5.1.4 Definición de Parámetros de Fases

Transcripción

1 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch Definición de Parámetros de Fases Los parámetros de fase son utilizados para configurar, controlar y monitorizar una fase. Existen cuatro tipos de parámetros: 1. Control de Fase y Bits de Estado Los parámetros de control de fase y bits de estado son utilizados por el Administrador de Procesos Batch en tiempo de ejecución para controlar y monitorizar la ejecución de cada fase. Las fases automáticas y semiautomáticas requieren parámetros de estado y control mientras que las manuales no requieren estos parámetros. En la tabla 5.6 se especifican las extensiones para este tipo de parámetros. Tabla 5.6: Parámetros de Control y Bits de Estado. 2. Parámetros de Fórmula Este tipo de parámetros se dividen en 3 tipos: entradas, salidas y variables de proceso. No todas las fases deben tener parámetros de fórmula, ejemplo: Iniciar Bombeo.

2 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 83 - Parámetros de entrada: Definen y hacen seguimiento de los materiales que serán consumidos por el batch. - Parámetros de Salida: Definen y hacen seguimiento de las cantidades de material que son producidas por el batch. Estos parámetros pueden ser productos terminados, productos intermedios ó productos secundarios. - Variables de Proceso: Definen valores de referencia de procesamiento y son utilizados para determinar cómo una fase debe funcionar. Ejemplos de este tipo de parámetros son: temperatura deseada, tiempo de mezclado deseado, etc. 3. Interlocks 1 Un interlock es una condición que impide la ejecución de una fase. Esto puede ser una condición de alarma de un proceso, una válvula abierta u otros. Una fase puede tener uno o más interlocks. Sin embargo, el sistema administrador de procesos batch no lleva a cabo la lógica de los interlocks. Estas medidas son responsabilidad del sistema de control. El sistema Administrador de Procesos Batch permite visualizar los interlocks para cada fase para identificar rápidamente el interlock que está impidiendo que una fase se ejecute. 4. Botones de Control Están disponibles para el operador durante la ejecución de un batch y están destinados a permitirle iniciar o alterar el proceso de ejecución de fases. Todos los parámetros definidos anteriormente (bits de control, bits de estado de fase, parámetros de fórmula, interlocks y botones de control) son manipulados a través de tags en el sistema, éstas son etiquetas que permiten el acceso a data almacenada en memoria. Parámetros de Fórmula de Fases - Parámetros de Entrada: a. Caña de Azúcar b. Agua 1 En español: entrelazar. A falta de una traducción más explicativa se conserva el término en inglés.

3 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 84 Nota: No se consideran actividades de producción previas a la obtención de estos parámetros de entrada. Se considera que se dispone directamente de lotes de caña de azúcar, así como se considera que siempre se dispone de lotes de agua de imbibición, sin modelar el procedimiento para la obtención de esta materia prima. - Parámetro de Salida: Jugo de Caña de Azúcar. - Variables de Proceso: En las tablas 5.7 y 5.8 se reflejan las variables de proceso asociadas a las clases de proceso y a las clases de transferencia. Tabla 5.7: Fases de Proceso - Parámetros de Fórmula.

4 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 85 Tabla 5.8: Fases de Transferencia - Parámetros de Fórmula. Control de Fase y Bits de Estado Recordando que el Sistema Administrador Batch (que será simulado en InBatch) se encuentra inmerso en un esquema de automatización que incluye la comunicación con el sistema de supervisión de un SCADA (simulado en InTouch), la comunicación dinámica entre ambos sistemas está definida por los bits de control y estados de fase. Por esta razón, es de gran importancia comprender los elementos y el funcionamiento de cada una de las fases. La figura 5.3 esquematiza esta información y en la figura 5.4 se representa la comunicación entre ambos sistemas. En la interacción básica mostrada en la figura 5.4, el sistema SCADA activa el bit de estado ready transmitiendo al Sistema Administrador de Procesos Batch que la fase está lista para ser ejecutada, éste último activa el bit de control start para ordenar la ejecución de la fase. Cuando ésta haya sido ejecutada, el sistema

5 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 86 Figura 5.3: Bloque de Fase. de supervisión activa el bit de estado done, dando la posibilidad al Sistema Administrador de Procesos Batch de dar la orden reset, repitiéndose el ciclo. La interacción compleja se lleva a cabo de forma análoga, incluyendo condiciones anormales. Lo expuesto anteriormente sobre el funcionamiento de los bits de control y estado de fases permite comprender la interacción del Sistema Administrador de Procesos Batch y el sistema SCADA. No es necesario hacer un desarrollo previo a la inserción de esta información en InBatch, puesto que es suficiente con escoger en las tags que se pretenden usar en la simulación; esto es, basta con seleccionar las tags correspondientes a los bits de control y estado de fases a ser utilizados.

6 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 87 Figura 5.4: Interacción entre el Sistema Administrador de Procesos Batch y el Sistema de Supervisión del SCADA. A continuación se detallan los pasos a seguir en InBatch para elaborar el modelo de proceso.

7 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 88 En InBatch es necesario ingresar a la aplicación Editor de Modelo para insertar la información concerniente al mismo. El procedimiento para definir cada uno de los elementos (unidades, conexiones, etc) es sencillo y se muestra en las siguientes capturas de pantalla. Cada una de las pestañas del editor permite definir un elemento diferente. Previamente se ha estructurado con detalle la información del modelo de proceso exigido por InBatch por lo que desde la figura 5.5 hasta la 5.15 directamente se ilustra la inserción de esta información. Figura 5.5: Definición de Unidades.

8 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 89 Figura 5.6: Definición de Clases de Proceso. Se agregan las clases de proceso y posteriormente se asignan atributos, unidades, fases y tags.

