Batch Procedure của Sepasoft trên Ignition so với FactoryTalk Batch: công thức, phase và giao tiếp PLC

Batch Procedure là module điều khiển mẻ (batch) theo ISA-88 của Sepasoft, Inc., chạy trên Ignition, nền tảng của Inductive Automation. Công thức (recipe) được dựng và chạy trên màn hình Perspective, bộ máy chạy mẻ (batch engine) nằm trên gateway Ignition, còn mỗi phase thiết bị (equipment phase) trong PLC được nối qua tag Ignition mang một số nguyên lệnh (command), một số nguyên trạng thái (state) và các tham số của phase. FactoryTalk Batch là phần mềm điều khiển mẻ theo ISA-88 của Rockwell Automation; khi dùng cùng PhaseManager, batch server của nó làm việc thẳng với các đối tượng equipment phase trong bộ điều khiển Logix qua CIP. Cả hai đều tách công thức khỏi logic thiết bị. Chỗ khác nhau là nền tảng, giao diện cho người vận hành và cách dựng giao tiếp phase với PLC.

Batch Procedure là gì

Sepasoft dựa Batch Procedure trên ISA-88 cho điều khiển mẻ và ISA-106 cho tự động hóa quy trình (procedure automation) trong quá trình liên tục. Người soạn công thức và kỹ sư điều khiển cấu hình phase thiết bị là hai việc tách riêng. Định nghĩa sản phẩm được giữ tách khỏi năng lực của thiết bị, nên cùng một cụm thiết bị làm được nhiều sản phẩm, và một sản phẩm chạy được trên thiết bị khác miễn là thiết bị đó có cùng các phase.

Nhà máy cần có trước khi chạy mẻ đầu tiên:

• Chỉ chạy trên Perspective. Batch Procedure dùng component Perspective và cần Ignition 8.1 trở lên. Bảng tổng quan module của Sepasoft ghi rõ module này không dùng được với Vision. Perspective chạy trên trình duyệt web của máy tính và thiết bị di động.
• Module cài kèm: các bước cài đặt thêm module Document Management và Production; module Production luôn được cài cùng mọi module của Sepasoft.
• Một kết nối cơ sở dữ liệu cho dữ liệu vận hành và dữ liệu phân tích (một database chứa được cả hai), và tag provider mặc định của project đặt là MES.
• Cách tính license. Trang giá của Sepasoft ghi Batch Procedure tính theo server: mỗi bản cài server phía sau (backend) cần một license, license vĩnh viễn, không giới hạn số công thức đang dùng trên mỗi license trong phạm vi một site vật lý. Trang sản phẩm thì diễn đạt là không giới hạn số unit trên một server có license, tùy năng lực của server. License dự phòng, phát triển và thử nghiệm bán thêm.

Từ công thức xuống phase trong PLC: các lớp

Thiết bị. Process cell và unit là các mục trong mô hình thiết bị sản xuất (production equipment model) ở MES Equipment Manager, dùng chung với các module Sepasoft khác (xem chọn module Sepasoft MES theo bài toán nhà máy). Process cell gồm thiết bị của một dây chuyền sản xuất; unit là một thiết bị cùng các control module của nó, có một hay nhiều phase và thường làm một công đoạn (operation).

Phase và unit class. Trong component Batch Phase Manager, kỹ sư tạo phase class và phase, mỗi phase dựa trên một phase gốc (base phase). Các phase được gom thành unit class (Batch Unit Class Manager), rồi mỗi unit được gán một unit class (Batch Unit Manager). Các operation trong một unit procedure dùng phase của unit class đó.

Công thức. Batch Recipe Editor sắp xếp các bước và điều kiện chuyển (transition) giữa chúng. Một bước có thể là một phase đơn, một unit procedure gồm các operation và phase, hoặc đủ cả cây phân cấp ISA-88. Lưu lại thì có công thức gốc (master recipe); mỗi lần chạy tạo một bản sao gọi là công thức điều khiển (control recipe), chính là mẻ đang chạy. Sửa master recipe không ảnh hưởng các mẻ đang chạy. Từ bản 3.81.11 RC 1 có thêm formula: một bộ lượng nguyên liệu và thông số gắn với một master recipe, nhờ đó một công thức có nhiều formula mà không phải sửa logic quy trình.

