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Anwenderbericht

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Optima Control Solutions ersetzt veraltetes Equipment mit qualitativ hochwertiger FactoryTalk-Batch-Steuerungslösung

Herausforderung

  • Optima Control Solutions wurde beauftragt, ein veraltetes Rezeptsteuerungssystem durch ein modernes Batch-Steuerungssystem zu ersetzen

Lösungen

Ergebnisse

  • Verringertes Risiko durch Veralterung
  • Geringere Ausfallzeiten
  • Schnellere und leichtere Migration
  • Robusteres zusammenhängendes Netzwerk
  • Serverbasierte Lösung

Hintergrund

Veraltetes Equipment ist für viele Unternehmen ein Problem. Wenn dazu kein solider Maßnahmenplan erstellt wird, kann dies nicht nur den Betrieb einer Produktionslinie oder einer Maschine negativ beeinflussen, sondern sich auch nachteilig auf die Qualität und letzten Endes auch Image der Marke auswirken.

Ein führender britischer Gebäckhersteller hat früh die Gefahr der Veralterung seiner Mischanlage erkannt. Die Hardware war nicht nur in die Jahre gekommen, was sich in Bezug auf Leistung und Ausfälle bemerkbar machte, es waren auch keine Ersatzteile mehr lieferbar.

Zur Behebung dieses Problems wendete sich der Gebäckhersteller an Rockwell Automation, den Hersteller des bestehenden Systems, der mit dem britischen, in Blackburn ansässigen Unternehmen Optima Control Solutions Limited zusammenarbeitet.

Die Wahl fiel auf Optima Control Solutions aufgrund der umfangreichen Erfahrung bei ähnlichen Anwendungen. Außerdem hatte das Unternehmen bereits eine Vielzahl vergleichbarer Modernisierungsprojekte durchgeführt und kennt die Produkte und Lösungen von Rockwell Automation eingehend.

Herausforderung

Wie bei vielen vergleichbaren Modernisierungsprojekten war es notwendig, Ausfallzeiten in der Mischanlage auf einem absoluten Minimum zu halten. Control Solutions musste das Projekt daher an den Wochenenden und während anderer Ausfallzeiten umsetzen. Außerdem sollte die Lösung zur Reduzierung der Gesamtausfallzeit beitragen, die Implementierungsrisiken minimieren und trotzdem einsatzfähig sein, wenn die Produktion währenddessen wieder anlaufen musste. Dies war möglich, indem die Umstellung auf das neue, moderne System an den Wochenenden durchgeführt, das System dann wieder getrennt und die wesentlichen Teile jeden Sonntagabend entfernt wurden, damit das existierende System montags wieder anlaufen konnte. Auch der Systemintegrator musste schnell agieren, da zwischen der Auftragserteilung und der Lieferung ein Zeitfenster von nur zwei Monaten lag.

Das Alter der bestehenden Lösung stellte zudem eine Herausforderung dar. Die Techniker kannten das Steuerungssystem und die Bediener den Mischprozess. Doch trotz dieses vereinten Wissens war es schwierig, eine vollständige Spezifikation zu erstellen, die alle Zielvorgaben erfüllte. Diese Herausforderung ließ sich durch den intensiven Austausch mit dem Personal der Anlage meistern, sodass die Lösung heute den Bedürfnissen aller Beteiligten entspricht.

Anstatt das Problem nur mit einer Standalone-Lösung zu beheben, musste sich Optima Control Solutions außerdem mit dem Kodier- und Rezeptsteuerungs-/Liefersystem beschäftigen und dies durch ein Batch-Server-basiertes Konzept ersetzen. Letztendlich würden dadurch nicht nur die kurzfristigen Probleme des veralteten Equipments behoben, sondern dem Gebäckhersteller auch ermöglicht, seine Produktionssteuerungs- und Berichtsfunktionen zu erweitern. Die Daten könnten gesichert werden und die für die Bediener vertraute Ansicht bei zukünftigen Upgrades beibehalten werden.

