背景
產(chǎn)品安全和一致性對(duì)于任何飲料制造過(guò)程都是至關(guān)重要的。幾十年來(lái)，飲料生產(chǎn)商始終依靠非標(biāo)準(zhǔn)批次系統(tǒng)來(lái)幫助維護(hù)過(guò)程質(zhì)量和生產(chǎn)量。

面對(duì)法規(guī)的加速推進(jìn)、技術(shù)工人的不斷減少以及市場(chǎng)對(duì)提高產(chǎn)品差異化的不斷需求，現(xiàn)在飲料生產(chǎn)商對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的要求比以往任何時(shí)候都高。

一家跨國(guó)蒸餾飲料、啤酒和葡萄酒生產(chǎn)商計(jì)劃擴(kuò)大其伊利諾伊州工廠的產(chǎn)能，他們請(qǐng)求過(guò)程設(shè)計(jì)公司 Barnum Mechanical, Inc. 為其提供一種交鑰匙解決方案。Barnum 聘請(qǐng) Industrial Automation Group 設(shè)計(jì)新的控制系統(tǒng)。

總部位于加利福尼亞州莫德斯托的 Industrial Automation Group 專門為食品和飲料行業(yè)提供過(guò)程控制解決方案。該公司是 Rockwell Automation 認(rèn)可的系統(tǒng)集成商，并且是控制系統(tǒng)集成商協(xié)會(huì) (CSIA) 的認(rèn)證會(huì)員。

挑戰(zhàn)
“提高客戶的過(guò)程效率是這家飲料公司的主要目標(biāo)?！盜ndustrial Automation Group 的項(xiàng)目經(jīng)理 NinivTamimi 說(shuō)，“而且，他們還計(jì)劃在其系統(tǒng)中添加原料儲(chǔ)存罐、中型的分批儲(chǔ)存罐和裝瓶?jī)?chǔ)存罐，從而提高總產(chǎn)能?！?br />
工廠進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)張，并將接收區(qū)的軌道車/卡車工作站和儲(chǔ)油罐增加了大約 75%?；旌鲜乙步?jīng)歷了類似的增長(zhǎng)情況。在瓶裝過(guò)程中，添加了一些罐，而一些現(xiàn)有罐則轉(zhuǎn)換為“彈性罐”，既可用于瓶裝，也可用于儲(chǔ)存原材料。

“由于他們擴(kuò)大了運(yùn)營(yíng)規(guī)模，因此公司計(jì)劃移植到一個(gè)‘一體化’的批次解決方案?！盩amimi 解釋說(shuō)，“他們希望安裝一個(gè)符合 S88 標(biāo)準(zhǔn)的高效系統(tǒng)?！?br />
ANSI/ISA-88 (S88) 標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的批次控制提供了一套一致的術(shù)語(yǔ)和標(biāo)準(zhǔn)，包括物理模型、程序和配方管理?，F(xiàn)有系統(tǒng)不符合 S88 標(biāo)準(zhǔn)。

“商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件用于配方存儲(chǔ)，并且他們的整個(gè)批次系統(tǒng)是使用 Visual Basic for Application (VBA) 代碼和既有 HMI 進(jìn)行編程的，”Tamimi 說(shuō)。為了通過(guò)現(xiàn)有系統(tǒng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到可接受的水平，工廠通常需要對(duì)每個(gè)批次實(shí)施兩次或三次校正。每一次批次校正的測(cè)試時(shí)間大約為兩個(gè)小時(shí)。而且，系統(tǒng)沒有“故障轉(zhuǎn)移”或冗余功能。

“因此，如果一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可能就會(huì)中斷兩到四個(gè)小時(shí)?！盩amimi 說(shuō)，“除了提高產(chǎn)品質(zhì)量以外，我們的客戶還需要提高系統(tǒng)可用性?！?br />
最后但同樣重要的是，公司需要提高安全性。現(xiàn)有系統(tǒng)只有三個(gè)登錄名：Operator（操作員）、Supervisor （監(jiān)督員）和 Administrator（管理員）。所有用戶可輕松共享登錄名的密碼?？蛻糁付ㄐ逻^(guò)程系統(tǒng)要納入用戶專用的登錄、自動(dòng)注銷和電子簽名功能。

解決方案
Industrial Automation Group 使用一種基于 PlantPAx? 過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的控制解決方案，該系統(tǒng)是 Rockwell Automation 提供的一種現(xiàn)代分布式控制系統(tǒng) (DCS)。