9 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 90 Figura 5.7: Definición de Conexiones. Se insertan los nombres de las conexiones así como las unidades origen y destino para cada una de éstas.

10 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 91 Figura 5.8: Definición de Clases de Transferencia. Se agregan las clases de transferencia y posteriormente se asignan las conexiones, fases y tags.

11 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 92 Figura 5.9: Definición de Estados de Equipo.

12 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 93 Figura 5.10: Definición de una Fase de Proceso. Figura 5.11: Definición de una Fase de Transferencia.

13 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 94 Figura 5.12: Parámetros de Fórmula de una Fase de Proceso. Para la fase rotar de la clase de proceso molinos se define el parámetro velocidad que corresponde a una variable de proceso. Para este parámetro se seleccionan las tags que se desean utilizar en el sistema. Por ejemplo, la tag Molinos-Rotar-Velocdad- TAR.Value permitirá el acceso al valor deseado del parámetro.

14 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 95 Figura 5.13: Parámetros de Fórmula de una Fase de Transferencia.

15 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 96 Figura 5.14: Bits de Control y Estados de una Fase de Proceso. A partir de la interfaz mostrada en la figura 5.10, accediendo a Phase Control/Status obtiene la pantalla mostrada en la figura En esta interfaz se seleccionan las tags asociadas a los bits de control y estados de fase.

16 5.1 Elaboración del Modelo de Proceso de Alto Nivel de InBatch 97 Figura 5.15: Bits de Control y Estados de una Fase de Transferencia. Una vez insertada la información concerniente al modelo de proceso, se procede a realizar la validación de dicho modelo. Esta validación consiste en la verificación de los siguientes elementos: - Todas las fases automáticas tienen asignaciones de tags (como mínimo) para los bits de control y estado de fases: Start,Reset, Ready y Done. - Todas las fases semi-automáticas tienen asignaciones de tags (como mínimo) para los bits de control y estado de fases: Start,Reset, Ready y Done.

17 5.2 Definición del Tren de Producción 98 - Todas las tags asociadas con un parámetro de fórmula, cuyo elemento actual tenga la característica de Edición Permitida o Edición Requerida deben tener la propiedad Leer/Escribir habilitada. - Por lo menos un estado de equipo ha sido definido. - Uno de los estados de equipo definidos ha sido asignado como el valor por omisión. La validación es realizada en el Editor de Modelos a través de File/Validate y un mensaje es generado informando sobre el éxito de la validación. 5.2 Definición del Tren de Producción Los trenes o líneas de producción representan caminos diferentes a través de los equipos instalados en planta. Un tren puede estar constituido por una o más unidades. Una unidad puede estar incluida en tantos trenes como sea necesario. Cuando un batch es planificado se asocia, entre otras características, la receta y el tren de producción sobre el cuál debe ser ejecutado. El tren de producción suministra una lista de potenciales equipos que dinámicamente serán seleccionados en la ejecución de un batch. Si una unidad no está asignada a un tren de producción entonces ésta no puede ser utilizada en la planificación y por ende en la ejecución del batch.

18 5.2 Definición del Tren de Producción 99 La definición del tren de producción es realizada a través del Editor de Trenes de InBatch. Esta aplicación permite la definición del nombre y descripción del tren de producción como se muestra en la figura 5.16 y a través Assign Units se asignan las unidades al tren según lo refleja la figura Las unidades disponibles para asignar al tren de producción son todas aquellas que hayan sido definidas a través del editor de modelos. Para esta simulación se definieron en el editor de modelos exclusivamente los equipos requeridos para la producción de un batch. Es decir, estos equipos conforman un solo tren de producción, por esta razón, se asignan todas las unidades disponibles al tren de producción.

19 5.2 Definición del Tren de Producción 100 Figura 5.16: Definición del Tren de Producción.

20 5.3 Definición de Materiales 101 Figura 5.17: Asignación de unidades al tren de producción. 5.3 Definición de Materiales Deben registrarse los materiales disponibles de acuerdo una clasificación: ingredientes, productos intermedios, productos secundarios (del término en inglés: by-products) y productos terminados. 1. Ingredientes: Conforman la materia prima que es transformada durante la ejecución de un batch. En la molienda, los ingredientes son: caña de azúcar y agua. 2. Productos Intermedios: Caña limpia, caña picada, bagazo, jugo de caña en molinos. 3. Productos Secundarios: Son todos aquellos que se originen como consecuencia de la ejecución del batch pero que no constituyan ninguno de los otros 4 tipos de materiales. Para esta simulación no se define ninguno. 4. Productos Terminados: Representan el objetivo de la ejecución del batch. En la molienda el producto terminado es el jugo de caña.

21 5.3 Definición de Materiales Otros Materiales: por ejemplo, materiales de empaquetado. No aplica en esta simulación. La base de datos de materiales es utilizada en la elaboración de recetas posteriormente. De esta forma, solo materiales que estén registrados en la base de datos pueden ser utilizados en la edición y ejecución de recetas. El Administrador de Procesos Batch automáticamente registra el consumo de materiales durante la ejecución de un batch en forma de históricos. Por otro lado, el ingreso de materiales al sistema se lleva a cabo de forma manual. En la figura 5.18 se muestra la definición de ingredientes en el editor de materiales. A través de Edit/Material Editor se inserta la información concerniente a cualquier tipo de material. En la figura 5.18 se muestra como ejemplo, la información insertada para el ingrediente: agua caliente. La ubicación de materiales es definida a través de Edit/Material Locations (mostrado en la figura 5.18). Este editor permite asignar las unidades que contienen cada uno de los materiales definidos. La figura 5.19 refleja esta asignación de unidades para el ingrediente: agua caliente. La asignación de unidades para todos los demás materiales se realiza de forma análoga. Las figuras 5.20 y 5.21 reflejan la información insertada para definir los productos intermedios y los productos terminados en el editor de materiales.

