Управління в харчовій галузі

03/01/2011

На сучасному рівні розвитку виробничих процесів до систем автоматизації в харчовій галузі ставляться досить високі вимоги. Окрім своєї основної функції — контролю і управління технологічним процесом, система повинна мати можливість масштабування та бути інтегрованою до корпоративної мережі обміну даними. Тому для рішення цієї задачі необхідно застосовувати комплексний підхід, який охоплює усі рівні функціонально-організаційної структури підприємства.

HMI/SCADA zenon – це простий у використанні і в той же час потужний програмно-технічний комплекс для створення систем автоматизації, який повністю задовольняє описаним вище вимогам, інтелектуалізує процес керування і забезпечує досягнення високої ефективності виробництва.

Інноваційні технології, втілені в zenon, дозволяють об’єднати в одній системі рішення, які охоплюють майже всі сегменти сучасного підприємства: рівень виробництва, збору даних, рівень диспетчерського контролю, управління виробництвом (MES). Володіє спеціальними програмними засобами для безпосереднього виходу на рівень планування ресурсів і продуктивності підприємства (ERP). zenon продуктивно співпрацює з іншими існуючими на підприємстві системами, такими як система промислового обміну даних (PDC), система керування мережею (IT NMS), ведення бізнесу SAP- додатками і т.д.

У цій статті зосереджується увага на практичному використанні можливостей HMI/SCADA-системи zenon при створенні високотехнологічних автоматизованих ліній розливу.

Динамічне середовище виробництва в F&B вимагає застосування гнучких рішень

Рис. 1. Динамічне середовище виробництва в F&B вимагає
застосування гнучких рішень.

За європейською класифікацією цей процес відноситься до сектору промисловості Food & Beverage (F&B) і об’єднує в собі процеси ополіскування тари, безпосередньо розлив, закупорювання, етикетування, упаковку та проміжний етап виробництва – промивку та дезінфекцію обладнання. Головна складність полягає у тому, що розлив – це конвеєрний процес, різні операції якого виконуються в загальному безперервному режимі. Оптимізація використання обладнання, зменшення часу технологічних пауз та простою – ось головні задачі, вирішення яких дасть змогу суттєво збільшити продуктивність виробництва. Саме на цьому зосередили особливу увагу розробники HMI/SCADA-системи zenon.

Незалежне програмне забезпечення

Використовуючи відносно HMI/SCADA-системи zenon термін — «незалежне програмне забезпечення», ми маємо намір ідентифікувати продукт, який відповідає наступним характеристикам: відкритість, гнучкість, масштабованість, і який має інструменти безпосереднього впливу на процес виробництва.

Найбільші складнощі, пов’язані з впровадженням усіх SCADA-систем, виникають у зв’язку з вирішенням проблем сумісності апаратних засобів. Невідповідність програмних засобів практично унеможливлює збір і ефективне використання даних. zenon таких проблем не має. Він базується на стандартних відкритих технологіях і пропонує набір простих у використанні графічних функцій для побудови систем візуалізації будь-якої складності. Характерною рисою даного продукту являється широка різноманітність доступних інтерфейсів, що в свою чергу, виступає запорукою безпечного і безперервного потоку даних. Це такі інтерфейси, як COM (Visual Basic, Delphi, Visual C++, С#, .NET…), XML, SQL, IEC 61131-3.

Для створення своїх власних макросів, функцій, підпрограм, інтерактивних засобів візуалізації, проектувальник може в повній мірі використовувати можливості технологій VBA, ActiveX, WPF. zenon дозволяє легко організувати наскрізний потік даних і зберегти отриману інформацію до стандартних баз даних, таких як Oracle, MS-SQL Server, DB2, Informix. Розроблені мережеві рішення полегшують впровадження системи в уже існуючі структури. zenоn ідеально суміщається з системами високого рівня. На даний момент підтримуються такі міжмережні протоколи: OPC Server, SQL-online, MODBUS RTU slave, Open MODBUS TSP, Slave DEC-TCP, DNP3 slave.

