用西門子公司PCS 7 DCS系統(tǒng)進(jìn)行的分階段現(xiàn)代化改造幫助國民淀粉公司將生產(chǎn)循環(huán)時間縮短了一半
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企業(yè)：
領(lǐng)域：PLC /PAC/PCC/RTU
行業(yè)：網(wǎng)絡(luò)通訊
- 點擊數(shù)：843 發(fā)布時間：2008-02-18 09:08:52
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項目概況：
采用分階段對現(xiàn)有裝置進(jìn)行升級改造的方法，國民淀粉和化學(xué)公司與西門子能源和自動化公司在北卡羅來那州索爾茲伯里的一座新建工廠一起分工合作不但提高了產(chǎn)品質(zhì)量，與此同時還將循環(huán)時間縮短到原來的一半。該項目使用的裝置包括西門子公司的PCS7分散控制系統(tǒng)，用于使生產(chǎn)抗潮濕、防裂的膠粘劑樹脂的過程實現(xiàn)自動化。你在遍及全球的移動電話、筆記本電腦、PDA以及其它電子設(shè)備所使用的微芯片里都能夠發(fā)現(xiàn)這種膠粘劑樹脂。
如果下次你不小心失手把移動電話掉到了地上而它依舊工作正常的話，你應(yīng)該多謝國民淀粉和化學(xué)公司這些企業(yè)。今天人們制造的幾乎每一部移動電話都包含有半導(dǎo)體芯片，而半導(dǎo)體芯片都是由國民淀粉和化學(xué)公司的電子材料分部提供的具有很高柔韌性，同時抗潮濕、防碎裂的膠粘樹脂構(gòu)成的。這種專用的樹脂同時也提高了芯片的可靠性，在世界各地的筆記本電腦、PDA以及其它電子設(shè)備里面你都可以找到這類電子芯片。
Jeff Mueller是位于北卡羅來那州索爾茲伯里的國民淀粉工廠和研發(fā)機(jī)構(gòu)的工程經(jīng)理，很多專用樹脂都是在那里生產(chǎn)的。
“在國民淀粉公司，可靠性是我們最優(yōu)先考慮的問題。我們對客戶的吸引力都依賴于此，”Mueller說道。“非計劃停車會立竿見影的為我們增加多達(dá)數(shù)百萬美元的損失，并且會使我們的客戶轉(zhuǎn)而尋找其它供應(yīng)商?！?BR>
Mueller說除了可靠性以外，國民淀粉公司在生產(chǎn)過程中優(yōu)先考慮的其它問題還包括減少產(chǎn)品從工廠到市場的時間，采用最先進(jìn)的技術(shù)以便保持公司的競爭力。他還補(bǔ)充說重復(fù)性也是非常關(guān)鍵的：“一個芯片制造商需要在其生產(chǎn)流水線上投資巨額的金錢，他們要求我們提供的產(chǎn)品能夠通過注射器進(jìn)行精確的分配。這就是為什么產(chǎn)品的一致性會如此重要?！?BR>
技術(shù)路線圖
在2002年，Mueller開發(fā)了一個分階段的生產(chǎn)控制技術(shù)路線圖來解決公司生產(chǎn)的急迫需求。這個路線圖將會作為一個指導(dǎo)方針幫助公司提高產(chǎn)品的重復(fù)性，延長公司化學(xué)生產(chǎn)工廠現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)設(shè)備的生命周期。并且還要規(guī)劃一個新的、鄰近的生產(chǎn)設(shè)施。
國民淀粉公司確信與一個自動化和控制產(chǎn)品供應(yīng)商結(jié)成合作伙伴對于這個路線圖的成功具有至關(guān)重要的作用。為了挑選合適的自動化和控制伙伴，國民淀粉公司、美國控制公司（CCA）以及WESCO過程自動化公司聯(lián)合制定了一個評估矩陣，其中列出了九個挑選的原則：費用、總體技術(shù)能力、操作員友好程度、程序員友好程度、開放的通訊標(biāo)準(zhǔn)、TI505原有控制平臺硬件的利用、TI505程序的轉(zhuǎn)化和再利用、以前在ICI公司（國民淀粉公司的母公司）的使用情況、批量配方控制能力。