22 5.3 Definición de Materiales 103 Figura 5.18: Definición de Ingredientes (Agua Caliente).

23 5.3 Definición de Materiales 104 Figura 5.19: Definición de Ubicación de Materiales.

24 5.3 Definición de Materiales 105 Figura 5.20: Definición de Productos Intermedios. Figura 5.21: Definición de Productos Terminados. Una vez insertados los materiales y especificadas sus ubicaciones debe validarse la definición de materiales. A través de File/Validate, se obtienen los resultados de dicha validación.

25 5.4 Elaboración de la Receta de Producción Elaboración de la Receta de Producción El Sistema Administrador de Procesos Batch gestiona y contruye recetas de acuerdo a los lineamientos planteados por la Sociedad Internacional de Automatización (ISA, International Society of Automation) en las Especificaciones para Batch Flexibles ISA- 88. (Wonderware, 2004) A continuación se presentan los conceptos para comprender, definir y manipular recetas de producción en InBatch. - Las recetas maestras no son dependientes de trenes de producción. Cualquier tren de producción puede ser asignado a una receta siempre y cuando éste contenga las clases de proceso definidas en la receta. - Una receta maestra se convierte en una receta de control cuando un tren de producción es asociado y el Administrador de Procesos Batch la inicializa. Por lo tanto, una receta de control si es dependiente de una línea de producción. - Una receta maestra no tiene una especificación de tamaño. Es escalable a cualquier tamaño de batch definido en la planificación de producción. - Un histórico de revisión permite que puedan registrarse notas de cambios que han sido realizados a una receta. Figura 5.22: Partes de una Receta. En la figura 5.22 se ilustran las partes de la receta: 1. Cabecera: identifica y documenta la receta con: Identificador (ID) y nombre de la receta, identificador (ID) y nombre del producto, tamaño máximo, mínimo y

26 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 107 por defecto del batch y comentarios. 2. Requerimientos de Equipo: permite definir atributos y clases de proceso requeridos por la receta. El editor de recetas automáticamente hereda las operaciones y fases asociadas con las clases de proceso definidas en los requerimientos de equipo. Adicionalmente, todas transferencias asociadas con las clases de proceso son también heredadas junto con sus operaciones y fases respectivas. Los valores de los atributos para las clases de proceso permiten dar flexibilidad tanto a la receta ejecutada automáticamente como al operador para elegir las unidades a utilizar en tiempo de ejecución. Por ejemplo, una receta puede requerir un reactor con capacidad de 1000 a 2000 Kg. Dados los valores de estos atributos, el Administrador de Procesos Batch dinámicamente elige cualquier reactor que esté disponible y cuyas características se encuentren entre las deseadas. 3. Fórmula: Especifica las entradas, salidas y variables de proceso para una receta como lo describe la figura Figura 5.23: Fórmula de una Receta. 4. Procedimiento: Define la secuencia de acciones de proceso requeridas por el Editor de Recetas para ejecutar un batch de una receta. El procedimiento

27 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 108 es construido utilizando operaciones, fases, lógica de transición, ramas de divergencia o convergencia y objetos de bucles de repetición. Las fases ya han sido definidas en el modelo de proceso. La mayoría de las fases tienen parámetros asociados, éstos pueden definirse (o modificarse) en el Editor de Recetas al insertar la información de la fórmula ó pueden estar ya definidos en el modelo de proceso validado. A través del editor de recetas se crean las recetas que serán ejecutadas a través del SCADA. El editor de recetas utiliza la información definida en el modelo de procesos y en la base de datos de materiales. Como ya se expuso anteriormente, para crear una receta es requerido definir la cabecera, la fórmula, los requerimientos de equipo y el procedimiento. A continuación se estructura la información disponible y la información faltante en este punto para proceder a crear la receta. - La cabecera involucra llenar los campos que presenta el editor de recetas sin necesidad de estructurar ninguna información adicional. - La fórmula se encuentra ya definida a través de la información insertada previamente en otros editores. Las variables de proceso fueron definidas para cada una de las fases en modelo de proceso y las entradas y salidas del proceso fueron definidas a través del editor de materiales, todos estos parámetros se encuentran disponibles en el editor de recetas. - Los requerimientos de equipo se encuentran disponibles en el editor de recetas porque ya se han definido las clases de proceso e instancias de proceso (unidades) en el modelo de proceso. Solo es necesario seleccionar desde el editor de recetas los equipos que son requeridos por la receta en construcción (una lista de clases de proceso, instancias de proceso e instancias de transferencia es suministrada para realizar esta selección), así como también el modo según el cual será seleccionado un equipo específico: manual (si debe realizarlo el operador) o automático (si directamente es asignado a la receta cuando se comprueba que cumple con las características deseadas).