Завдяки наявності в системі управління великої кількості предустановлених комунікаційних драйверів користувач не відчуває жодних труднощів при підключенні до PLC. Технологія резервування дозволяє виконувати поетапну заміну, модифікацію або ремонт окремих елементів системи не припиняючи роботу підприємства. Це стосується не тільки апаратних засобів контролю і управління процесом, а і мережевих девайсів.

Згадані визначальні особливості чітко виокремлюють HMI/SCADA-систему zenon серед цілого ряду продуктів подібного класу.

Стандартизація в F&B

Дотримання високих критеріїв якості – ось визначальний фактор, якого необхідно дотримуватись при виробництві. Той чи інший процес в харчовій промисловості жорстко регламентується стандартами та правилами. На даний момент багато організацій зі стандартизації, таких як ОМАС, займаються питаннями розробки концепції досягнення функціональної сумісності виробничого обладнання різних виробників. Тому, розроблена система автоматизації повинна працювати не тільки у відповідності до існуючих вимог, а і бути готовою до швидкого і «безударного» впровадження нових стандартів.

Постійне удосконалення існуючих інструментів і інтеграція самих передових технологій, дозволяє HMI/SCADA-системі zenon завжди відповідати сучасним вимогам виробництва. zenon дозволяє створити інформаційний кругообіг, який забезпечить впровадження на підприємстві стандартів: ISO 9000, ISA-95, ISA-S88. Проекти, створені в zenon, задовольняють вимогам Weihenstephan standard, EU 178/2002, HACCP, TPM/OEE, TQM/SPC. Особливу увагу необхідно звернути на повну відповідність zenon вимогам FDA CFR Part 11, дотримання яких гарантує користувачу системи високий рівень надійності та безпеки при виробництві. Згідно FDA zenon реалізує наступні завдання:

  • контроль усіх дій, що виконуються оператором або іншим обслуговуючим персоналом;
  • концепція авторизації та розмежування прав доступу (128 рівнів);
  • система підтвердження певних дій через відповідний запит користувачу;
  • фіксація внесення будь яких змін у систему управління;
  • швидке вилучення архівних даних;
  • сертифікація проектів.

Давайте поетапно розглянемо що конкретно пропонує zenon для дотримання стандартів в F&B.

На машинному рівні, оскільки це дійсно апаратно-незалежне програмне забезпечення, zenon дозволяє використовувати найбільш ефективні системи PLC, ІPC або інтерфейсні панелі керування.

На системному рівні філософія zenon по стандартизації та уніфікації створюваних додатків, зменшує витрати при розробці та проектуванні. Шаблонна технологія zenon дозволяє використовувати самі сучасні інструменти і компоненти, які полегшують впровадження стандартизації; забезпечує відповідність як внутрішньо-корпоративним нормам, так і нормам зовнішніх організацій.

На рівні підприємства відкритість zenon гарантує повну мережеву інтеграцію усіх компонентів автоматизації, незалежно від їхнього місця у життєвому циклі виробництва.

Забезпечення повного і своєчасного доступу до будь-якого сегменту процесу — найважливіша функція на шляху до досягнення стандартів якості ISO 22000 і HACCP.

На концептуальному рівні, дотримання вимог TPM, Six Sigma і OEE означає, що система автоматизації реалізує надходження необхідної інформації конкретним людям в конкретний час. Генератор звітів і гнучка мережева архітектура zenon роблять цю задачу реальною.

На корпоративному рівні, стандарти та персональні користувацькі налаштування компонентів системи, палітри, гнучка багатокористувацька розробка і численні VBA майстри дозволяють створювати індивідуальні, притаманні тільки для Вашої компанії, програмні системи автоматизації.

Збільшення ефективності

Прямим шляхом до досягнення підвищення продуктивності являється збільшення ефективності використання наявних виробничих ліній та обладнання. В F&B для формулювання цієї задачі існує спеціальний термін – ОЕЕ. Це свого роду індикатор, який вміщує в собі цілий ряд показників, який використовується в MES як один з головних факторів при аналізі роботи. Збільшення ОЕЕ навіть на 5% без відповідних капіталовкладень дозволяє отримати значний приріст виробництва.