三家知名的過程自動化供應(yīng)商受到邀請向一個評估委員會作介紹，這個評估委員會將會依據(jù)國民淀粉公司的優(yōu)先性矩陣原則對三家公司進(jìn)行比較。
“當(dāng)一家供應(yīng)商向我們推薦一個現(xiàn)在還沒有產(chǎn)品化的方案時，”Mueller說道。“我多次聽到‘不久’這個單詞。例如他們說不久就會有一個解決方案能夠允許我們轉(zhuǎn)換成批量配方。當(dāng)我聽到他們這樣說的時候，我真的感到很緊張。”
“當(dāng)我們想要通過數(shù)據(jù)來作出決定的時候，我們設(shè)計了一個優(yōu)先級矩陣，”Mueller說道?！拔覀冋襾砹艘院髮褂眠@些系統(tǒng)的人，讓他們根據(jù)重要性來分等級排列這些原則。當(dāng)供應(yīng)商作介紹的時候，我們就把這些矩陣填寫好。西門子公司的SIMATIC PCS7分散控制系統(tǒng)（DCS）是我們選擇的最好控制系統(tǒng)?！?BR>
分階段實現(xiàn)的方式使停車時間最少
為了盡量減少對現(xiàn)有操作的干擾，同時為其它改進(jìn)建立一種清晰的途徑，國民淀粉公司采用了一種分階段移植到西門子公司PCS7 DCS系統(tǒng)的方法。
現(xiàn)有的控制系統(tǒng)使用不同版本的軟件和硬件運行。為了使用一種新的控制系統(tǒng)，必須使現(xiàn)有系統(tǒng)處于一種共通的狀態(tài)，然后就可以進(jìn)行移植工作。這個策略最大程度的減少了搞亂生產(chǎn)過程的風(fēng)險，同時還允許國民淀粉公司對所有的反應(yīng)器都采用一致的移植計劃。
這個路線圖的第一個階段是2003年執(zhí)行的。Mueller說公司決定進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將兩個435PLC轉(zhuǎn)換成來自于西門子能源和自動化公司的SIMATIC545和505控制器，這兩個控制器控制著一臺刮膜式蒸發(fā)器和旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)。
“移植到545控制器的改造使我們能夠把所有的PLC標(biāo)準(zhǔn)化，并且對下一步改造的各種選擇項進(jìn)行評估。其目的是在新的系統(tǒng)當(dāng)中利用現(xiàn)有的硬件。”
改造的第二階段于2004年進(jìn)行，其中心內(nèi)容是在現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)工廠里增加一個新的反應(yīng)器系列。Mueller說這是為了獲得使用PCS7DCS系統(tǒng)的經(jīng)驗，為了獲得用PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)與測量設(shè)備和控制設(shè)備進(jìn)行連接的經(jīng)驗。
“我們從低風(fēng)險的項目開始改造，希望最大程度的減少使生產(chǎn)過程混亂的風(fēng)險，”Mueller說道?！斑@個策略使得我們可以采用模塊化的編程方式，并且以之作為將來系統(tǒng)的一個模板，也作為將來實現(xiàn)批量配方管理的一個墊腳石?！?BR>
新反應(yīng)器系列的安裝工作也包括PCS7DCS系統(tǒng)的安裝，該系統(tǒng)使用了冗余的SIMATIC S7-417H控制器。安裝工作還包括西門子公司的PCS7操作員站（OS），這些操作員站通過遍布整個有機(jī)化工廠的以太網(wǎng)進(jìn)行連接。