“利用 PlantPAx 解決方案，我們可以設(shè)計(jì)一種利用虛擬化等許多新技術(shù)的高可用性系統(tǒng)?！盩amimi 解釋說(shuō)，“實(shí)際上，我們選擇了虛擬環(huán)境來(lái)實(shí)施這種應(yīng)用?！?br />
Rockwell Automation 通過(guò) VMware? Ready 認(rèn)證軟件來(lái)支持虛擬化，并建議使用服務(wù)器虛擬化和 VMware vSphere?（在處理運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)）。實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化后，無(wú)需依賴于完整的主機(jī)操作系統(tǒng) (OS)，并且還為關(guān)鍵應(yīng)用提供一個(gè)更加穩(wěn)定的環(huán)境。

新系統(tǒng)包括一個(gè)可擴(kuò)展的多領(lǐng)域信息化控制平臺(tái)，該平臺(tái)將過(guò)程和離散控制與通信和本安型 I/O 相結(jié)合。這個(gè)完全冗余的系統(tǒng)可控制加工區(qū)域的應(yīng)用以及原位清洗 (CIP) 成套設(shè)備。此外，還集成了遠(yuǎn)程控制，以進(jìn)行危險(xiǎn)的 1 類 1 區(qū)處理。在控制室和批處理室建立了操作員工作站。此外，還在控制室建立了工程師站，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)優(yōu)化。

另外，PlantPAx 系統(tǒng)還包括管理級(jí)別的可視化功能，可以讓操作員最充分地了解過(guò)程信息。數(shù)據(jù)管理、性能和可見性以及生產(chǎn)管理軟件提供過(guò)程控制和批次控制。

為了使工廠在整個(gè)升級(jí)過(guò)程中盡量保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，Industrial Automation Group 分階段實(shí)施該系統(tǒng)。首先是散裝液體接收區(qū)域，包括新的卡車和軌道站點(diǎn)以及新的散裝儲(chǔ)存罐。還對(duì)這些資產(chǎn)使用 CIP 序列。

接下來(lái)，添加了新的批處理系統(tǒng)。為了實(shí)施該系統(tǒng)，工作人員重新創(chuàng)建了 120 個(gè)原配方。由于工廠擴(kuò)建以及系統(tǒng)中增加了新資產(chǎn)，在此過(guò)程中修改了材料添加順序，以便在確保質(zhì)量的前提下縮短批處理時(shí)間。

“嚴(yán)格的測(cè)試和質(zhì)量控制極其重要?！盩amimi 說(shuō)，“我們必須先證明新系統(tǒng)可以運(yùn)行現(xiàn)有配方，然后才能淘汰舊系統(tǒng)?！碑?dāng)初期的工廠驗(yàn)收試驗(yàn) (FAT) 結(jié)束后，團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)星期的停機(jī)期內(nèi)集成了新的控制系統(tǒng)。然后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試，并根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)和配方。


成果
“工廠的總體生產(chǎn)量和一致性得到了提高。”Tamimi 說(shuō)，“而且，公司可以使用批次系統(tǒng)更輕松地添加新配方，因?yàn)榇蠖鄶?shù)操作和許多單元過(guò)程都是共享的?！?br />
為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化配方的開發(fā)過(guò)程，系統(tǒng)允許根據(jù)操作員輸入的信息或其他定義的變量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)先排序。由于該批次軟件具有材料管理功能，因此如果同一種材料位于不同的罐中，則無(wú)需重新編寫配方。

在調(diào)試階段，Industrial Automation Group 幫助該飲料公司引進(jìn)了 50 種新配方。

該系統(tǒng)還改進(jìn)了 CIP 報(bào)告。每個(gè) CIP 周期結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)跟蹤所有排序情況并自動(dòng)生成報(bào)告，以便在運(yùn)行下個(gè)批次之前記錄恰當(dāng)?shù)那鍧嵆绦颉?br />
此外，該系統(tǒng)還有助于確保產(chǎn)品的一致性。

“進(jìn)入系統(tǒng)的原料的屬性未必與配方中所定義的屬性完全相同?！盩amimi 解釋道，“在這種情況下，我們可以更新系統(tǒng)中的參數(shù)，它會(huì)自動(dòng)調(diào)整每個(gè)配方中的原料含量?！?br />
部署好 PlantPAx 系統(tǒng)后，該飲料工廠實(shí)現(xiàn)了他們的“每個(gè)批次的糾正次數(shù)不超過(guò)一次”的目標(biāo)。

最后，系統(tǒng)通過(guò)使用單獨(dú)的登錄名和電子簽名提高了安全性。系統(tǒng)還強(qiáng)制 15 分鐘自動(dòng)注銷，而對(duì)于所有關(guān)鍵項(xiàng)目，則要求重新輸入憑證。