Реалізація такої системи з використанням HMI/SCADA zenon здійснюється за рахунок збору інформації з рівня виробництва і передачі її на верхні рівні, де вона відповідним чином обробляється і представляється у зручній для аналізу формі. Наскрізний двонаправлений потік даних, реалізований ресурсами zenon, гарантує отримання не тільки своєчасної, а і достовірної інформації.

В zenon збільшення ОЕЕ лінії розливу досягається за рахунок оптимізації її трьох складових: доступність, продуктивність, рівень якості:

OEE[%] = Av[%] x Per[%] x QR[%]/10000.

Аналіз виробничих даних, використовуючи діаграму ОЕЕ

Рис. 2. Аналіз виробничих даних, використовуючи діаграму ОЕЕ.

Нижче наведені ключові аспекти проектного рішення, які допоможуть досягти збільшення ОЕЕ.

Доступність:

  • Для уникнення недоступності виробничого обладнання через ведення незапланованих ремонтів та обслуговування, ці операції необхідно регламентувати і проводити за допомогою модуля zenon IMM.
  • Зменшення часу переходу лінії виробництва від одного продукт на іншій, шляхом:
    • зміни параметрів машин за допомогою модуля рецептів zenon RGM
    • передачі оперативної інформації оператору машини по каналу зв’язку ERP/SCADA-HMI.
  • Впровадження систем резервування з використанням HMI терміналів.
  • Оптимізація процесу СІР — чистки та дезінфекції обладнання.
  • Управління і аналіз онлайн та історичний даних за допомогою модулів zenon AMS, IPA, RGM та ETM; як результат, отримання чіткого розуміння слабких місць та наявності потенційних вузлів оптимізації.
  • Максимізація доступності ERP-систем за рахунок прямого комунікаційного інтерфейсу двонаправленої передача даних до SAP-додатків.

Продуктивність:

  • Чіткий огляд і зручне представлення елементів візуалізації процесу, як на HMI, так і SCADA рівнях.
  • Виробничо-орієнтовані операції, засновані на обчисленнях ОЕЕ в режимі реального часу, з використанням вбудованої логіки straton та математичного драйверу zenon.
  • Зменшення часу простою обладнання шляхом автоматичного збору даних, інтерактивного фільтрування і ведення статистики за допомогою zenon IPA та генератора звітів.
  • Зменшення часу «холостого» використання обладнання за рахунок синхронізації роботи потокової лінії, що базується на графічному аналізі станів машин з zenon EТМ
  • Керування лінією з урахуванням результатів роботи суміжного процесу, використовуючи технологію «горизонтальної відкритості» zenon.

Рівень якості

  • Контроль і документування порушень встановлених обмежень і аварійних параметрів з zenon AMS.Графічний аналіз обчислення параметрів процесу.
  • Он-лайн розрахунок і історичний аналіз показників якості за допомогою вбудованої логіки straton і генератора звітів.
  • Статистичне управління процесом, як складової частини загальної концепції управління якістю TQM, за допомогою модуля zenon SPC.

Оптимізація споживання

Інший шлях до збільшення прибутку – це зменшення втрат сировини та споживання енергії. Промислове виробництво в харчовій галузі потребує великої кількості матеріальних ресурсів: продуктові інгредієнти, вода, пара, газ, мастила, стиснене повітря, електроенергія, супутні матеріали. Тому, для допомоги компаніям у впровадженні систем та технологій оптимізації споживання, був розроблений стандарт DIN EN 16001.

Безпосередній механізм зменшення затрат ресурсів полягає у аналізі інформації кожної виробничої зміни, пакета, станів обладнання, технологічних параметрів, тривог, системних подій і т.д. Як наслідок, ми отримаємо можливі сегменти оптимізації. Наприклад, повторне використання теплової енергії, зменшення температурного режиму деяких процесів, встановлення нового, менш енергоємного обладнання.