28 5.4 Elaboración de la Receta de Producción El procedimiento es el conjunto de información que aun no ha sido definido en otros editores del sistema. Sin embargo, este procedimiento ya ha sido estudiado conceptual y gráficamente a través del modelo de control de procedimiento (estándar ISA-88) definido en el capítulo 2. En este modelo se estructuraron a través de Grafcets todas las actividades que se deben llevar a cabo para generar jugo de caña. Para comprender la concordancia o equivalencia entre estos modelos (estándar ISA- 88 vs InBatch) es necesario resaltar las siguientes características del procedimiento exigido por el editor de recetas en InBatch: 1. El procedimiento es expresado en diagramas funcionales secuenciales (SFC del inglés, Secuential Function Chart). 2. Existen 3 categorías de áreas de información: los procedimientos de unidad, las operaciones y las fases. En orden jerárquico (de mayor a menor jerarquía), a continuación se describen los elementos mencionados: (a) En el área de procedimientos de unidad cada bloque es un procedimiento de unidad que, en InBatch, es definido con un nombre e inmediatamente es asociado a una instancia de proceso, por ejemplo, picadora 1. (b) En el área de operaciones cada bloque es una operación, de modo que un diagrama de operaciones está asociado a un bloque de unidad de procedimiento definido en el área anterior. Cada operación consta de un nombre y tiene asociada la misma instancia de proceso que fue definida para el procedimiento de unidad que la contiene, por ejemplo, la operación con nombre: Activar Picadora e instancia de proceso: Picadora 1. (c) En el área de definición de fases, cada bloque es una fase y el diagrama de fases forma parte de la operación definida anteriormente. Dado que en el modelo de proceso ya han sido definidas las fases para cada instancia de proceso o de transferencia, en la creación del bloque de fase se selecciona una de las fases ya definidas no solo para la instancia de proceso escogida en el procedimiento de unidad sino también las definidas para cualquier instancia de transferencia relacionada con esa instancia de proceso. Adicionalmente

29 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 110 se asigna un nombre al bloque de fase y se pueden modificar los valores por omisión de los parámetros asociados a éste (definidos en el modelo de proceso). La figura 5.24 muestra un pequeño segmento de la definición del procedimiento de la receta en InBatch. Figura 5.24: Elementos del Procedimiento de Receta definido por InBatch. En la tabla 5.9 se presenta una tabla comparativa de la terminología utilizada en InBatch y la propuesta por el estándar para algunos elementos procedimentales y del modelo físico. En esta tabla se pueden observar las afinidades entre la terminología propuesta por el estándar ISA-88 y la empleada en el editor de recetas de InBatch. Sin embargo, el concepto de Unidad (elemento del modelo físico) merece especial atención, por esta razón, a continuación se presenta un análisis sobre la transición del modelo físico elaborado en el capítulo 2 según el estándar ISA-88 al modelo de proceso y consecuentemente a la receta de producción exigidos por InBatch.

30 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 111

31 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 112 Tabla 5.9: Terminología Estándar ISA-88 vs InBatch. Desde el punto de vista del modelo físico, la simulación se encuentra enfocada en el módulo de equipo Molienda que se encuentra inmerso en el esquema de la figura En esta figura claramente se observa que los equipos han sido jerarquizados de forma tal que la unidad B está formada por un conjunto de equipos con capacidades de procesamiento complejas que incluyen nivelado, picado, triturado de la caña y tamizado del jugo, entre otras. El estándar ISA-88 propone lineamientos de modelado del proceso de producción lo suficientemente flexibles para adaptarse a cualquier arreglo de activos físicos disponibles en una empresa. De esta forma, y como ha sido mencionado en capítulos anteriores, la complejidad del proceso de producción y el nivel de detalle requerido para realizar control sobre los dispositivos físicos determina el modelado a realizar y, por ende, el nivel de abstracción empleado para denotar cada uno de los elementos del modelo físico (células, unidades, módulos de equipo y de control).

32 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 113 Figura 5.25: Ubicación del Módulo de Equipo Molienda en el Modelo Físico. Dejando establecido que el estándar propone prácticas apropiadas para el manejo de producción, mas no define un manual detallado e inquebrantable de exactamente cómo aplicar estas prácticas a cualquier proceso de producción, a continuación se puntualizan algunas diferencias entre lo planteado en el modelo físico elaborado según el estándar y lo exigido por InBatch para realizar la simulación. En el modelo físico se define la unidad B como la unidad de obtención de jugo de caña que incluye los equipos destinados a la molienda y el tamizado. Por otro lado, InBatch exige que cada equipo que tenga capacidades de procesamiento y/o almacenamiento de materiales sea definido como una unidad. Este hecho tiene como consecuencia que cada casi todos los módulos de control definidos según el estándar (picadoras, molinos, entre otros) pasan a ser definidos como unidades en InBatch. Este reajuste en la jerarquización de equipos genera como resultado que los niveles mas altos de los modelos se vean reducidos en complejidad, esto a su vez, genera redundancia en ciertos casos del procedimiento reflejado en la receta. Esta situación

33 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 114 se ve reflejada en las figuras 5.26 y Figura 5.26: Transición del Modelo Físico ISA-88 al Modelo de Proceso InBatch. Observaciones de la figura 5.26: 1. En cuanto a terminología, lo que en InBatch es considerado como el modelo de proceso, difiere completamente del concepto de modelo de proceso propuesto en el estándar, ya que el mismo es considerado como la asociación de los activos físicos con los elementos procedimentales y la asociación de los parámetros correspondientes. En InBatch, los elementos procedimentales no se encuentran reflejados en el modelo de proceso sino que son definidos en el editor de recetas. 2. Los términos: módulo de equipo y módulo de control no son manipulados por InBatch. La explicación a este hecho se deriva del siguiente punto. 3. El modulo de control Molino 1 (por ejemplo), pasa a ser la unidad Molino 1 en el modelo de proceso de InBatch. Por esta razón, InBatch no requiere la manipulación de los términos módulos de equipo o de control, ya que el elemento de menor nivel es la unidad.

34 5.4 Elaboración de la Receta de Producción En el modelo físico propuesto por ISA-88 no se contempla la definición de conexiones como en InBatch; es decir, caminos de comunicación entre las unidades. Todos los elementos que forman parte de una conexión en InBatch (tuberías, cintas transportadoras, entre otros), en ISA-88 son considerados como parte de una unidad, un modulo de equipo o de control. Con base en el estándar, puede no ser tan claro el modelado de estos elementos, por ejemplo: si se tienen 2 contenedores (siendo cada uno de ellos una unidad) y una cinta transportadora los interconecta, la cinta transportadora debe ser modelada como parte de la primera unidad o de la segunda?. 5. Las observaciones anteriores sugieren que, de forma general, bastaría con identificar en el proceso de producción los equipos con capacidades de procesamiento y/o almacenamiento, definirlos como unidades y especificar conexiones y parámetros para obtener el modelo de proceso propuesto por InBatch (tomando en cuenta que las unidades forman clases de proceso y las conexiones forman clases de transferencia). Esto difiere de los lineamientos definidos en el estándar.

