IT SYSTEMS 1-2/2010 , Plánování a řízení výroby , Potravinářský průmysl

Elektronické řízení surovinového hospodářství v Opavia – LU

Aleš Kovařík, Jaroslav Novotný, Vlastimil Braun


Významný potravinářský koncern Opavia – LU, s.r.o., si zvolil řešení společnosti COMPAS automatizace spol. s r.o. (dále jen COMPAS) pro rekonstrukci řídicího systému surovinového hospodářství závodu v Opavě vyrábějícího známé sušenky a oplatky. Důvodem rekonstrukce byla výměna zastaralého řídicího systému technologie Guerin, zlepšení plánování, řízení a dokumentování výroby, které by vyhovovalo požadavkům pro dávkové řízení dle normy ANSI/ISA 88 (batch).


Požadavky společnosti Opavia specifikovaly:

  • vysoce spolehlivé řízení a monitorování technologie pracující v nepřetržitém provozu,
  • komfortní správu receptur a dávkově orientované řízení technologie (batch),
  • zajištění automatizované traceability materiálů od příjmu surovin po vstup do linek,
  • archivaci provozních a technologických dat získaných z výrobního procesu,
  • monitorování výrobní technologie do MES systému.

Stručný popis technologie

Surovinové hospodářství slouží k přípravě materiálů pro plně automatizované výrobní linky s vysokou průběžnou spotřebou surovin v nepřetržitém provozu. Příprava surovin se skládá z příjmu, skladování, přesunů, vážení, plánovaného dávkování a sledování pohybů velkých objemů surovin v reálném čase. Z autocisteren se nejprve doplňují venkovní sila na mouku a cukr. Z těchto sil se poté průběžně doplňují vnitřní zásobníky mouky a cukru (obr. 1). Vnitřní zásobníky syrovátky a kakaa jsou doplňovány z bigbagů. Následuje navažování jednotlivých složek požadované směsi z těchto zásobníků a jejich doprava do jednotlivých výrobních linek. Do linek lze v případě potřeby dávkovat také požadované množství tuku.

Obr. 1: Příklad vizualizace hospodářství s cukrem
Obr. 1: Příklad vizualizace hospodářství s cukrem

 

Návrh prostředků pro řešení

Navržený koncept architektury moderního řídicího systému Siemens dle obrázku 2 zajišťuje rozšiřitelnost pro případ doplňování technologie. Proto byl projektován systém jako distribuovaný s procesní sběrnicí Profibus DP pro připojení vstupně/výstupních signálů. Pro vyšší komunikaci byla navržena standardní sběrnice Ethernet.
Srdcem řídicího systému Simatic S7 je procesorový modul CPU414-3 PN/DP. CPU komunikuje po komunikační sběrnici Profibus DP s decentrálními částmi systému ET200M a digitálně připojenými pohony:

  • moduly ET 200M obsahují vstupy a výstupy technologických veličin, čítačové vstupy, moduly Siwarex pro řízení navažování materiálů, moduly pro komunikaci pomocí Modbus protokolu s regulátory Eurotherm,
  • pro řízení turniketů jsou doplněny frekvenční měniče Micromaster 440 fy Siemens.

Pro potřeby ovládání technologie jsou použity operátorské stanice PC se SCADA HMI WinCC v 7.0 pro vizualizaci a operátorské panely v technologii s WinCC flexible.

Obr. 2: Architektura systému
Obr. 2: Architektura systému


Úroveň výrobního IT nadřazeného recepturového řízení je řešena pomocí systému COMES.
Systém COMES využívá moduly:

  • COMES Logon – zajišťuje autorizaci a správu uživatelů a systémové funkce,
  • COMES Batch – slouží k řízení nespojitých výrobních procesů podle výrobních předpisů, dle normy ANSI/ISA 88,
  • COMES Historian – je určen pro sběr a archivaci historických dat z technologických procesů prostřednictvím řídicích systémů a následnou prezentaci uložených dat,
  • COMES Modeller – slouží k výpočtům s daty, generování statistik a protokolů s využitím vestavěných konfiguračních a modelovacích nástrojů.

Klíčová funkčnost je konfigurována v modulu COMES Batch (obr. 3), který zajišťuje plánování a řízení dávek materiálů pro zásobníky výrobních linek pomocí uživatelem konfigurovatelných předpisů (výrobních postupů).

Obr. 3: Uživatelské rozhraní systému COMES Batch – spuštěný výrobní předpis
Obr. 3: Uživatelské rozhraní systému COMES Batch – spuštěný výrobní předpis


COMES Batch konfigurace zahrnuje logiku přípravy dávek sypkých materiálů a tuků (všechny materiály dle zvolené receptury v požadovaném množství) pro cílové zásobníky výroby těsta a krémů. Tato procedura byla připravena dle požadavků zadavatele: Suroviny se do cílového zásobníku dávkují v tom samém pořadí, v jakém jsou zapsány v receptuře. Při transferu předchozí suroviny se již připravuje (váží) další surovina a připravuje se na transfer do cílového zásobníku, současně se zpracovává více dávek pro maximální úsporu času a tím dosažení nejvyššího výkonu technologie.
COMES Batch dále umožňuje:

