信息系统MIS在整个批处理生产过程中，对原材料进行跟踪和记录。目前，尽管现有生产模块都服从国际标准，可是控制技术并不成熟。并且，现有的批处理控制系统常用于处理同样的工序，或很少对工序进行变更的工程。

发明内容

本发明提供了一种集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块，该配方功能模块作为UWinTech软件平台的新增模块，致力于向用户提供模块化、集成化、可扩展的开放配方产品批次控制平台，有助于帮助用户减少产品生产周期中的各种费用。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块，为UWinTech软件平台新增的功能模块，该配方功能模块应用于Batch控制系统，包括：

配方配置管理器（UWinBatch），采用点阵式编辑模式，每一个点阵对应一个步阶段，步阶段的新增、编辑、删除等操作只需一步操作，生产任务单的配置采用最直观的列表模式，生产任务单的名称、预设、单位等信息可根据用户需要任意配置，同时生产任务单可以在后续的步阶段配置中使用，以达到生产任务单的配置决定整个配方的运行逻辑，上述步阶段是指一个阶段下的步；

配方运行体（BatchSvr），主要负责配方的运行任务，同时间可接受最高255个配方的运行，CPU使用率保持在10%以内，配方运行体通过网络技术进行局域网内的信息协调，使得同一局域网内的配方运行体对于同一配方的运行是唯一性的，但是最终反馈到各个操作站上的配方实时信息是协调一致的，配方运行体同时支持不同客户端的统一控制功能；

所述配方配置管理器（UWinBatch）实时控制配方运行体（BatchSvr），配方运行体（BatchSvr）控制配方监控平台（BatchCtlWin），配方监控平台（BatchCtlWin）则监视配方配方运行体（BatchSvr）的运行信息；

所述配方配置管理器（UWinBatch）在控制上体现为配方生产与管理，所述配方运行体（BatchSvr）在控制上体现为生产规划与调度、过程管理、设备监控、过程控制、人员与环境保护，所述配方监控平台（BatchCtlWin）在控制上体现为生产信息管理；

所述配方配置管理器（UWinBatch）包括配方生产与管理、生产规划与调度、生产信息管理，所述配方运行体（BatchSvr）包括过程管理，所述配方监控平台（BatchCtlWin）包括设备监控，所述配方功能模块还包括过程控制、人员与环境保护；

配方生产与管理，用于创建、保存、以及维护配方，其结果产生主配方；

生产规划与调度，用于为批量生产的调度计划进行决策分析；

过程管理，用于从主配方创建控制配方，并对批量生产初始化，从开始即监视生产过程，收集批量生产和设备的事件信息；

设备监控，用于获取和执行工艺要素、管理设备资源、收集批量生产和设备单元的事件信息；

过程控制，用于控制设备阶段的执行，属于集散控制系统DCS的功能；

人员与环境保护，不属于IEC61512-1的范围，但它是实际Batch控制系统的一部分；

生产信息管理，用于收集、保存、处理、以及报告产品信息，生产记录应保存的数据包括批次的识别信息、绝对时间戳、以及所用的设备信息；

所述配方功能模块的控制实现部分由集散控制系统DCS实现，所述配方功能模块通过脚本与控制站的数据库连接，控制站的数据库用于控制集散控制系统DCS，控制站完成配方功能模块的逻辑实现和过程控制，配方功能模块的设备监控和过程记录由集散控制系统DCS的人机界面（HMI）层软件实现，而配方功能模块中的配方生产与管理、生产规划与调度、过程管理则超出了集散控制系统DCS的功能范畴，三者以一个高级应用软件包的形式，即Batch服务器，外挂在集散控制系统DCS的系统平台上；

所述配方功能模块通过生产任务单将产品所用到的原料按照配比关系罗列出来，同时在产品配方运行前根据需要手动修改数据，以阶段和步配合的形式运行整个配方过程，最终实现把配方植入到集散控制系统DCS中，通过手动输入和执行脚本语言自动写入产品配方批号的方式，采用批次作为识别产品的唯一标识，运行批次事件同时方便后续查看；