35 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 116 Figura 5.27: Transición del Modelo de Control de Procedimiento ISA-88 al Procedimiento de la Receta en InBatch. Observaciones de la figura 5.27: 1. Según ISA-88, el modelo de control de procedimiento debe ser independiente de los equipos, debido a que éste solo debe definir la estrategia de las actividades a llevar a cabo para generar un producto. Este modelo debe ajustarse a los activos físicos disponibles en la planta física y al establecer esta conexión entre el algoritmo y los equipos, este modelo se convierte en el modelo de proceso. Como se puede observar en la figura, el procedimiento definido en la receta de InBatch es dependiente de los equipos. Esto sucede porque lo que son llamados elementos procedimentales en el editor de recetas son en realidad equivalentes a los elementos del modelo de proceso definido por el estándar. 2. En la figura se ejemplifica el procedimiento de unidad con 2 operaciones: triturado y tamizado (a pesar de que la operación tamizado no es objeto de simulación). Nótese que la complejidad de este procedimiento de unidad disminuye considerablemente al llevar la información a InBatch. Esto genera las siguientes consecuencias:

36 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 117 (a) Redundancia en la definición del procedimiento de unidad y la operación. El procedimiento de unidad: Obtención de Jugo (Molino 1) en realidad no es más compleja que la operación: Extracción de Jugo (Molino 1), de hecho, intencionalmente se asignaron nombres diferentes a estos elementos pero en esencia representan la misma actividad. (b) Aumento en la cantidad de procedimientos de unidad. Cada procedimiento de unidad está definido de acuerdo a cada una de las unidades donde será ejecutado. Esto significa que, dado que al insertar la información del modelo físico en InBatch, la cantidad de unidades aumentó considerablemente, también aumentarán en la misma medida los procedimientos de unidad. Es por esto que en la figura se muestra solamente el procedimiento de unidad Obtención de Jugo (Molino 1) ya que se generarían tantos procedimientos como unidades se hayan definido, por ejemplo: Obtención de Jugo (Molino 2), y asi sucesivamente hasta el Molino n, Picado de Caña (Picadora 1), entre otros. Lo mismo aplicaría para la operación Tamizado si fuese simulada. 3. Las fases definidas con el modelo de control de procedimiento según el estándar, directamente son las fases que deben definirse en el procedimiento de receta definido en InBatch, con la salvedad de que son dependientes de los equipos. En cuanto al elemento procedimental más básico, la transición, de modelo del estándar al Administrador de Procesos Batch simulado en InBatch, es directa. Posteriormente a la inserción de la información de la receta, esta debe ser validada. Este proceso de validación verifica los siguientes elementos: - La información del modelo de proceso utilizada en la receta existe. Esto incluye las clases de proceso, de transferencia, fases, parámetros y tags. - La información de la base de datos de materiales utilizada en el proceso existe. - Los tamaños mínimo, máximo y por defecto del batch son apropiados (mínimo valor por omisión máximo). - Todos los parámetros de fórmula definidos en el procedimiento de la receta están asociados a la información apropiada.

37 5.4 Elaboración de la Receta de Producción Todos los reportes activados por las fases existen en la base de datos de reportes. - Toda la lógica de transición, incluyendo lógica de ciclos de repetición, es válida. Seguidamente de la validación, la receta debe ser aprobada. La aprobación de una receta consta de la versión de la receta, fecha, hora, autor y el tipo de aprobación: aprobación para producción ó para prueba. En las figuras 5.28 y 5.29 se muestran los diagramas funcionales secuenciales correspondientes a la creación de la receta de producción. Figura 5.28: Creación de la Receta de Producción - Parte 1.

38 5.4 Elaboración de la Receta de Producción 119 Figura 5.29: Creación de la Receta de Producción - Parte 2.

39 5.5 Exportación de Información al SCADA Exportación de Información al SCADA El Sistema Administrador de Procesos Batch se encarga de controlar el proceso de producción desde un alto nivel, coordinando y supervisando la ejecución de conjuntos ordenados de fases y delegando actividades de control y supervisión directos del proceso al sistema SCADA. Naturalmente, ambos sistemas deben trabajar en base a la misma información del proceso de producción. En el ambiente de InBatch las tags controlan la ejecución de procesos de producción. Las tags definidas en este ambiente se encuentran asociadas a la asignación y liberación de equipos en un batch, control y estados de fases, parámetros de entrada, salida o variables de proceso, entre otros. En el ambiente de InTouch, estas tags son requeridas para realizar actividades de supervisión, esto incluye animaciones, generación de alarmas, tendencias, entre otras. El mecanismo de conexión entre ambos sistemas es un archivo.csv (del inglés, comma separated variable) que contiene las tags del proceso. En la figura 5.30 se muestran los elementos involucrados en la generación de este archivo. Las tags son creadas y almacenadas durante la inserción del modelo del proceso en InBatch. Posteriormente, a través de la aplicación Tag Linker se configuran para ser exportadas a InTouch a través del archivo.csv. Desde una aplicación de InTouch, las tags pueden ser cargadas con la utilidad DBLOAD al diccionario de tags para su continua utilización en este entorno. Otra modalidad para establecer la conexión entre ambos sistemas es referenciar remotamente desde InTouch las tags existentes en InBatch pero no será abordada en este trabajo. A través de la aplicación Tag Linker se definen ciertas propiedades que tendrán las tags en el momento de su exportación y éstas dependen del uso que se pretenda dar a las mismas. En caso de que la finalidad sea simular el funcionamiento del Sistema Administrador de Procesos Batch (en InBatch) y su integración con el Sistema de Supervisión (en InTouch) las tags deben ser exportadas a través de la función Simulation Export. Si por el contrario, se desea trabajar directamente con un controlador, la exportación debe ser realizada con la función Runtime Export. En este trabajo, la exportación de tags es realizada a través de la función Simulation Export.