Các loại phase. Phase có sẵn gồm cấp phát thiết bị dùng chung, tài liệu hướng dẫn thao tác, chữ ký điện tử (e-signature, từ bản 3.81.6 RC 1), thông báo và yêu cầu nhập cho người vận hành, bộ định thời, script và đồng bộ giữa các unit. Phase tự tạo dựa trên các phase gốc Equipment, Transfer In và Transfer Out; equipment phase là loại trao đổi tham số với PLC. Trang sản phẩm của Sepasoft mô tả quy trình do thiết bị dẫn, do người vận hành dẫn và kiểu kết hợp, nên bước thao tác tay và equipment phase có thể nằm chung một công thức.

Chạy mẻ. Mẻ được đưa vào hàng đợi từ component Batch List, Batch Controller hoặc bằng script, chạy ở chế độ Auto, Manual hoặc Semi-Auto; ở Semi-Auto, mỗi transition phải chờ người vận hành. Một unit procedure gắn với đúng một unit, và unit được cấp khi unit procedure đó bắt đầu chạy.

Phía PLC: lệnh, trạng thái và bắt tay

Mỗi batch phase trong engine có đúng một equipment phase tương ứng trong PLC, qua giao tiếp mà Sepasoft gọi là PLI (Phase Logic Interface). Phase được đặt Exposed sẽ có một UDT trong tag provider MES của Ignition, mỗi tham số là một thành viên; thành viên có thể là tag bộ nhớ (memory), tag OPC nối xuống thiết bị, hoặc tag tham chiếu (reference) tới một tag có sẵn. Đường dẫn OPC (OPC item path) có thể tham số hóa, ví dụ Device/{Unit}/{InstanceName}/{TagName}, nên một định nghĩa phase dùng được cho mọi unit có cùng phase. Sepasoft khuyên dùng dấu gạch dưới thay cho khoảng trắng trong tên, vì nhiều PLC không chấp nhận khoảng trắng.

Theo trang framework, tham số đầu ra (output) được ghi xuống bộ điều khiển khi phase bắt đầu chạy và ghi lại mỗi khi đổi giá trị trong lúc phase còn chạy; tham số đầu vào (input) được theo dõi từ bộ điều khiển trong cùng khoảng thời gian đó.

Danh sách lệnh và trạng thái của Sepasoft:

Engine quyết định phase phải làm gì, còn PLC tự báo tình trạng của mình. Command và State mang chữ dễ đọc cho engine; Command_Number và State_Number mang số nguyên, thứ mà logic PLC dễ kiểm tra và dễ ghi hơn. Tài liệu giao tiếp PLC của Sepasoft (bản 1.0, tháng 11/2025) mô tả một lần chạy bình thường:

1. Engine ghi các tham số công thức xuống tag của phase.
2. Engine đặt Start (1) và chờ PLC báo Running (2).
3. Engine đưa lệnh về None (0).
4. Làm xong, PLC báo Complete (3).
5. Engine đặt Reset (7), chờ Idle (1), nhả phase và chạy tiếp.

Lệnh Stop (6) đưa phase đang chạy qua Stopping tới Stopped, phase đứng ở đó cho tới khi lệnh Reset đưa nó qua Resetting về Idle. Một số bước chuyển là của riêng PLC, không cần lệnh, như Running sang Complete hay Holding sang Held.

Ba chi tiết cần lưu ý khi viết phía PLC:

• Permissive Start (17). Trang lệnh và trạng thái của Sepasoft định nghĩa thêm một trạng thái trước Idle, trong đó PLC giữ phase chưa cho chạy tới khi đủ điều kiện, ví dụ cửa đã đóng; PLC tự chuyển sang Idle và chỉ khi đó engine mới gửi Start. Electronic Batch Record Viewer ghi lại trạng thái Permissive Start cùng các trạng thái phase khác.
• Watchdog. Mỗi giây engine ghi một giá trị Handshake_Value mới. PLC phải kiểm tra giá trị này vẫn thay đổi và xử lý khi nó đứng yên.
• Engine khởi động lại. Khi batch engine khởi động, các mẻ đang chạy được chuyển sang Held. Sau lệnh Restart, engine đọc trạng thái từng phase trong PLC: phase đang chạy thì chạy tiếp, phase đã xong thì được reset, các phase còn lại chờ lệnh tương ứng.