Lösung

Das Migrationsprogramm sollte an drei nicht zusammenliegenden Mischlinien durchgeführt werden, welche einen bedeutenden Teil der Anlage des Endkunden versorgen. An den eigentlichen Mischstationen wurden die Allen-Bradley-Steuerungen PLC-5 und die alten Allen-Bradley-Terminals im Fertigungsbereich 1784-T30C durch die programmierbaren Automatisierungssteuerungen (PAC) ControlLogix von Allen-Bradley und SCADA-Systeme mit FactoryTalk-Batch-Clients ersetzt. Diese werden von einer modernen serverbasierten Batch-Management-Lösung gespeist.

Mark Lane von Optima Control Solutions erklärt: „Um die Systemverfügbarkeit zu maximieren, haben wir einen EtherNet/IP-Ring auf Geräteebene entwickelt und eingesetzt, der die ControlLogix-PAC auf jeder Mischlinie in einem robusten Netzwerk auf Werksebene mit dem Batch-Server verbindet.“ Ein zusätzlicher Batch-Server wurde als Backup-Server konfiguriert. Auf jeder Mischlinie befindet sich ein Computer von Rockwell Automation mit integriertem Display, auf dem die übergeordnete HMI-Software FactoryTalk View Site Edition (SE) mit integrierten Batch-Client-Komponenten installiert ist. Mit Hilfe der lokalen PCs lassen sich Rezepte auf dem Batch-Server auswählen und starten. Der Batch-Server gibt dann die Menge der einzelnen Zutaten und die Abfolge der Mischvorgänge vor.

„Im Betrieb lädt der zentrale Server das Rezept und die Chargen-Daten auf die Steuerungen, die dann den Mischprozess steuern“, führt Lane weiter aus. „Dank des EtherNet/IP-Netzwerks leitet die Connected-Enterprise-Lösung diese prozessspezifischen Parameter zur Protokollierung, Qualitätskontrolle und historischen Analyse zurück an die Server – und an das SAP-System. Eine weitere vernetzte Steuerung kommt zudem an der Teigzufuhr zum Einsatz.“

Optima Control Solutions implementierte die Batch-Lösung gemäß den S88-Standards, wie in den funktionalen Designvorschriften gefordert. Die FactoryTalk Batch-Software führt die Rezepte aus, teilt die Abläufe zur Produktherstellung in Phasen auf und ordnet diese Anlagenteilen zu. Bei der Ausführung eines Rezepts lassen sich mehrere Phasen auf verschiedenen Anlagenteilen gleichzeitig umsetzen.

Die verwendeten Rezepte entsprechen ebenfalls den S88-Standards, bei denen für jedes Produkt ein Master-Rezept erforderlich ist, das nur durch autorisiertes Personal erstellt werden kann. Diese Master-Rezepte dienen als Vorlagen zur Erstellung einzelner Chargen. Um eine Charge zu produzieren, wird ein Steuerrezept aus dem entsprechenden Master-Rezept erstellt und so angepasst, um die Charge wie erforderlich zu erstellen.

„Als wir das erste System entwickelt haben“, erläutert Mark Turner, Engineering Director bei Optima Control Solutions, „wollten wir die Funktionen von FactoryTalk-Batch vollständig ausschöpfen, um einen Chargen-Datensatz für jedes Steuerrezept zu erstellen und dabei standardmäßige und anwenderspezifische Informationen über die Charge bei deren Herstellung mit Zeitstempel zu speichern. Typischerweise wird bei diesen Systemen eine neue Charge erstellt und dann für jede Produktmischung gestartet.“ Jedoch läuft der Mischprozess bei dem Kunden anders ab. Entsprechend den Anforderungen des Kunden musste ein Rezept ausgewählt, eine Charge erstellt und gestartet sowie die Rezeptschritte in dieser Charge kontinuierlich wiederholt werden, bis der Bediener entscheidet, dass das Rezept beendet werden soll. Mit der FactoryTalk-Batch-Software konnte Optima Control Solutions den gleichen Arbeitsablauf umsetzen, was für den Gebäckhersteller oberste Priorität hatte.