Використовуючи HMI/SCADA-систему zenon, проектувальник має усі інструменти для розробки та впровадження системи оптимізації споживання ресурсів CMS на своєму підприємстві. Організація зв’язку по більш ніж 300 комунікаційним протоколам дозволяє користувачам zenon:

  • легко інтегрувати нові вимірювальні пристрої та виробниче обладнання
  • запровадити систему управління енергією zenon EMS

zenon забезпечує своїх користувачів своєчасною і достовірною інформацією завдяки організації збору даних та виконанню обчислень ключових енергетичних індикаторів EPI в режимі реального часу, модулям відображення тривог, подій, графічним трендам, символам, персоніфікованим профілям.

Виявлення місць потенційної оптимізації роботи процесу шляхом представлення даних у вигляді діаграми Ганта

Рис. 3. Виявлення місць потенційної оптимізації роботи процесу шляхом
представлення даних у вигляді діаграми Ганта.

zenon виконує обрахунки та представляє усю необхідну інформацію в режимі реального часу

Рис. 4. zenon виконує обрахунки та представляє усю необхідну
інформацію в режимі реального часу.

Мережеві технології zenon дозволяють ефективніше використовувати можливості наявного персоналу на кожному рівні виробництва. Вільноконфігурований генератор звітів, заснований на архівній інформації історичного модуля, представляє користувачу саме ту інформацію, яка необхідна для проведення аналізу та дослідження. Функція симуляції в zenon сприяє навчанню персоналу та прискорює впровадження системи CMS на виробництві.

Концепція впровадження

Розглянемо впровадження системи управління виробництвом на прикладі лінії розливу PLMS. SCADA повинна реалізовувати візуалізацію процесу, контроль тривог і подій, он-лайн обчислення ключових індикаторів, графічний аналіз. Ця інформація має представлятися оператору в зрозумілій та зручній формі. На базі цих даних виробничий персонал приймає вірні та швидкі рішення, контролює дотримання при виробництві заданої продуктивності лінії і вимог якості.

Функціональність системи повинна також включати аналіз і документоутворення історичних даних процесу (з можливістю фільтрації по обладнанню, змінам, пакетам і т.д.). Доступ до такої інформації дозволить виявити прихований потенціал для подальшої оптимізації PLMS.

Виробнича лінія PLMS

Рис. 5. Виробнича лінія PLMS.

Узагальнена діаграма PLMS, реалізована засобами HMI/SCADA-системи zenon.

Рис. 6. Узагальнена діаграма PLMS, реалізована засобами HMI/SCADA-системи zenon.

Розроблена система повинна мати гнучку мережеву структуру, яка базується на відкритих технологіях та мати можливість передачі технологічної інформації на верхній рівень керування підприємством – ERP.

Послідовність впровадження PLMS: специфікація вимог – застосування рішень – інтеграція системи.

Специфікація вимог

На цьому етапі необхідно визначити наступні моменти:

  • які машини та обладнання повинні підключатися до SCADA, включаючи опис апаратних засобів системи автоматизації (PLC, HMI);
  • сегменти оптимізації потокової лінії виробництва;
  • методологія розрахунку і аналізу OEE або інших ключових індикаторів продуктивності виробничої лінії;
  • обов’язки та функції користувачів ERP систем;
  • вимоги до комунікаційних зв’язків з іншими програмними системами.

Застосування рішень

Конкретні пропозиції по інструментам та технологіям zenon включають рішення, описані вище при створенні систем збільшення ефективності використання обладнання ОЕЕ та оптимізації споживання ресурсів CMS.

Інтеграція системи

Наведена вище діаграма представляє узагальнену архітектуру PLMS, реалізовану засобами HMI/SCADA-системи zenon. Уся вертикальна структура об’єднує в єдину систему технічні засоби автоматизації та людські ресурси. Мережа Ethernet являється центральною комунікаційною платформою. Верхній рівень складається з серверної станції, яка збирає усю інформацію з рівня виробництва, сервера БД, клієнтських та сервісних PC, шлюзу інтеграції у ERP-системи.

Ефективна робота системи, такої як PLMS, в значній мірі залежить від програмних засобів, на базі яких вона була створена. Концептуальна філософія відкритості zenon, за допомогою великої кількості модулів та технологій, забезпечує своїм користувачам значну перевагу на шляху до досягнення успіху, надає можливості створення дійсно сучасних та передових систем автоматизації.