מחקר מקרה: יישום מוצלח של פרופ'יבוס במפעל לעיבוד מזון

מבוא: התפקיד של פרופ'יבוס באוטומציה לעיבוד מזון מודרני

כיום, מתקני עיבוד מזון מתמודדים עם לחץ עז לשמור על עומס גבוה, תקני היגיינה קפדניים, איכות מוצר עקבית - כל עוד שליטה על עלויות תפעוליות.מרכז כדי לעמוד בדרישות אלה היא אוטומציה של קווי ייצור, שבו תקשורת אמינה, בזמן אמת בין מכשירים שדה ומערכות בקרה הופכת קריטית. פרופ'יבוס, בוגר ומאומץ נרחב שדהבוס, מציעה פתרון מוכח לסביבות כאלה.

בניגוד לגישות של נקודות-עד ישנות יותר, פרופ'יבוס מאפשר רשת דיגיטלית אחת לחבר חיישנים, אקטוטורים, כוננים, ובקרי לוגיקה הניתנים להגדרה (PLCs) התוצאה היא פשוט קנונית, אבחון מהיר יותר, ושיפור משמעותי של יושרת נתונים.עבור תעשיית המזון, שבו הטמפרטורה, הלחות וזרימת המוצר חייבים להיות נשלטים בקפידה, יתרונות אלה מתרגמים ישירות לתוך איכות נמוכה יותר, כאן, אנחנו מהשקעות אימון מלא, ממעבדות, מהשקעות מלאות, ממעבדות, ופתרונות, ממעבדות, ותוצאות טכניות, מתוצאות, מהשקעות, ממעבדות, מניתוחים, מתוצאות, מהשקעות מהשקעות ממעבדות, ממעבדות, מתוצאות ממעבדות, מניתוח, מניתוח, ומוצרים, מתוצאות מתוצאות של תהליכי בדיקה מלאה, ומהירות, ומהירות, וזרימות, ומוצרים, מתוצאות של תהליכי ניקוי, מתוצאות של תהליכים, מתוצאות של תהליכי עיבוד, וזרימות, ומוצרים חייבים להיות נשלטות, ממושכות אותי, מדגימות, מתוצאות של תהליכי עיבוד, ומוצרים חייבים להיות נשלטות, ממושכות אותי, מתוצאות של דיסיאה, ומוצרים חייבים להיות נשלטות, ומוצרים חייבים

רקע: צמח טוב בכרה שעומד בפני כאבי גדילה

המתקן הנושא, הממוקם במערב התיכון בארה"ב, מתמחה בייצור בקנה מידה גדול של סחורות אפויות ארוזות - כולל לחם, מאפים ועוגות חטיף.זה פועל קווים מקבילים מרובים, כל אחד מהם מבצע ערבוב, הוכחה, אפייה, קירור, סליקה, אריזה. במשך שנים, אוטומציה של הצמח התבססה על תערובת של PLCs מיושנים, te I / O, אנלוגיה, ו 4A-20 יחידות מזון חשוף כראוי - בעוד שברשותו, עם מגבלות בטיחות נמוכות יותר.

ניהול זיהה כי תקשורת נתונים בין חיישנים ובקרים הייתה בלתי עקבית, מה שמוביל לעיכוב התאמות בטמפרטורות תנור, הוכחה פעמים, ומרכיב עושה.יתר על כן, נקודת הניתוק נקודה לנקודה לא-נקודתית היה קשה לשמור. חוט שבור יחיד יכול לעצור קו שלם במשך שעות בעוד טכנאים עקבו אחר תקלות באמצעות עשרות כבלים.מערכת המורשת גם לא נבנתה על ידי יכולת אבחון, ואילצרית להרחיב את יכולת הבדיקה החדשה.

נהגי מפתח לשיפוץ

• (FLT:0) אמינות נתונים ו ניטור בזמן אמת: FIRLT:1) המערכת האנלוגית הקיימת הייתה רגישה לרעש חשמלי ממנועי חשמל ותדירות משתנה, מה שגורם לנסח נתונים בזמן אמת מבדיקות טמפרטורה, ממטר זרימה וחיישנים ברמה היה צורך כדי לאפשר שליטה אוטומטית סגורה-פרלופ.
• (FLT:0) גרימת תחזוקה מעל ראש: FLT:1hilshooting in aמבוך של קופסאות צומת ופסים מסוף היה זמן-consuming ויקר.מערכת אוטובוסים דיגיטלית תאפשר אבחון מרכזי, קביעת כשלים של מכשירים בתוך שניות.
• (FLT:0)איכותיות להתרחבות עתידית: FIRLT:1) הוספת חיישנים חדשים או מעשים תחת מערכת המורשת נועדה למשוך כבלים נוספים והגדרה מחדש של רשת I/O של שדהבוס הקיימת תאפשר מכשירים חדשים להיות "מונדסים על אותו כבל, צמצום זמן ההתקנה ועלות.
• (FLT:0) שיתוף עם סטנדרטים תעשייתיים מתפתחים: FIRLT:1 , מעבדי מזון צפויים יותר ויותר לספק מעקב מפורט ורשומות תהליכים.המערכת הישנה לא יכלה ללכוד נתונים ברזולוציה גבוהה על פני כל המשתנים, מה שהופך ביקורת איכות קשה.

