图1  生产过程的分类

随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，作为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。生产过程控制的柔性化要求变得越来越迫切。

为了应对生产过程控制的柔性化要求， 1995年，美国国家标准协会制定了一个batch control的标准S88.01，许多国际电气及软件巨头相关人员都参与了S88.01的制定，如ABB、Siemens、GE、AB、Honeywell、Modicon、Wonderwere等，甚至，不少国际化工行业公司都参与了制定，如ICI，DOW，3M等。在过去的十几年里，batch控制软件的供应商及使用客户，都体验到了巨大的好处。目前，batch控制软件在欧美已经广泛应用。在国内，目前还处于初级阶段，只有部分外资企业使用了基于S88标准的batch控制系统。

批次控制系统简介

首先，我们先回顾一下常见的生产过程的分类，生产系统可以分为连续生产系统、离散生产系统和批次生产系统。

典型的连续生产系统：石油、天然气、污水处理厂、发电等；

典型的离散生产系统：电路板、存储器、磁盘、计算机、汽车、发动机等；

典型的批次生产系统：涂料、颜料、洗发水、啤酒、冰激淋等。

针对批次生产过程所采用的批次控制系统可定义为：使用一个或者多个设备，通过加入多种原料，在有限的时间内经过一组有序的处理活动，产出有限数量产品的控制过程。

图2  S88定义的物理模型

S88标准简介

S88标准定义

S88定义了分级配方管理以及工艺划分框架，它们能将产品从生产它们的过程中分离出来。S88标准设备和软件具有重复使用性和灵活性，它提出一种架构，集成了传统的ERP，MES和控制领域，使它们能够协同工作。

S88.01：主要针对模型和术语（1995）；

S88.02：数据结构和语言的总体指导（2001）；

S88.03：通用（Gerenal）和站点（Site）配方的描述和数据模型（2003）；

S88.04：生产记录；

S88.05：配方/设备接口（PackML参与）。

S88定义的3种模型

物理（设备）模型

物理模型是在工艺流程图上根据设备功能进行物理设备的划分，主要划分为车间/单元/设备模块/控制模块4级。

图3  S88定义的工序模型

工序模型

工序模型是在进行配方的编写时根据所属的物理模型对过程执行任务进行划分，主要划分为生产过程/单元生产过程/操作/阶段4级；

控制活动模型

批处理自动化范例的结构框架，它对于批处理控制以及对于控制活动之间的关系都提供了一种全面的描述。

随着S88.01 标准的产生和不断完善，各大电气与软件巨头以S88.01为核心，相继推出自己的batch管理与控制系统软件，如Rockwell公司的FactoryTalk Batch，Siemens公司的SIMATIC Batch等。Batch软件作为过程控制行业的利器，已经显示出了巨大的作用。

基于S88标准的批次控制系统主要应用于批处理生产行业。基于S88标准的批次管理和控制功能可以实现柔性生产、与设备无关的配方管理、与批次无关的设备控制，同时还符合各项法规。可以通过使用批次管理与控制改进生产、提高产量、降低成本并提高质量。

图4  S88定义的控制活动模型

批次控制系统的主要组成

批次控制系统主要由物理建模、配方管理、设备监控与过程控制、生产规划与调度、生产信息管理、过程管理、物料追踪、合规报表和过程验证组成。

基于S88标准的批次控制系统优点

基于S88标准的批次控制系统采用标准状态机编程，帮助工程师建立周密的编程思想，易于工程师之间的交流；采用标准状态机编程，对设备出现所有状况监控周密，保证安全生产。该系统可根据工厂规模以及特殊要求进行最佳调整；可随着工厂规模的扩大而扩充规模，不必预留成本昂贵的备用容量。

该系统实现了配方工序和设备控制的分离，配方基于PC编写，设备控制基于PLC运行。它的数据采集和记录标准化，便于产品审查和趋势分析；为工程师编程、处理故障以及维护系统提供了共同基础。

基于S88标准的批次控制系统缩短了新产品开发周期，保障配方的保密性，配方可以跨工厂移植，提高了产品的一致性，满足国家标准，支持一系列的遵循GMP的功能。同时，它还提供了批处理过程的实时监视和控制；手动加料同样有提示及数据记录；可靠的操作向导功能，可以准确无误地对过程故障做出反应。

图5  批次控制系统

Batch控制系统案例

利用AB FT view及FT batch系统，慧桥公司为某化工行业国际大客户提供了基于S88标准的批次控制解决方案。该系统有多条生产线，配方约有几百种，比较特别的是几条生产线共用罐区物料，几条生产线又可能同时生产。该系统自投产后运行良好，获得客户的好评。利用SIEMENS PCS7及SIMATIC batch系统，慧桥为某化工行业国际大客户提供的基于S88标准的解决方案，系统要求满足配方多、生产灵活、扩充方便的要求，此外还预留了与将来的MES系统的接口。

结束语

相信在不久的将来，基于S88标准的批次控制系统随着国内企业的快速发展将大放异彩。