所述配方功能模块的控制过程包括多种阶段，阶段为执行动作的类型，多种阶段包括手动阶段、等待阶段、脚本阶段、设备阶段、跳转阶段，手动阶段用于手动确认是否执行下一步，等待阶段用于上一步到下一步的精确时间延时，脚本阶段用于执行一段脚本语言，脚本语言可以是一段赋值语句，也可以是一段等待条件判断语句，生产工艺中相关设备单元组成一个设备，设备阶段用于将设备中的设备单元执行，所述跳转阶段用于上一步执行完后跳转到不同的执行步；上述每种阶段下对应有步，步为阶段的一个具体动作；

所述配方功能模块基于S88.01的批处理解决方案，通过标准化和工序复用技术降低时间和工程成本的同时减少了故障修复时间，针对Batch控制，制定了通用的术语，便于不同用户准确表达他们的意图和要求，这些通用的原则、数据和模型，可以将不同供应商的解决方案集合起来，解决用户批处理控制问题；所述配方功能模块对集散控制系统DCS内的控制代码进行定义，将其分解为更小的控制模块，更加有利于对配方进行修改，同时有利于对分解后的控制模块的重复使用，配方可以灵活的修改从而生产不同的产品，在无需改变集散控制系统DCS内控制代码的基础上实现对配方的修改和创建。

进一步地，所述配方功能模块通过配置配方的安全区来设置不同用户对产品配方的操作权限，当用户是配方的安全区设定的客户时，才可对配方进行操作，所述安全区根据不用功能的操作权限设置有多个。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明的配方功能模块与集散控制系统DCS相结合，通过脚本连接控制站的数据库进而控制集散控制系统DCS，以阶段和步配合的形式运行整个配方过程，最终实现把配方植入到集散控制系统DCS中，配方功能模块的功能实现通过集散控制系统DCS完成；另外，配方功能模块不需要分立的定制管理信息系统MIS在整个批处理生产过程中以对原材料进行跟踪和记录；

（2）本发明基于S88.01标准而设计，将配方程序与现场设备的逻辑控制分离开来，配方的生产是在普通的PC上，而控制的程序代码运行在集散控制系统DCS上，配方的生产、编辑、修改只需在PC上进行，无需去修改集散控制系统DCS的控制器中的程序，这样，配方就可以灵活修改，为批量生产企业实现灵活多变的批量生产提供了可能；

具体来说，配方功能模块对集散控制系统DCS内的控制代码进行定义，将其分解为更小的控制模块，更加有利于对配方进行修改，同时有利于对分解后的控制模块的重复使用，配方可以灵活的修改从而生产不同的产品，在无需改变集散控制系统DCS内控制代码的基础上实现对配方的修改和创建；

（3）本发明的配方功能模块作为UWinTech软件平台的新增模块，集产品批次运行、监控、维护于一体，致力于向用户提供模块化、集成化、可扩展的开放配方产品批次控制平台，有助于帮助用户减少产品生产周期中的各种费用。

附图说明

图1为本发明的配方功能模块的结构图。

图2为本发明的配方功能模块的控制模型图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种基于集散控制系统DCS的用于自动化批次生产的配方功能模块，该配方功能模块支持模块化的生产批次设计方法，通过确定它的物理和过程方面信息以及它们的顺序来建立生产批次过程，主要承担配方产品批次运行、监控、维护等功能，广泛应用于精细化工、新材料、制药等领域。本发明的配方功能模块能够与人机界面、算法、数据库功能结合运用进行配方管理和过程控制。