⁇ טכנית: מדוע פרופ'בוס DP הייתה הבחירה הנכונה

לאחר הערכת מספר אפשרויות של שדהבוס - כולל פרופ'יבוס, התקןNet, EtherNet / IP, ו- Foundation Fieldbus - צוות האוטומציה של הצמח בחר פרופ'יבוס DP (Decentralized Peripherals) פרופ'יובוס DP תוכנן במיוחד עבור מהירות גבוהה, תקשורת ⁇ יסטית בין PLCs ו- I / O מרחוק, כוננים, וחיישנים שלה יכול להיות נמוך כמו 2 מ"מ"מ"ל, עושה קווי בקרה"מסלולאריכים"ל"ל"ל"ל"ל, כמו מילימטרים"ח, כמו אריזות"ל, כמו טרה שנייה, מה שהופך נכון ל-זמנית, כמו אריזות כמו , כמו , כמו , כמו מנגנונים מתקדמים של מכונות בקרה מהירה מאוד.

פרופ'יבוס DP פועל על שכבה פיזית RS-485, תומך באורך כבלים עד 1.2 ק"מ בשיעורי הבשור התחתון ו-200 מ' במהירות העליונה של 12 Mbps.הצמח בחר שיעור ממזר של 1.5 מ"מ, מהירות איזון עם מרחק מספיק כדי לכסות את האולם הייצור הגדול ביותר שלו.כל קטע של הרשת יכול לארח עד 32 מכשירים ללא חזרות, עם 126 מכשירים אפשריים לשימוש במערכת חזרות.

יתרון נוסף היה המערכת האקולוגית הגדולה של התקנים בעלי תואמים פרופ'יבוס.הצמח מקורו משדרי טמפרטורה פרופ'יבוס-המוכרים מ-Endress+Hauser, התדירות משתנה הנעה מסימנס, ומודולים דיגיטליים I/O מ Beckhoff.כל המכשירים עקבו אחר פרופיל פרופ'יבוס לאוטומציה של תהליך, הבטחת יכולת הדדית ללא תצורה אישית.

אדריכלות רשת ו Redundancy

רשת פרופ'בוס של הצמח נבנתה עם שני חלקים עיקריים: אחד לאזור ערבוב ואפייה (אזור זמן רב) ועוד עבור האריזה ואזור אחסון קר.כל פלח היה משלה סימנס S7-1500 PLC הפועל כתואר ראשון, בעוד תחנת I/O מרחוק שימש כעבדים.A DP/DP/DP מגשר על שני הקטעים, המאפשר שיתוף נתונים אופטיים (לא תואמים את קו האבטחה).

מפת דרכים: צעד אחר צעד

שלב 1 - הערכת ושורה של טייס

הפרויקט החל בביקורת יסודית של מכשירים קיימים, מסלולים מתפתלים, ופריסת הקבינט השולטת.הקבוצה זיהתה שלושה אזורי פרטיות גבוהים: אזור תנור (שליטה בזמן), תחנת המרכיב (השביעה והשילוב), ושורה האריזה (שליטה בשחיתות) במקום להמיר את הצמח כולו בבת אחת, הם בחרו את אזור התנור כטייס.

במהלך הטייס, ארבעה משדרי טמפרטורה, שני משדרי לחץ, ושישה ממריצים מנועים הוחלפו ביחידות בעלות תואמים של פרופ'יבוס. תחנת נסמס ET 200SP מרוחקת I/O הותקנה כדי לאסוף את האותות האלה.ה-PLC הקיים הוחלף עם שלט S7-1516F כושל, והמודול פרופ'יבוס (CP 1542-5) היה מנוהל במגשומיים קיימים, באמצעות כבלים ירוקים, באמצעות צבע קל.