40 5.5 Exportación de Información al SCADA 121 Figura 5.30: Esquema de Interconexión entre InBatch e InTouch. A continuación se muestra el procedimiento para establecer la conexión entre ambos sistemas. La figura 5.31 muestra la interfaz de la aplicación Tag Linker. A través de View/Filter se seleccionan las unidades y conexiones cuyas tags desean ser exportadas como lo muestra la figura Las unidades y conexiones disponibles para selección son aquellas que han sido definidas previamente en el modelo de proceso de InBatch. Dado que para los diferentes equipos han sido definidas tags tanto analógicas (asociadas a variables de proceso) como discretas (asociadas a control y estados de fases), el tipo de tags puede ser filtrado a través de las opciones: analógica, discreta, entre otras, las cuales se presentan en la parte inferior de la figura 5.32.

41 5.5 Exportación de Información al SCADA 122 Figura 5.31: Aplicación Tag Linker. Posteriormente a la selección de las tags, a través de Edit/export se definen ciertos parámetros de exportación. Para efectos de la simulación el único parámetro de interés es la definición del archivo.csv que contendrá las tags a ser exportadas, esto se muestra en la figura Una vez seleccionados los equipos con respecto a los cuales están asociadas las tags, éstas aparecen reflejadas en el Tag Linker. Como se mencionó anteriormente, la exportación de tags se realizará a través de la exportación para simulación (File/Simulation Export), esta modalidad exporta las tags como tags de la memoria

42 5.5 Exportación de Información al SCADA 123 Figura 5.32: Selección de Equipos para Exportación de Tags. Figura 5.33: Definición del path y nombre del archivo.csv que contendrá las tags.

43 5.5 Exportación de Información al SCADA 124 de InBatch y no las asocia a señales recibidas y/o enviadas a través de un controlador. Por esta razón, no se requiere configurar los cinco campos que aparecen en la figura 5.34, la exportación por simulación descarta la información insertada en estos campos ya que la misma solo es tomada en consideración cuando se realiza una exportación a través de File/Runtime Export. Para lograr que aplicaciones de InBatch e Intouch puedan comunicarse, las tags requeridas deben ser configuradas apropiadamente. Esta configuración es verificada a través de File/Validate. Posteriormente se procede a realizar la exportación para simulación File/Simulation Export y de esta forma finaliza el proceso de exportación de tags desde InBatch. El protocolo de comunicación entre las aplicaciones es el SuiteLink, desarrollado por Wonderware..

44 5.5 Exportación de Información al SCADA 125 Figura 5.34: Funciones de exportación en la aplicación Tag Linker. Seguidamente, desde la ventana de aplicaciones de InTouch se cargan, a la aplicación deseada, las tags que ya han sido exportadas desde InBatch. Como se muestra en la figura 5.35, esto se reduce a cargar el archivo.csv que contiene las tags a través de la utilidad DBLOAD.

45 5.5 Exportación de Información al SCADA 126 Figura 5.35: Utilidad DBLoad para cargar tags en InTouch.

46 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 127 Seleccionando la utilidad DBLoad en la aplicación como lo muestra la figura 5.35, se obtiene el cuadro de dialogo que permite elegir el archivo a cargar ( 5.36). Figura 5.36: Selección del archivo.csv a cargar en la aplicación de InTouch. Las tags ya se encuentran en el diccionario de tags de InTouch, listas para ser utilizadas. 5.6 Ejecución de la Receta de Producción La receta de producción es el elemento clave para el manejo de la producción y su gestión adecuada depende de las demás funcionalidades del Sistema Administrador de Procesos Batch como lo son la administración de procesos, planificación de producción y la administración de información. - La actividad de administración de procesos se ve cubierta a través del manejo de los batch y recursos físicos. Es se logra a través de la integración del modelo de proceso definido en el primer apartado con la receta maestra que genera la receta de control a través de la asignación dinámica de equipos. - La administración de información recolecta información de la producción del batch para generar reportes. Esta actividad se aborda en el siguiente apartado: Generación de Reportes.

47 5.6 Ejecución de la Receta de Producción En la planificación de la producción se definen los batch que pueden ser ejecutados. Solo los batch que estén definidos en la planificación de la producción pueden ser ejecutados. Por esta razón, debemos abordar la planificación de un batch previamente a la ejecución de la receta de producción sobre el mismo. A continuación se define la implementación de esta actividad en InBatch. Planificación de Producción La planificación de producción en InBatch se realiza a través de la aplicación Batch Scheduler (Planificador de Batch). Ésta es una aplicación básica que permite planificar manualmente los batch e inicializarlos para que puedan ejecutarse posteriormente. La base de datos de batch está disponible para que otras aplicaciones de planificación más potentes hagan uso de la información almacenada. La inicialización de un batch involucra validación de la receta, verificación de la existencia del tren de producción, disponibilidad de los materiales en la base de datos correspondiente, confirmación de que los requerimientos de equipo de la receta son satisfechos por el tren de producción y de que existe compatibilidad entre la información del modelo de proceso y la receta.