  • Zaplánování předpisu již v době, kdy ještě běží předchozí předpisy (dávkovací postupy). Pokud má předpis nastavenou volbu Sériové spouštění, je další batch automaticky spuštěn ihned po ukončení předchozího.
  • Spolupráce s ovládáním technologie – modul COMES Batch je schopen předat systému WinCC informace: cílový počet dávek, počet vyrobených dávek, jméno předpisu, stav výroby pro cílový zásobník (výroba běží / výroba je ukončena).
  • Automatické generování záznamů o výrobě, tzv. electronic batch report (EBR). Modulem COMES Modeller jsou tyto záznamy využity pro vytvoření výrobních protokolů: Bilance spotřeb ingrediencí, Seznam dávek, Traceability výrobního předpisu, Traceability šarže suroviny (obr. 4).
  • Vestavěný recepturový systém umožňuje operátorům připravovat pojmenované sady parametrů, řídit i životní cyklus předpisu (předpis v návrhu, v testování, v produkci, zastaralý).
  • Integrovaný grafický editor pro vytvoření výrobních postupů a logiky řízení.

 

OObr. 4: Příklad výrobního protokolu
Obr. 4: Příklad výrobního protokolu


Obsluha technologie probíhá následně. Operátor zaplánuje v systému COMES připravenou recepturu včetně množství dávek. Po zaplánování receptury dojde ke spuštění předpisu, který synchronizuje jednotlivé činnosti jak automatizace, tak obsluhy v technologii (indikace na lokálním panelu umožňuje provádět další operace jako spouštění nebo pozastavení jednotlivé dávky, dávkování tuku, spouští vysypání směsi do linky atd.) v závislosti postupu spuštěného předpisu. O průběhu výroby je informován pomocí indikace na ovládacím panelu.

Realizace projektu

Celý projekt byl realizován v krátkém čase tří měsíců včetně zpracování detailní funkční specifikace. Cílem navrženého postupu projektování, vývoje softwaru, montáží, zkoušek a zprovozňování nové automatizace byla minimalizace doby odstávky surovinového hospodářství během konce roku 2009. Díky možnosti simulace výrobních postupů ve fázi vývoje systému COMES bylo možné otestovat z velké části aplikaci před započetím vlastního oživování v technologii.
Oživování rekonstrukce přípravny hmot bylo rozděleno na odzkoušení všech hardwarových prvků, zkoušky jednotlivých výrobních fází bez materiálu a s materiály. Řídicí systém řídí 850 vstupních a 650 výstupních technologických veličin. I při tomto rozsahu bylo dosaženo krátké doby zprovozňování v délce šestnácti dní.

Přínosy nového řešení

Hlavním přínosem komplexní modernizace řízení výroby surovinového hospodářství v Opavia je dosažení vysoké spolehlivosti, produktivity a jakosti technologie. Realizace moderního ovládání technologie zajišťujícího vyšší produktivitu a jakost výroby. Operátoři mohou z obou operátorských panelů naplánovat výrobu, upravovat parametry a sledovat její aktuální průběh, generovat záznamy o výrobě, sledovat historické záznamy a hlášení. Operátoři jsou také upozorňováni na výjimečné stavy s tím, že řídicí systém reaguje tak, aby nedošlo k poškození produktu. Obě operátorské stanice jsou v případě hardwarové poruchy PC vzájemně zastupitelné. Ovládání řídicího systému z operátorských stanic je možné pouze po úspěšné autorizaci (přihlášení) operátora a veškeré zásahy operátorů jsou dokumentovány.
Nasazený systém COMES nově nabízí pracovníkům Opavia možnosti plánování výroby, konfigurovatelné výrobní postupy, trasování šarží materiálů (traceability) a tvorbu elektronické dokumentace výroby. To vše díky využití systémové integrace úrovně výrobního IT (MES) a automatizace výroby – řešení „Elektronické řízení výroby“ firmy COMPAS. Přináší také cenovou úsporu díky tomu, že výrobní postupy není třeba realizovat složitou logikou v řídicím systému. Další informace najdete na www.compas.cz.
 

Definice vybraných pojmů a zkratek

  • COMES
    Výrobní informační systém firmy COMPAS automatizace, spol. s r.o.
  • HMI
    Human machine interface – prostředek pro ovládání řízené technologie
  • MES
    Manufacturin execution system – úroveň výrobního IT pro operativní řízení výroby
  • PC
    Personal computer – osobní počítač
  • PLC
    Programovatelný logický automat, používá se pro řízení technologického zařízení nebo celku
  • SCADA
    Supevisory control and data acquisition – systémy pro ovládání a vizualizaci řízené technologie


Všichni autoři, Ing. Aleš Kovařík, Ing. Jaroslav Novotný a Ing. Vlastimil Braun, působí ve společnosti COMPAS automatizace, spol. s r.o.

Chcete získat časopis IT Systems s tímto a mnoha dalšími články z oblasti informačních systémů a řízení podnikové informatiky? Objednejte si předplatné nebo konkrétní vydání časopisu IT Systems z našeho archivu.

Inzerce

AI jako motor výroby a datové inteligence

ITS_6Jak jste si jistě všimli, aktuální vydání IT Systems je první, které má nové logo. Po dlouhé době jsme se rozhodli oživit nejen logo časopisu, ale také navazujících online médií. Právě výraznější provázání loga časopisu IT Systems, webu SystemOnLine a newsletteru SystemNEWS bylo hlavním cílem modernizace, ke které jsme přistoupili teprve podruhé v téměř třicetileté historii našeho časopisu.