שלב 2 - אימון והתאמה

לפני שהתגלגלו אל הצמח כולו, צוות האוטומציה ערך הכשרה נרחבת עבור חשמלאים, מפקחי משמר, ומהנדסי בקרה.האימון כיסו את יסודות פרופ'יבוס, עקרונות טופולוגיה אוטובוס, תצורה בפורטל TIA, ופתרון בעיות באמצעות כלי אבחון ידני פרופ'נביבוס (ProfiTrace על ידי Procentec) למדו לפרש זמני מחזור אוטובוס, מעמדות עבדים, ומסגרות נגד כדי לזהות במהירות את התקני ה-ה של אדם (הפרקים) לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, לאחר מכן, כלומר, 60%, זמן קריטי, לאחר מכן, לאחר מכן, קריפטומטר).

שלב 3 - Plant-Wide Deployment

במהלך ששת החודשים הבאים, קווי הייצור הנותרים הומרו ברצף במהלך הסגתות המתוכננות.הקבוצה אימצה גישה "אזור-על-ידי-אזורית", צמצום השיבושים.כל פלח חדש של פרופ'בוס הוזמן ואומת נגד רשימת הסימון שכלל: הפסקת אוטובוס, כתובות עבדים, בדיקות עקביות נתונים, והתנהגות לא בטוחה על אובדן תקשורת בפריסה, הפעילה את פרופ'יבוס שמונה עם סך של 280 עבדים.

אינטגרציה עם מערכות בעלות גבוהה יותר

כדי למנף נתונים בזמן אמת מהשדהבוס, הצמח התקין גשר OPC-UA שקשר את תגי פרופ'יבוס ל- MES של הצמח (מערכת הוצאה להורג של ייצור) והיסטוריון. זה אפשר למפעילים על הרצפה להציג לוחות לוח זמנים אמיתיים על לוחות HMI, בעוד ניהול יכול לנתח מגמות KPI בשרתים עסקיים.

תוצאות אפשריות: קביעת ההשפעה

שנה לאחר פריסה מלאה, הצמח תיעד שיפורים משמעותיים על פני מדדים מרובים:

קבלן יעילות

• (FLT:0) יעילות ציוד (OEE) ,Halph:1) עלתה מ 72% ל-89%.הנהג הראשי הצטמצם ללא מתוכנן עקב אבחון מהיר יותר של חיישן ופגמים אקטוטור.
• (FLT:0) מעת לעת בין כשלים (MTBF) ,IQFLT:1 עבור מערכת האוטומציה השתפרה ב-40%, הודות לגילוי מוקדם יותר של אותות מחיתולים (למשל, חיישן טמפרטורה הנסחף מתוך קלברציה יכול להיות מחוספס לפני גרימת דחייה אצווה).
• (FLT:0) Changeover timetureFLT:1) בין מתכונים של מוצרים ירד ב-25%, כי רשת פרופ'יבוס אפשרה החלפת פרמטר מרכזי עבור כל המכשירים בו זמנית, ולא התאמה מעשית לכל לולאה באופן ידני.

עלויות ניכוי

• (FLT:0)Wiring and InstalltureFLT:1) על הרחבות חדשות צנחו בכ-70% בהשוואה לשיטת הנקודה הקודמת לנקודות.
• (FLT:0) ראשי התיבות של PowerFLT:1 עבור בעיות בפתרון ירד על ידי 55%.שני החשמליים של הצמח יכולים כעת לפקח על כל רשת פרופ'יבוס מסוף התחזוקה שלהם, לעתים קרובות לפתור בעיות מרחוק או להצביע על המכשיר המדויק לפני הליכה למיקום.
• עלויות ה-FLT:0 (Scrap and ReworksFLT:1) ירדו ב-18% משום שסטיות תהליכים נתפסו וניקונו בזמן אמת.לדוגמה, וריאציות טמפרטורה של תנור מעבר ל- ± 2F עכשיו עוררות אזעקה מיידית והתאמות אוטומטיות, המונעות ממוצר מגובה או מלמטה.

איכות והתאמה

• (FLT:0) מוצרים עקביותFLT:1 השתפר, עם פחות מ-of-spec גדול.ה סטייה הסטנדרטית של פרמטרים מרכזיים - כגון טמפרטורת דוע לאחר ערבוב טמפרטורה פנימית סופית - צר על ידי 30%.
• (FLT:0)AuditמוכנותFLT:1 השתפר באופן דרמטי.הצמח יכול כעת לספק דוחות מעקב דיגיטליים המשתרעים על פני קבלה של רכיבים למשלוח חטיפה, עם רשומות מחוסנים זמן מכל עבד פרופ'בוס.זה מסתפק הן ביקורות איכות פנימיות והן הסמכה של צד שלישי (למשל, SQF Level 2).