48 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 129 Figura 5.37: Aplicación de Planificación de Producción (Batch Scheduler). En la figura 5.37 se muestra la información requerida para planificar la ejecución de un batch. Un batch incluido en la planificación tiene un estado de Open hasta que sea inicializado. A través de Initialize/Batch o Initialize/All se puede inicializar uno o todos los batch planificados. - El batch 1 tiene estado Done, lo que significa que ya fue ejecutado. - Los batch 2 y 3 tienen estado Ready, lo que significa que ya han sido inicializados y están listos para ser ejecutados. - Los batch 4 y 5 tienen estado Open, lo que significa que fueron añadidos a la planificación pero aún no ha sido inicializados. Los batch incluidos en la planificación de producción pueden ser ejecutados. La ejecución de la receta de producción es realizada en InBatch a través de la aplicación Batch Display, ésta es la interfaz con la aplicación batch manager que es el núcleo del Sistema Administrador de Procesos Batch y el responsable de la ejecución de la receta.

49 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 130 La aplicación Batch Display provee al operador información sobre los batch en ejecución, esto incluye las siguientes funciones básicas: - Control del batch y de cada una de las fases. Por ejemplo: Iniciar batch, abortar batch, pausar batch, iniciar fase, pausar fase, entre otros. - Información sobre el estado del batch y las fases. - Monitorización de la ejecución del procedimiento. - Introducción de valores de parámetros por el operador. La figura 5.38 muestra la interfaz de la aplicación Batch Display El batch que se desee ejecutar debe ser seleccionado de la lista de batch disponibles en la planificación de producción. A través de Windows/Schedule, se accede a esta información y se selecciona el batch como se muestra en la figura Una vez seleccionado el batch se da inicio a su ejecución a través del botón Batch Start. En la figura 5.40 se muestra la ejecución del batch seleccionado en la figura Como se observa en el diagrama funcional secuencial, los elementos procedimentales activos en ese instante se representan en verde, los que aun no han sido ejecutados en gris y los que ya han sido ejecutados en amarillo. En el cuadro de equipos se identifica el equipo que está siendo utilizado por el batch y los elementos procedimentales que se están ejecutando sobre el mismo. En el cuadro de parámetros se muestra el valor deseado y actual del parámetro asociado a la fase activa.

50 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 131 Figura 5.38: Aplicación Batch Display.

51 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 132 Figura 5.39: Batch contenidos en la aplicación Batch Scheduler. En el batch display se encuentran botones que permiten la manipulación de la ejecución del batch. Estos comandos son emitidos desde el Sistema Administrador de Procesos Batch (cuya interfaz es el Batch Display) y son transmitidos a través de tags al sistema de supervisión del SCADA (aplicación de InTouch). En el apartado Elaboración de la Receta de Producción se explicó la interacción del Sistema Administrador de Procesos Batch y el sistema de supervisión del SCADA a través de los bits de control y estados de fase definidos a través de tags. Es en la interfaz Batch Display donde se manipulan estos bits de control a través de los comandos Phase Start, Phase Hold, entre otros. De acuerdo a estos bits de control, el sistema SCADA emite su respectiva respuesta; ésta corresponde a los estados de fase que se originan de acuerdo a las órdenes de control recibidas. El Sistema Administrador de Procesos recibe estos estados y permite la generación de nuevas órdenes para ser transmitidas al sistema SCADA. De esta manera continua la dinámica entre ambos sistemas hasta que finaliza la ejecución del batch. En una implementación REAL de un Sistema Administrador de Procesos Batch en un proceso productivo usualmente se cumplen 2 pasos: El Sistema Administrador de Procesos Batch envía la orden de control al sistema

52 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 133 Figura 5.40: Ejecución de un Batch en el Batch Display.

53 5.6 Ejecución de la Receta de Producción 134 SCADA; por ejemplo, InBatch envía el cambio de un bit de control a InTouch a través de una tag. La aplicación de InTouch es responsable de liberar estos bits (desactivarlos) y de emitir un cambio en un bit de estado en respuesta a esa orden. Esto implica la codificación de scripts que modifiquen los valores de estas tags (de control y estado) de acuerdo a ciertas condiciones lógicas y dependiendo del nivel de complejidad que se quiera implementar en la comunicación. En una SIMULACIÓN de un Sistema Administrador de Procesos Batch la aplicación Simulation Manager de InBatch se encarga de simular la dinámica entre ambos sistemas. Esto implica que durante la ejecución de un batch, el Sistema Administrador de Procesos: Envía la orden de control de fase y/o batch. Tanto el cambio en el valor de esta tag, como cualquier otro cambio de tags del proceso es registrado por la aplicación en InTouch. Esto genera cambios de animaciones, tendencias y cualquier otra funcionalidad del sistema de supervisión. El Sistema Administrador de Procesos Batch SIMULA haber recibido los respectivos bits de estados del sistema de supervisión y haber liberado el respectivo bit de control. Como consecuencia, en la simulación realizada, la dinámica entre ambos sistemas se genera sin ser obligatoria la codificación de scripts en InTouch para manipular los bits de control y estados de fases. NOTA: La asignación y liberación de equipos por cada uno de los elementos procedimentales de la receta también se realiza de forma automática en la simulación y es transparente para el usuario. En el próximo apartado se evidencia que esta dinámica de manipulación de equipos queda registrada en históricos.

