了解兩家化工企業(yè)如何通過將老舊的過程控制升級為現(xiàn)代自動化過程控制系統(tǒng)，從而獲得優(yōu)化生產(chǎn)、減少停機(jī)時(shí)間等諸多優(yōu)勢。
我們知道很多事物往往是在失去后才讓人珍惜，但還有一種情況，就是直到更好的事物出現(xiàn)我們才發(fā)現(xiàn)原來的情況竟如此糟糕。如果您一直因陳舊的過程控制而苦惱，則屬于后面這種情況。本文案例研究中的兩家大型化工廠就有這種感受， 他們在將早期系統(tǒng)升級后， 生產(chǎn)大為改善，運(yùn)營也得到顯著簡化。
符合擴(kuò)建要求
Syngenta Crop Protection 有一座農(nóng)藥工廠位于美國內(nèi)布拉斯加州奧馬哈，負(fù)責(zé)生產(chǎn)殺菌藥、除草劑和殺蟲劑，以及種子包衣。該廠占地 42 公頃，擁有 26 幢建筑，六個(gè)活性制劑廠和五個(gè)罐區(qū)。
近年來，該廠進(jìn)行了運(yùn)營擴(kuò)建，從機(jī)械化過程控制升級為自動化過程控制。
Syngenta 升級為羅克韋爾自動化解決方案始于 2008 年，最初是包裝生產(chǎn)線，然后是 2010 年的液體連續(xù)裝置， 接著是 2012-2014 年升級部分罐區(qū)。未來的改造將包括工廠的連續(xù)制粒裝置、更多的罐區(qū)以及水處理廠。
據(jù) Syngenta 的系統(tǒng)工程師 Darrell Hanson 介紹， 對可編程控制器 (PLC) 和人機(jī)界面 (HMI) 的增量式升級使工廠操作員的工作得到改善。但是，他們的配方仍然采用硬編碼版本，硬件則是從1994 年起沿用至今。這導(dǎo)致生產(chǎn)缺乏靈活性，若想更改設(shè)置或加工新的產(chǎn)品，就必須再興土木。
“每天早上， 訂單都由 QA 實(shí)驗(yàn)室編寫， 然后交給運(yùn)營部門，這樣全年累積收到一個(gè)箱子中進(jìn)行歸檔” ，Hanson 稱， “只要始終生產(chǎn)相同的產(chǎn)品并且不做大量更改就沒問題，這套系統(tǒng)還是很容易理解的。 ”
“然而一旦出現(xiàn)重大變更(例如添加成分、更改來源、調(diào)整冷卻步驟或延長攪拌時(shí)間) ，就必須再向梯形圖邏輯中進(jìn)行硬編碼，這意味著過程工程師必須向 PLC 編程人員求助，而且必須建設(shè)新的工廠” ，他解釋說。 “此外，歷史數(shù)據(jù)非常有限，只能用于趨勢圖，早期的硬件和 HMI 軟件也都亟需更新。 ”
據(jù) Hanson 介紹，公司當(dāng)時(shí)正著力拓展業(yè)務(wù)和應(yīng)用范圍，所以他們非常需要一個(gè)更加動態(tài)化的自動化系統(tǒng)和一套更為靈活的配方管理方案。這樣便可最大限度提高現(xiàn)有資源的利用率，降低建設(shè)新廠的需求，而且讓過程工程師來發(fā)起變更能夠快速滿足客戶的需求。
他說： “我們還需要更為嚴(yán)格的控制，以滿足更高的質(zhì)量和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn);通過歷史數(shù)據(jù)和報(bào)表來改進(jìn)分析功能;降低安裝新設(shè)備的現(xiàn)場接線成本。這就是我們選擇羅克韋爾自動化來幫助我們完成系統(tǒng)改造的原因。 ”
靈活的配方管理
Syngenta 與羅克韋爾自動化的授權(quán)系統(tǒng)集成商Interstates Control Systems Inc.()展開合作，部署了羅克韋爾自動化的主從域控制器和服務(wù)器，其中包括以下 FactoryTalk ? 解決方案()：
? 基于運(yùn)行 Java 的 SQL Server 的 FactoryTalk ProductionCentre ? ，用于車間接口。
? FactoryTalk Metrics， 用于設(shè)備綜合效率 (OEE)報(bào)表。
? FactoryTalk Assetcentre，用于設(shè)備管理。
? FactoryTalk Batch。
? FactoryTalk View Site Edition。
? FactoryTalk Historian。
? 基于 VantagePoint SQL Server 的 FactoryTalk VantagePoint ? 報(bào)表軟件。
所有這些服務(wù)器都位于運(yùn)行 VMware 軟件() 的 ESXi虛擬化服務(wù)器上。
“我們的新 PLC 采用模塊化編程方式，配方可按照 ISA S88 標(biāo)準(zhǔn)控制多組設(shè)備” ，Hanson 解釋說， “新配方由配方工程師設(shè)置，而不是由 PLC編程人員完成。 訂單由 QA 實(shí)驗(yàn)室人員按照要生產(chǎn)的批次輸入到活動管理器軟件中，操作員使用FactoryTalk Batch 啟動和控制所有批生產(chǎn)功能。
他介紹：“ 所有數(shù)據(jù)都通過 FactoryTalk Historian 記錄下來，而批次報(bào)告和 KPI 則可通過FactoryTalkVantagePoint 查看。 ”
借助 FactoryTalk 軟件、 PlantPAx ? 過程自動化系統(tǒng)以及其它解決方案的支持，公司能夠使用同樣的設(shè)備來生產(chǎn)更多不同種類的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)更快的上市時(shí)間、更高的資產(chǎn)利用率、更低的總擁有成本以及更優(yōu)的企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理。
過程控制虛擬化
作為在圣路易斯地區(qū)的進(jìn)一步合作， Jost chemical 公司在密蘇里州奧弗蘭的控制工程部門與羅克韋爾自動化在密蘇里州芬頓的系統(tǒng)集成商 McEnery Automation () 整 合并升級了 Jost 的分布式過程控制，并遷移到基于虛擬冗余服務(wù)器的 PlantPAx 過程自動化系統(tǒng)。