Ví dụ ControlLogix trong tài liệu của Sepasoft dùng PhaseManager, thứ mà tài liệu coi là tùy chọn; không dùng PhaseManager thì logic PLC làm việc thẳng với Command_Number và State_Number như lần chạy ở trên. Có PhaseManager thì mỗi trạng thái có routine riêng và logic thiết bị nằm trong routine Running. Vì PhaseManager không làm việc qua các tag này, cần một chương trình PLI riêng làm cầu nối: một routine theo dõi Command_Number và phát lệnh phase tương ứng bằng PCMD, một routine dùng MOV chép các bit trạng thái của phase vào State_Number. Các mô hình ISA-88 đứng sau những thuật ngữ này (process cell, unit, unit procedure, operation, phase, master recipe và control recipe) cùng mô hình trạng thái của phase có trong bài ISA-88.

Hồ sơ mẻ và báo cáo

Thông tin mẻ, tham số, lệnh và trạng thái được đưa ra thành tag Ignition, và tag collector lưu các thay đổi để phục vụ phân tích MES. Ngoài ra:

• Electronic Batch Record (EBR) Viewer (từ bản 3.81.6 RC 1). Với master recipe, nó liệt kê các bước đã định nghĩa; với một mẻ, chọn theo BatchID, nó liệt kê các bước đã chạy, giờ bắt đầu và kết thúc, giá trị tham số kèm các lần thay đổi có dấu thời gian, cả trạng thái Permissive Start và thông báo từ PLC. Bản ghi đang mở tải về được dạng PDF, và các hàm script trả về cùng dữ liệu đó.
• Batch Report. Báo cáo dùng chung dựng bằng module Reporting của Ignition, nhận BatchID và nhóm dữ liệu theo các bước procedure, unit procedure và operation.
• Lô nguyên liệu. Khi có cài Track & Trace, equipment phase mang thêm tham số Material_In và Material_Out; lô vào và lô ra của mẻ hiện trên biểu đồ truy xuất (trace graph) và trong EBR. Sepasoft ghi tối thiểu cần Batch Procedure, Track & Trace và Production. Xem Track & Trace: truy xuất lô và genealogy trên Ignition.

FactoryTalk Batch theo mô tả của Rockwell

Trang sản phẩm của Rockwell gọi FactoryTalk Batch là điều khiển mẻ ISA-88 gốc và xếp nó trong giải pháp xử lý theo mẻ của Rockwell cùng hệ DCS PlantPAx. Trợ giúp FactoryTalk Batch 18.00 cho biết phần mềm được phát triển quanh tiêu chuẩn ISA S88.01 và nêu các thành phần chính:

• Equipment Editor dựng mô hình khu vực (area model), lưu thành file .cfg: process cell, unit, phase và control module, cùng mẫu chữ ký điện tử, mẫu phê duyệt công thức và quản lý phiên bản công thức.
• Recipe Editor dựng master recipe dạng sơ đồ SFC (theo IEC 61131-3) hoặc dạng bảng, ở các cấp procedure, unit procedure, operation và phase.
• Batch Server chạy các mẻ; Batch View tạo và ra lệnh cho control recipe, trả lời các yêu cầu nhập tham số, gán thiết bị, ký và thao tác tay; Batch View HMI Controls đưa phần điều khiển mẻ vào FactoryTalk View SE Display Client.