 „In diesem Bereich der Modernisierung verfügen wir über umfassende Erfahrung, die wir in das Projekt einbringen konnten. Die von Rockwell Automation entwickelte Migrationslösung hat den Umstellungsprozess erheblich und nachweisbar vereinfacht. Diese umfasst ein Wiring-Conversion-Schwingsystem, das entwickelt wurde, um den Anwender bei der Migration von veralteten SPS-Lösungen zu modernen Allen-Bradley-ControlLogix-Steuerungen zu unterstützen. Zur Anpassung des Systems an die Produktionsanforderungen hat dessen Prüfung und Inbetriebnahme an mehreren Wochenenden stattgefunden. Jeden Samstagmorgen haben wir das PLC5-Rack entfernt und es durch das ControlLogix-Rack und das Schwingarm-Adapter-Kit ersetzt. Am Sonntagabend sind wir dann umgekehrt vorgegangen und haben die PLC5 wieder angeschlossen, damit die Produktion weiterlaufen konnte. Mit dem Conversion-Kit war diese Umstellung in weniger als 45 Minuten abgeschlossen.“

Die Schwingarm-Adapterlösung von Rockwell Automation macht Migrationsprojekte nicht nur einfacher, sondern dank der Umstellungsmodule und durch die Wiederverwendung der bestehenden Verdrahtung auch weniger fehleranfällig. Diese Lösung ist außerdem schneller: In einem Rack mit zehn 32-E/A-Modulsteckplätzen sind Einsparungen im Bereich von 10 Stunden pro Rack keine Seltenheit.

Ergebnisse

In Verbindung mit der leistungsfähigeren ControlLogix-Steuerung hat die neue serverbasierte Batch-Lösung mit installierter FactoryTalk-Batch-Software die Anforderungen des Gebäckherstellers genau erfüllt: ein zukunftssicheres Steuerkonzept, das dem Hersteller zusätzlich einen wesentlich besseren Einblick in seine Chargen- und Rezeptsteuerungsverfahren verschafft.

„Es handelt sich hierbei um keine „Notlösung“, um die unmittelbaren Probleme zu beheben“, erläutert Lane, „sondern vielmehr um eine erweiterbare, zukunftssichere Lösung, die dem Kunden eine bessere Chargenverfolgung und einheitlichere Chargen ermöglicht. Der Gebäckhersteller erhält nicht nur eine bessere Übersicht über die Prozesse, wobei alle primären Prozessschritte auf HMI-Bildschirmen dargestellt werden. Er kann zudem die durch Systemfehler verursachten Ausfallzeiten verringern. Außerdem lassen sich Bedienerfehler, die die Funktionsweise der einzelnen Chargen beeinträchtigen, reduzieren. Dank der umfassenden Datenanzeige und der Tatsache, dass für jeden Mischer ein visuelles System und Layout verwendet wird, entsteht eine unternehmensweit konsistente Lösung.

Die Umrüstung auf eine moderne Prozesslösung bringt dem Endkunden viele Vorteile. Zuerst wird das potentielle Risiko unternehmenskritischer Ausfallzeiten durch den Wegfall alternder Hardware eliminiert. Außerdem bieten moderne Prozesssysteme zusätzliche Möglichkeiten und mehr Leistung. Darüber hinaus lassen sich der Durchsatz erhöhen, die Instandhaltungskosten verringern sowie die Sicherheit und Qualität verbessern.

Eine höhere Produktivität ist einer der wesentlichen Vorteile eines Connected Enterprise, das der Endkunde dank zeitgemäßer, über moderne Protokolle (wie EtherNet/IP) verbundene Hardware für sich nutzen kann. Diese Produktivitätssteigerung wird durch den Zugriff auf Echtzeit-Informationen ermöglicht, auf deren Basis fundierte und umsetzbare Entscheidungen getroffen werden können.

„An diesem Standort gilt Rockwell Automation als Standard“, stellt Lane abschließend fest. „Außerdem bin ich davon überzeugt, dass Rockwell Automation für die Chargen-Verarbeitung die beste technische Lösung liefert. Des Weiteren haben wir von dem technischen Know-how des Unternehmens profitiert, einem wahren Chargen-Spezialisten, der uns bei der Umsetzung dieser Anwendung unterstützt hat.“

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