全球饮料制造商扩大产能并提高一致性

背景
产品安全和一致性对于任何饮料制造过程都是至关重要的。几十年来，饮料生产商始终依靠非标准批次系统来帮助维护过程质量和生产量。

面对法规的加速推进、技术工人的不断减少以及市场对提高产品差异化的不断需求，现在饮料生产商对标准化的要求比以往任何时候都高。

一家跨国蒸馏饮料、啤酒和葡萄酒生产商计划扩大其伊利诺伊州工厂的产能，他们请求过程设计公司 Barnum Mechanical, Inc. 为其提供一种交钥匙解决方案。Barnum 聘请 Industrial Automation Group 设计新的控制系统。

总部位于加利福尼亚州莫德斯托的 Industrial Automation Group 专门为食品和饮料行业提供过程控制解决方案。该公司是 Rockwell Automation 认可的系统集成商，并且是控制系统集成商协会 (CSIA) 的认证会员。

挑战
“提高客户的过程效率是这家饮料公司的主要目标。”Industrial Automation Group 的项目经理 NinivTamimi 说，“而且，他们还计划在其系统中添加原料储存罐、中型的分批储存罐和装瓶储存罐，从而提高总产能。”

工厂进行了大规模扩张，并将接收区的轨道车/卡车工作站和储油罐增加了大约 75%。混合室也经历了类似的增长情况。在瓶装过程中，添加了一些罐，而一些现有罐则转换为“弹性罐”，既可用于瓶装，也可用于储存原材料。

“由于他们扩大了运营规模，因此公司计划移植到一个‘一体化’的批次解决方案。”Tamimi 解释说，“他们希望安装一个符合 S88 标准的高效系统。”

ANSI/ISA-88 (S88) 标准针对工业自动化系统中的批次控制提供了一套一致的术语和标准，包括物理模型、程序和配方管理。现有系统不符合 S88 标准。

“商业数据库软件用于配方存储，并且他们的整个批次系统是使用 Visual Basic for Application (VBA) 代码和既有 HMI 进行编程的，”Tamimi 说。为了通过现有系统使产品质量达到可接受的水平，工厂通常需要对每个批次实施两次或三次校正。每一次批次校正的测试时间大约为两个小时。而且，系统没有“故障转移”或冗余功能。

“因此，如果一台服务器出现故障，系统可能就会中断两到四个小时。”Tamimi 说，“除了提高产品质量以外，我们的客户还需要提高系统可用性。”

最后但同样重要的是，公司需要提高安全性。现有系统只有三个登录名：Operator（操作员）、Supervisor （监督员）和 Administrator（管理员）。所有用户可轻松共享登录名的密码。客户指定新过程系统要纳入用户专用的登录、自动注销和电子签名功能。

解决方案
Industrial Automation Group 使用一种基于 PlantPAx® 过程自动化系统的控制解决方案，该系统是 Rockwell Automation 提供的一种现代分布式控制系统 (DCS)。

“利用 PlantPAx 解决方案，我们可以设计一种利用虚拟化等许多新技术的高可用性系统。”Tamimi 解释说，“实际上，我们选择了虚拟环境来实施这种应用。”

Rockwell Automation 通过 VMware® Ready 认证软件来支持虚拟化，并建议使用服务器虚拟化和 VMware vSphere®（在处理运行时生产应用时）。实现服务器虚拟化后，无需依赖于完整的主机操作系统 (OS)，并且还为关键应用提供一个更加稳定的环境。

新系统包括一个可扩展的多领域信息化控制平台，该平台将过程和离散控制与通信和本安型 I/O 相结合。这个完全冗余的系统可控制加工区域的应用以及原位清洗 (CIP) 成套设备。此外，还集成了远程控制，以进行危险的 1 类 1 区处理。在控制室和批处理室建立了操作员工作站。此外，还在控制室建立了工程师站，以实现过程的实时优化。

另外，PlantPAx 系统还包括管理级别的可视化功能，可以让操作员最充分地了解过程信息。数据管理、性能和可见性以及生产管理软件提供过程控制和批次控制。

为了使工厂在整个升级过程中尽量保持正常运转，Industrial Automation Group 分阶段实施该系统。首先是散装液体接收区域，包括新的卡车和轨道站点以及新的散装储存罐。还对这些资产使用 CIP 序列。

接下来，添加了新的批处理系统。为了实施该系统，工作人员重新创建了 120 个原配方。由于工厂扩建以及系统中增加了新资产，在此过程中修改了材料添加顺序，以便在确保质量的前提下缩短批处理时间。

“严格的测试和质量控制极其重要。”Tamimi 说，“我们必须先证明新系统可以运行现有配方，然后才能淘汰旧系统。”当初期的工厂验收试验 (FAT) 结束后，团队在两个星期的停机期内集成了新的控制系统。然后，对系统进行进一步测试，并根据需要调整参数和配方。


成果
“工厂的总体生产量和一致性得到了提高。”Tamimi 说，“而且，公司可以使用批次系统更轻松地添加新配方，因为大多数操作和许多单元过程都是共享的。”

为了进一步简化配方的开发过程，系统允许根据操作员输入的信息或其他定义的变量实现动态优先排序。由于该批次软件具有材料管理功能，因此如果同一种材料位于不同的罐中，则无需重新编写配方。

在调试阶段，Industrial Automation Group 帮助该饮料公司引进了 50 种新配方。

该系统还改进了 CIP 报告。每个 CIP 周期结束后，系统会跟踪所有排序情况并自动生成报告，以便在运行下个批次之前记录恰当的清洁程序。

此外，该系统还有助于确保产品的一致性。

“进入系统的原料的属性未必与配方中所定义的属性完全相同。”Tamimi 解释道，“在这种情况下，我们可以更新系统中的参数，它会自动调整每个配方中的原料含量。”

部署好 PlantPAx 系统后，该饮料工厂实现了他们的“每个批次的纠正次数不超过一次”的目标。

最后，系统通过使用单独的登录名和电子签名提高了安全性。系统还强制 15 分钟自动注销，而对于所有关键项目，则要求重新输入凭证。