对于大量使用复配技术加工产品的精细化工行业来说，由于应用对象的特殊性，很难采用单一的化合物来满足要求，于是配方的研究便成为决定性的因素。经过剂型加工和复配技术所制成的商品数目，往往远远超过由合成而得到的单一产品数目。采用复配技术所推出的产品，具有增效、改性和扩大应用范围等功能，其性能往往超过结构单一的产品。因此，掌握复配技术是使精细化工产品具备市场竞争能力的一个极为重要的方面。配方技术对应于批次控制生产，本发明的配方功能模块能够开发生产Batch控制系统以支持灵活的生产能力、独立于设备的配方系统，并通过有组织的控制方法进行独立于生产批次的协调控制。

如图1所示，集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块，为UWinTech软件平台新增的功能模块，该配方功能模块应用于Batch控制系统，包括：

配方配置管理器（UWinBatch），采用点阵式编辑模式，每一个点阵对应一个步阶段，步阶段的新增、编辑、删除等操作只需一步操作，生产任务单的配置采用最直观的列表模式，生产任务单的名称、预设、单位等信息可根据用户需要任意配置，同时生产任务单可以在后续的步阶段配置中使用，以达到生产任务单的配置决定整个配方的运行逻辑，上述步阶段是指一个阶段下的步；

配方运行体（BatchSvr），主要负责配方的运行任务，同时间可接受最高255个配方的运行，CPU使用率保持在10%以内，配方运行体通过网络技术进行局域网内的信息协调，使得同一局域网内的配方运行体对于同一配方的运行是唯一性的，但是最终反馈到各个操作站上的配方实时信息是协调一致的，配方运行体同时支持不同客户端的统一控制功能；

配方监控平台（BatchCtlWin），是对配方的运行管理及事后查询提供服务的平台，主要集中了批次事件查询、配方监控、配方维护的功能，同时又以独立运行体模式呈现，避免了后期运行异常带来的副作用，支持脚本调取配方监控平台的功能；

图1中，所述配方配置管理器（UWinBatch）实时控制配方运行体（BatchSvr），配方运行体（BatchSvr）控制配方监控平台（BatchCtlWin），配方监控平台（BatchCtlWin）则监视配方配方运行体（BatchSvr）的运行信息；

所述配方配置管理器（UWinBatch）在控制上体现为配方生产与管理，所述配方运行体（BatchSvr）在控制上体现为生产规划与调度、过程管理、设备监控、过程控制、人员与环境保护，所述配方监控平台（BatchCtlWin）在控制上体现为生产信息管理，本发明的配方功能模块的控制模型图如图2所示：

配方生产与管理，用于创建、保存、以及维护配方，其结果产生主配方；

生产规划与调度，用于为批量生产的调度计划进行决策分析；

过程管理，用于从主配方创建控制配方，并对批量生产初始化，从开始即监视生产过程，收集批量生产和设备的事件信息；

设备监控，用于获取和执行工艺要素、管理设备资源、收集批量生产和设备单元的事件信息；

过程控制，用于控制设备阶段的执行，属于集散控制系统DCS的功能；

人员与环境保护，不属于IEC61512-1的范围，但它是实际Batch控制系统的一部分；

生产信息管理，用于收集、保存、处理、以及报告产品信息，生产记录应保存的数据包括批次的识别信息、绝对时间戳、以及所用的设备信息；

所述配方功能模块的控制实现部分由集散控制系统DCS实现，所述配方功能模块通过脚本与控制站的数据库连接，控制站的数据库用于控制集散控制系统DCS，控制站完成配方功能模块的逻辑实现和过程控制，配方功能模块的设备监控和过程记录由集散控制系统DCS的人机界面（HMI）层软件实现，而配方功能模块中的配方生产与管理、生产规划与调度、过程管理则超出了集散控制系统DCS的功能范畴，三者以一个高级应用软件包的形式，即Batch服务器，外挂在集散控制系统DCS的系统平台上；

所述配方功能模块通过生产任务单将产品所用到的原料按照配比关系罗列出来，同时在产品配方运行前根据需要手动修改数据，以阶段和步配合的形式运行整个配方过程，最终实现把配方植入到集散控制系统DCS中，通过手动输入和执行脚本语言自动写入产品配方批号的方式，采用批次作为识别产品的唯一标识，运行批次事件同时方便后续查看；