Jost 每年為制藥、營養(yǎng)品、食品和特種市場生產(chǎn)七百萬公斤的高純度無機(jī)鹽。旗下有 250 多種產(chǎn)品，包括氨基鹽、鈣、銅、鐵、鎂、鉀、鈉和鋅等。
“我們發(fā)現(xiàn)并確定有必要對整個(gè)工廠的控制系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行重建，因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)受到諸多限制，比如存在多個(gè)控制平臺，過程區(qū)域彼此孤立，歷史信息容量不足， PLC 和 HMI 代碼需要定制而且不統(tǒng)一，過程網(wǎng)絡(luò)超負(fù)荷而且架構(gòu)過于扁平化等” ，Jost 化學(xué)工程主管 Rick Tissier 介紹。
Tissier表示，Jost 需要一個(gè)全廠級的控制系統(tǒng)，應(yīng)該能在一年或更長的時(shí)間內(nèi)實(shí)施完成，竣工后系統(tǒng)應(yīng)：
? 與現(xiàn)有許可相兼容。
? 歷史信息系統(tǒng)支持在項(xiàng)目早期階段訪問全部已有過程區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)。
? 具有足夠的靈活性，能集成未來的過程區(qū)域。
? 確保編程和操作員畫面的一致性。
? 通過高效的實(shí)施工具實(shí)現(xiàn)成本節(jié)省。
? 提高工廠可靠性。
Tissier 還補(bǔ)充道，羅克韋爾自動化的過程庫對象(例如，基于模板的設(shè)備配置、預(yù)定義報(bào)警、變頻器 (VFD) 面板和定序程序用戶自定義指令(AOI) 等)是 Jost 決定統(tǒng)一采用羅克韋爾自動化方案的關(guān)鍵原因。
McEnery 的項(xiàng)目經(jīng)理 Steve McNamer 介紹，Jost 原本使用了一套覆蓋所有應(yīng)用和設(shè)備的未分區(qū)過程控制系統(tǒng)，有大量生產(chǎn)通信存在彼此沖突和相互干擾的情況。此次的過程控制方案包括三個(gè)Allen-bradleyControlLogix ? 可編程自動化控制器(PAC) 和兩個(gè) Allen-bradleyCompactLogix? PAC() 、八個(gè) SLC?/MicroLogix? PLC、 29 個(gè) Allen-Bradley變頻器、16 個(gè) I/O 機(jī)架、三個(gè) PanelView 圖形終端、 六個(gè)獨(dú)立 FactoryTalk View Site Edition 工作站服務(wù)器，以及一個(gè)運(yùn)行 FactoryTalk Directory 服務(wù)和 FactoryTalk Historian 的服務(wù)器。 在虛擬化之前，Jost 使用了五臺物理服務(wù)器。為實(shí)現(xiàn)計(jì)算過程的虛擬化，公司取消了三臺原有服務(wù)器;將剩下的其中一臺服務(wù)器專用于 FactoryTalk Historian， 可訪問所有過程區(qū)域的數(shù)據(jù);最后一臺物理服務(wù)器則用于建立八個(gè)虛擬服務(wù)器，通過運(yùn)行 Hyper-V 軟件來執(zhí)行控制和監(jiān)管任務(wù)。FactoryTalk VantagePoint 負(fù)責(zé)為 Jost 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的管理人員提供過程數(shù)據(jù)。
“使用庫功能可縮短新建過程和改造過程的實(shí)施時(shí)間， 并且提供一致的操作員接口， ” McNamer表示， “另外，這還讓 Jost 能夠分階段完成現(xiàn)有過程區(qū)域的改造——將現(xiàn)有的 ControlLogix 編程和FactoryTalk View SE 獨(dú)立應(yīng)用轉(zhuǎn)換為 PlantPAx 格式， 然后再將其集成到分布式 FactoryTalk View 和ViewPoint 中。 ”
改善效果顯著
庫功能幫助 Jost 降低了 25% 的編程成本， 據(jù)估計(jì)節(jié)省金額可達(dá) 1 萬美元。而 Hyper-V 的使用也減少了所需的 Windows Server 許可證，據(jù)估計(jì)可節(jié)省 1 萬美元以上的服務(wù)器硬件和軟件費(fèi)用。
“我們的歷史信息系統(tǒng)標(biāo)簽數(shù)量已增加到了750 個(gè)” ，Tissier 稱， “我們的工程師正在利用FactoryTalk VantagePoint 來提出有關(guān)過程改善和進(jìn)一步自動化的建議，而 PlantPAx 系統(tǒng)則簡化了這些建議的實(shí)施。此外，隨著自動化水平的提高，批次時(shí)間得以縮短，操作員失誤也同樣減少，而且操作員使用畫面后所需接受的培訓(xùn)更少，因此生產(chǎn)率也得到提升。 ”
沉淀率最大化之后，產(chǎn)品返工減少 5%，離心分離時(shí)間也因周期時(shí)間的改善而縮短了 10%。
通過監(jiān)視功耗數(shù)據(jù)，公司在不超出峰值功率限制的前提下提升了計(jì)劃產(chǎn)量。
“此外，我們還提高了定序的自動化程度，將批次生產(chǎn)時(shí)間縮短近 10%，而且研磨的改善還讓產(chǎn)品規(guī)格更為一致，使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長 6%， ”Tissier 補(bǔ)充說。 ?
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