Với PhaseManager trong Logix Designer, giao tiếp phase (PLI) được tích hợp sẵn trong bộ điều khiển Logix 5000 dưới dạng các đối tượng equipment phase: Batch Server ra lệnh thẳng cho chúng qua CIP, không phải viết routine PLI, và việc đồng bộ area model với project Logix tự tạo tag cho từng phase cùng các tham số. Không dùng PhaseManager thì kỹ sư phải viết các routine PLI bằng ladder, còn dữ liệu đi qua một OPC data server với các tag tạo tay ở cả hai phần mềm.

Trang sản phẩm liệt kê cho bản 18: nhật ký sự kiện ghi các thay đổi công thức và tham số, thêm các API chỉ đọc cho MES, ERP và LIMS, và cấu hình dùng chung giữa các batch server dự phòng; bản 17 đổi cấu trúc database lưu trữ để truy vấn và làm báo cáo nhanh hơn. Phần mềm được bán theo hình thức thuê bao (subscription); trang sản phẩm không nói cách tính license.

Đặt cạnh nhau

Trường hợp nào thường hợp với bên nào

Đây là gợi ý chung của chúng tôi, không phải quy tắc:

• Nhà máy đã chạy FactoryTalk Batch và PlantPAx. Area model, phase, công thức và màn hình FactoryTalk View SE đã có sẵn. Chúng tôi thường khuyên mở rộng trên hệ đó: vẫn giữ một kiểu giao tiếp phase, còn đổi sang batch engine khác nghĩa là làm lại giao tiếp, dựng lại công thức và thử lại toàn bộ.
• Nhà máy đã dùng Ignition, hoặc nhà máy mới muốn giao diện trên trình duyệt. Batch Procedure dùng chung mô hình thiết bị sản xuất và định nghĩa vật tư với các module Sepasoft khác, nên dữ liệu mẻ, truy xuất lô và OEE nằm trên cùng một nền tảng, và tag của phase có thể là tag OPC trên bất kỳ PLC nào Ignition kết nối được.
• Nhà máy dùng PLC Allen-Bradley chuyển sang Ignition. Theo ví dụ ControlLogix của Sepasoft, phase viết bằng PhaseManager vẫn giữ trong bộ điều khiển, thêm một chương trình PLI làm cầu nối với tag của Batch Procedure; logic phase không dùng PhaseManager thì tự đọc Command_Number và tự ghi State_Number.

Câu hỏi cần trả lời dù chọn bên nào: logic phase hiện nằm ở đâu, ai soạn và ai duyệt công thức, cần những hồ sơ mẻ nào, có phải truy xuất lô xuyên qua mẻ hay không, và license phải phủ bao nhiêu server (kể cả hệ dự phòng và hệ thử nghiệm).

Kinh nghiệm của TDL

TDL Industrial Automation là Sepasoft MES Certified Integrator và Ignition Certified Integrator. Các dự án mẻ của TDL đến nay chạy trên FactoryTalk Batch với PlantPAx, tức phía Rockwell Automation trong phép so sánh này:

• Tại nhà máy Đồng An của P&G Việt Nam, từ 2014 đến 2021: nâng cấp FactoryTalk Batch với các unit bồn trộn và bồn nguyên liệu, công thức, báo cáo và lập trình PLC điều khiển phase; batch server và client FactoryTalk Batch mới cho một dây chuyền trộn khác, có tích hợp mã vạch nguyên liệu; và hỗ trợ tại chỗ cùng kỹ sư Rockwell Automation cho một dây chuyền pha chế mới.
• Tại nhà máy thức ăn thủy sản FeedOne của Vĩnh Hoàn (2022), một nhà máy xây mới trên bộ điều khiển ControlLogix 5580 dự phòng: điều khiển mẻ và quản lý công thức cho các dây chuyền thức ăn trên FactoryTalk Batch với các equipment phase PlantPAx. Năm 2025, TDL làm lại các equipment phase PlantPAx này.

Phần lớn công việc phía bộ điều khiển đó dùng lại được với Batch Procedure, vì module này cũng điều khiển từng phase trong PLC qua một số lệnh và một số trạng thái; tài liệu giao tiếp PLC của Sepasoft có ví dụ dùng PhaseManager. Trang điều khiển mẻ và MES trên Ignition mô tả các dịch vụ này.