所述配方功能模块的控制过程包括五种阶段，阶段为执行动作的类型，五种阶段包括手动阶段、等待阶段、脚本阶段、设备阶段、跳转阶段，手动阶段用于手动确认是否执行下一步，等待阶段用于上一步到下一步的精确时间延时，脚本阶段用于执行一段脚本语言，脚本语言可以是一段赋值语句，也可以是一段等待条件判断语句，生产工艺中相关设备单元组成一个设备，设备阶段用于将设备中的设备单元执行，所述跳转阶段用于上一步执行完后跳转到不同的执行步；上述每种阶段下对应有一个步，步为阶段的一个具体动作；

所述配方功能模块基于S88.01的批处理解决方案，通过标准化和工序复用技术降低时间和工程成本的同时减少了故障修复时间，针对Batch控制，制定了通用的术语，便于不同用户准确表达他们的意图和要求，这些通用的原则、数据和模型，可以将不同供应商的解决方案集合起来，解决用户批处理控制问题；所述配方功能模块对集散控制系统DCS内的控制代码进行定义，将其分解为更小的控制模块，更加有利于对配方进行修改，同时有利于对分解后的控制模块的重复使用，配方可以灵活的修改从而生产不同的产品，在无需改变集散控制系统DCS内控制代码的基础上实现对配方的修改和创建。

本实施例中，所述配方功能模块通过配置配方的安全区来设置不同用户对产品配方的操作权限，当用户是配方的安全区设定的客户时，才可对配方进行操作，所述安全区根据不用功能的操作权限设置有多个。

本发明基于S88.01标准而设计，S88.01标准将配方程序与现场设备的逻辑控制分离开来。配方功能模块的控制实现部分由集散控制系统DCS实现，配方功能模块通过脚本与控制站的数据库连接，控制站的数据库用于控制集散控制系统DCS。因此，配方的生产是在普通的PC上，而控制的程序代码运行在集散控制系统DCS上，配方的生产、编辑、修改只在PC上进行，无需去修改集散控制系统DCS的控制器中的程序，这样，就为批量生产企业实现灵活多变的批量生产提供了可能。本发明所提供的配方功能模块在自动化的基础上伴有手动配方输入和操作，还可对运行过程中出现异常需要人为控制的配方进行人为干预，起到保护性作用。

通过本发明设计的配方功能模块，可以实现：（1）建立并管理配方，自动执行配方；（2）减少校验和调试所需的时间；（3）配置物理和过程模型；（4）与多种补充功能的模块集成；（5）采集详细的生产批次数据；（6）模拟整个生产批次过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.集产品批次运行、监控、维护于一体的配方功能模块，其特征在于，该配方功能模块为UWinTech软件平台新增的功能模块，该配方功能模块应用于Batch控制系统，包括：

配方配置管理器（UWinBatch），采用点阵式编辑模式，每一个点阵对应一个步阶段，步阶段的新增、编辑、删除等操作只需一步操作，生产任务单的配置采用最直观的列表模式，生产任务单的名称、预设、单位等信息可根据用户需要任意配置，同时生产任务单可以在后续的步阶段配置中使用，以达到生产任务单的配置决定整个配方的运行逻辑，上述步阶段是指一个阶段下的步；

配方运行体（BatchSvr），主要负责配方的运行任务，同时间可接受最高255个配方的运行，CPU使用率保持在10%以内，配方运行体通过网络技术进行局域网内的信息协调，使得同一局域网内的配方运行体对于同一配方的运行是唯一性的，但是最终反馈到各个操作站上的配方实时信息是协调一致的，配方运行体同时支持不同客户端的统一控制功能；

配方监控平台（BatchCtlWin），是对配方的运行管理及事后查询提供服务的平台，主要集中了批次事件查询、配方监控、配方维护的功能，同时又以独立运行体模式呈现，避免了后期运行异常带来的副作用，支持脚本调取配方监控平台的功能；