שיעורים לומדים והמלצות מומחים

אל תתחתנו את הצורך בחיסול נכון

שלב הטייס נתקל בשגיאות תקשורת לסירוגין שהתבררו נגרמות על ידי כבל של דחפור ללא הגבלת זמן.לאחר סטנדרטיזציה של התנגדות לסיום בשני הקצוות של כל פלח והסרת כל ה-T-linkors, שיעור השגיאה ירד לכמעט אפס.הצוות מבקר באופן קבוע את העיכובים באוטובוס באמצעות מבחן פרופיל במהלך כל הסגירה.

השקעה בכלי אבחון

פרופ'יבוס מנתח (כמו ה- ProfiTrace 2) נתן לצוות תחזוקה את היכולת להציג תנועה חיה, איכות אות וזמני תגובה לעבדים.כלי זה לבדו הציל עשרות שעות במהלך הגשתו.הצמח גם הוא הכיל תחנת ניטור קבועה ברשת - חוזר אבחון המרשם שגיאות אוטובוס ושולח התראות דרך ה- PLC.

תוכנית ל-Commons

בעוד פרופ'יבוס הוא תקן פתוח, הצוות גילה כי כמה מכשירים "תואמים-פרובוס" ממוכרים בעלות נמוכה לא הטמיעו באופן מלא את הפונקציות האבחון המפורטות בפרופיל.זה הוביל לפענוחים מזדמנים בדיווח שגיאות.המלצת היא לבחור מכשירים מוסמכים על ידי הארגון הבינלאומי של פרופ'יבוס (כיום PI) ולבדוק את כל סוגי העבד החדשים בסביבה מעבדה לפני חיבורם לרשת הייצור.

לשקול הגירה עתידית לפרופ'ינט

למרות שפרופ'יבוס ביצע היטב עבור צמח זה, הצוות מכיר בכך שפרופ'נט – יורש ה- Ethernet התעשייתי – מציע רוחב פס גבוה יותר, שילוב קל יותר עם רשתות IT, ואבחנות אינטרנט בנויות. עבור מתקני שדה ירוקה, או בעת שדרוג מתקן שלם, פרופ'ינט הוא לעתים קרובות הימור ארוך יותר.

משאבים חיצוניים להבנה עמוקה יותר

הקוראים המעוניינים בפרטים טכניים נוספים או תאימות לסטנדרטים יכולים להתייחס למשאבים הבאים:

• (FLT:0)Profibus & Profinet International (PIIR)FLT:1 - ארגון רשמי עם מפרטים, רשימות מוצר מאושר וחומרי הדרכה.
• (FLT:0)Siemens Profibus Technology Review, ReviewFalLT:1) - מדריך מקיף לפרופ'יבוס DP ו- PA, כולל דוגמאות לתצורה.
• (FLT:0) האגודה הבינלאומית של אוטומציה (ISA)FLT:1) מציע ניירות לבנים על בחירת שדהבוס עבור תעשיות תהליכים, כולל מזון ומשקאות.
• (FLT:0) מגזין הנדסה מזון הנדסת מכונות (FLT:1) - מחקרי מקרה של Publishes ושיטות הטובות ביותר עבור אוטומציה במפעלי עיבוד מזון.

מסקנה: טביעת אצבע עבור מעבדי מזון

היישום המוצלח של פרופ'יבוס במפעל מוצרי אפה זה מדגים כי הגירה מתוכנן בקפידה יכול לספק שיפורים משמעותיים, מדידה יעילות, איכות, ותחזוקתיות. על ידי החלפת תשתית מלוטשת, אנלוגית עם רשת דיגיטלית אחת, הצמח מופחת עלויות חיפוש, פתרון בעיות מואץ, וזכה את החשיפה בזמן אמת הדרושה כדי להדק את השליטה בתהליך.

עבור מתקני עיבוד מזון אחרים בהתחשב בשדרוגים דומים, מקרה זה מספק מסגרת קונקרטית: להתחיל עם טייס ממוקד, לעסוק צוותים תחזוקה מוקדם, סטנדרטיזציה על מכשירים הקשורים ל- PI-certified, ותכנן בסופו של דבר הגירה לפרוטוקולים המבוססים על Ethernet כאשר הזמן הוא הנכון.התוצאה היא לא רק קו ייצור חכם יותר - זה פלטפורמה לשיפור מתמשך בתעשייה שבה איכות ומהירות הם לא ניתן להשגה.