54 5.7 Generación de Reportes Generación de Reportes La generación de reportes de producción se encuentra inmersa dentro de la actividad de administración de información definida por ISA-88 para un Sistema Administrador de Procesos Batch. A continuación se presenta un esbozo general de los componentes principales que permiten llevar a cabo la administración de información en InBatch. Sistema de Históricos: Las bases de datos de este sistema se encuentran localizadas en el Servidor de Información Batch de InBatch (Batch Information Server). Éste utiliza Microsoft SQL Server y almacena toda la información relacionada con la producción del batch. Esto incluye eventos, data del proceso, información de producción, utilización de materiales, comentarios y acciones del operador, equipo utilizado, entre otros. Sistema Generador de Reportes: Provee a los usuarios la habilidad de planificar, visualizar e imprimir reportes relacionados con los registros históricos de producción. La interfaz con el sistema generador de reportes es un navegador web que funciona como un cliente de reportes a través de una conexión HTTP.

55 5.7 Generación de Reportes 136 Figura 5.41: Interfaz del Sistema de Reportes. A través de la interfaz del sistema de reportes mostrada en la figura 5.41 se accede a las siguientes funcionalidades: Configuración de Reportes: permite abrir, visualizar, editar, borrar y añadir reportes al sistema. A través de Report Config/Add Report se puede insertar la información correspondiente a un nuevo reporte como lo muestra la figura En el campo Crystal Report se elige la plantilla según la cual se generará el reporte. Una plantilla propia de InBatch es el BatchJournal.rpt que contempla un resumen de toda la actividad asociada a la ejecución de un batch, incluyendo manejo de materiales, equipos, elementos procedimentales, etc. En el campo Output type se define el formato del reporte, las opciones son csv, html, crystal report, excel, text y word. Programación de Reportes: permite programar la ejecución de reportes ya configurados como lo muestra la figura Los reportes pueden ser programados para ejecutarse una sola vez o de forma recurrente.

56 5.7 Generación de Reportes 137 Visualización de Reportes: definidos en el sistema. permite la generación y visualización de reportes Figura 5.42: Configuración de Reporte. Nótese que la generación de reportes, en términos de la información contenida, se lleva a cabo en formatos de texto plano (formatos Word, Excel, Text y csv) ó en formato html. Ninguno de estos formatos de generación de reportes contiene una estructura predeterminada de organización de información de producción. Crystal Reports es una aplicación para el diseño, manejo y entrega de reportes creada por la compañía alemana SAP. En este formato, la información es estructurada de acuerdo a requerimientos de reportes específicamente y puede ser exportada a otros formatos como por ejemplo HTML.

57 5.7 Generación de Reportes 138 Figura 5.43: Programación de Reporte. Una de las propuestas del WBF (World Batch Forum) para implementar los modelos del estándar ISA-88 para intercambio de información es el BatchML (Batch Markup Language) como se mencionó en el capítulo 3. Este formato estándar de intercambio de información provee una estructura jerárquica predeterminada concordante con la del estándar ISA-88 que permite almacenar, intercambiar, procesar y recuperar fácilmente información de producción. Este formato está destinado a ser utilizado en cualquier ámbito de la empresa que requiera la información contemplada por el estándar ISA-88.

58 Capítulo 6 Conclusiones y Resultados Con base en los conceptos de la aplicación del estándar ISA-88 para un proceso productivo a través de un Sistema Administrador de Procesos Batch y habiendo especificado los resultados de compatibilidad entre la herramienta utilizada y el estándar, es necesario posicionar lo abordado en este proyecto dentro de su respectivo marco de referencia para poder apreciar los resultados globales que se derivan. Tomando en cuenta que el Sistema Administrador de Procesos Batch ejecuta sus funciones dentro de una estructura organizacional, la cual requiere una óptima integración entre cada uno de sus estratos, se debe comprender su rol como parte de un todo. La información que debe recibir el Sistema Administrador de Procesos para llevar a cabo sus funciones es la receta de producción y, a su vez, debe generar reportes sobre las actividades desarrolladas tanto en su nivel de trabajo como en estratos inferiores. De esta forma, a través de la optimización de este flujo bidireccional de información se logra una mayor reactividad de la empresa, generando entre otras consecuencias, reducción de costos y del time to market. Para lograr estos cometidos deben considerarse 2 factores fundamentales: la metodología de estructuración de la información del proceso y el intercambio de la información relacionada al mismo.

59 6 Conclusiones y Resultados 140 Con respecto a la estructuración de la información: La estructuración de la información del proceso de producción bajo el estándar ISA- 88 ofrece ventajas que abarcan desde flexibilidad de producción, dado a la separación del modelo de activos y del procedimiento de producción, hasta la posibilidad de implementar una plataforma estándar de intercambio de información. Para llevar a la implementación los conceptos de un Sistema Administrador de Procesos Batch es necesario, en la actualidad, hacer uso de herramientas software propietarias (aunque esto podría cambiar en un futuro a herramientas libres). Numerosas empresas alegan haber liberado al mercado herramientas que cumplen con los lineamientos del estándar. Sin embargo, lo importante es hacer énfasis en la independencia del proceso con respecto a la herramienta, y por lo tanto, con respecto al modelado de los recursos. De este modo, la adquisición de la herramienta dependerá de razones financieras o de ventajas operacionales. En relación con la herramienta utilizada para ilustrar la simulación del Sistema Administrador del Proceso de Producción de Azúcar Rubio (InBatch de Wonderware), es importante acotar que no permite implementar de manera formal los modelos del estándar ISA-88. Los motivos de esta aseveración fueron explicados a medida que surgieron en el capítulo 5. Dos perspectivas radicales surgen de este hecho, una que considere al estándar insuficiente para describir con el detalle requerido el proceso de producción y otra que considere a InBatch como una herramienta que aun no logra implementar las buenas prácticas propuestas por el estándar. Desde un punto de vista intermedio a estas dos teorías se debe considerar, por un lado, que el estándar aun se encuentra en desarrollo y las modificaciones futuras deberían revelar mejoras sustanciales y, por otro lado, deben explorarse las funcionalidades de otras herramientas para indagar sobre la adecuada implementación del estándar.