所述配方配置管理器（UWinBatch）实时控制配方运行体（BatchSvr），配方运行体（BatchSvr）控制配方监控平台（BatchCtlWin），配方监控平台（BatchCtlWin）则监视配方配方运行体（BatchSvr）的运行信息；

所述配方配置管理器（UWinBatch）在控制上体现为配方生产与管理，所述配方运行体（BatchSvr）在控制上体现为生产规划与调度、过程管理、设备监控、过程控制、人员与环境保护，所述配方监控平台（BatchCtlWin）在控制上体现为生产信息管理；

配方生产与管理，用于创建、保存、以及维护配方，其结果产生主配方；

生产规划与调度，用于为批量生产的调度计划进行决策分析；

过程管理，用于从主配方创建控制配方，并对批量生产初始化，从开始即监视生产过程，收集批量生产和设备的事件信息；

设备监控，用于获取和执行工艺要素、管理设备资源、收集批量生产和设备单元的事件信息；

过程控制，用于控制设备阶段的执行，属于集散控制系统DCS的功能；

人员与环境保护，不属于IEC61512-1的范围，但它是实际Batch控制系统的一部分；

生产信息管理，用于收集、保存、处理、以及报告产品信息，生产记录应保存的数据包括批次的识别信息、绝对时间戳、以及所用的设备信息；

所述配方功能模块的控制实现部分由集散控制系统DCS实现，所述配方功能模块通过脚本与控制站的数据库连接，控制站的数据库用于控制集散控制系统DCS，控制站完成配方功能模块的逻辑实现和过程控制，配方功能模块的设备监控和过程记录由集散控制系统DCS的人机界面（HMI）层软件实现，而配方功能模块中的配方生产与管理、生产规划与调度、过程管理则超出了集散控制系统DCS的功能范畴，三者以一个高级应用软件包的形式，即Batch服务器，外挂在集散控制系统DCS的系统平台上；

所述配方功能模块通过生产任务单将产品所用到的原料按照配比关系罗列出来，同时在产品配方运行前根据需要手动修改数据，以阶段和步配合的形式运行整个配方过程，最终实现把配方植入到集散控制系统DCS中，通过手动输入和执行脚本语言自动写入产品配方批号的方式，采用批次作为识别产品的唯一标识，运行批次事件同时方便后续查看；

所述配方功能模块的控制过程包括多种阶段，阶段为执行动作的类型，多种阶段包括手动阶段、等待阶段、脚本阶段、设备阶段、跳转阶段，手动阶段用于手动确认是否执行下一步，等待阶段用于上一步到下一步的精确时间延时，脚本阶段用于执行一段脚本语言，脚本语言可以是一段赋值语句，也可以是一段等待条件判断语句，生产工艺中相关设备单元组成一个设备，设备阶段用于将设备中的设备单元执行，所述跳转阶段用于上一步执行完后跳转到不同的执行步；上述每种阶段下对应有步，步为阶段的一个具体动作；

所述配方功能模块基于S88.01的批处理解决方案，通过标准化和工序复用技术降低时间和工程成本的同时减少了故障修复时间，针对Batch控制，制定了通用的术语，便于不同用户准确表达他们的意图和要求，这些通用的原则、数据和模型，可以将不同供应商的解决方案集合起来，解决用户批处理控制问题；所述配方功能模块对集散控制系统DCS内的控制代码进行定义，将其分解为更小的控制模块，更加有利于对配方进行修改，同时有利于对分解后的控制模块的重复使用，配方可以灵活的修改从而生产不同的产品，在无需改变集散控制系统DCS内控制代码的基础上实现对配方的修改和创建。

2.如权利要求1所述的，所述配方功能模块通过配置配方的安全区来设置不同用户对产品配方的操作权限，当用户是配方的安全区设定的客户时，才可对配方进行操作，所述安全区根据不用功能的操作权限设置有多个。