“工廠的操作員們已經(jīng)對PCS7人機(jī)接口設(shè)備的外觀、操作感覺以及功能非常熟悉，”Mueller說道?！斑@個系統(tǒng)的設(shè)計宗旨就是看起來與我們現(xiàn)有的人機(jī)接口平臺類似，這樣對操作員來說新舊系統(tǒng)的差別就非常微小了。同時新系統(tǒng)又提供了更加強(qiáng)大的功能，它使操作人員能夠查看是否某些東西被聯(lián)鎖了，或者同時調(diào)出歷史數(shù)據(jù)和趨勢數(shù)據(jù)。他們非常喜歡新的系統(tǒng)。”
在2005年，PCS7系統(tǒng)通過新反應(yīng)器系列的開車證明了自己的性能，同時Mueller也開始執(zhí)行路線圖的第三個階段－把系統(tǒng)從西門子公司的SIMATIC 545和505控制器改造成為西門子公司的PCS7 DCS系統(tǒng)。在2005年，現(xiàn)有反應(yīng)器系列當(dāng)中的一個反應(yīng)器以及一個旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)的DCS系統(tǒng)改造成功完成。
通過每次把一個反應(yīng)器的自動化系統(tǒng)軟件和硬件改造成為PCS7系統(tǒng)，Mueller能夠確信生產(chǎn)過程不會受到干擾。他現(xiàn)在還能夠開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊和控制模塊，這些功能模塊能夠支持批量配方過程，還可以作為模板用于將來的系統(tǒng)。剩下的反應(yīng)器系列將會在今后的兩年中被升級為西門子公司的PCS7 DCS系統(tǒng)。
現(xiàn)場總線的好處
在北卡羅來那州索爾茲伯里的制造工廠，國民淀粉公司希望通過保留所有的現(xiàn)場儀表以及TI545 I/O模板獲得最高的資產(chǎn)回報率，這將作為升級到PCS7的改造工作的一部分。替換所有的硬件和控制系統(tǒng)將會是非常昂貴的。
不過，Mueller說因為PROFIBUS PA的開放性，他能夠保留原來的儀表標(biāo)準(zhǔn)，這是通過與包括E+H、rosemount、Mettler-Toledo、OhmartVega在內(nèi)的儀表供應(yīng)商長期以來的合作建立的標(biāo)準(zhǔn)。
另外，由于國民淀粉公司采用PROFIBUS實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化連接，SIMATIC 505、SIMATIC S7、S-417H控制器都采用PROFIBUS進(jìn)行連接，公司在傳統(tǒng)的接線環(huán)節(jié)上也節(jié)省了大量的資金。
“我們節(jié)約了數(shù)額巨大的資金，”Mueller說道?！八械倪@些接線，所有返回到這些卡板的輸入和輸出信號，現(xiàn)在從硬件上都可以通過一根信號電纜進(jìn)行傳送，這給我們帶來了難以置信的節(jié)省。”
國民淀粉還利用了PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)和PCS7平臺賦予的新的、先進(jìn)的診斷功能，包括跟蹤記錄儀表的更換。
由于現(xiàn)有的工廠是CLASS I DIV 2的爆炸危險環(huán)境，因此考慮了本質(zhì)安全系統(tǒng)作為預(yù)防措施。Mueller說他現(xiàn)在有幾個可選擇方案來滿足防爆規(guī)范的要求。他可以把接線全部封閉在防爆穿線管里邊，這是一種非常費事的方法，同時也非常昂貴。他也可以采用保護(hù)性的隔離式安全柵或者安裝帶有內(nèi)建本質(zhì)安全結(jié)構(gòu)的硬件設(shè)備。
“西門子公司有具備內(nèi)建本質(zhì)安全功能的硬件設(shè)備，其運行電流非常低，”Mueller解釋說。“PROFIBUS PA和ET200 iS I/O模件的連接是專門為本質(zhì)安全區(qū)域的使用而設(shè)計的，可以應(yīng)用在電氣危險場合。這對于我們是個優(yōu)點。當(dāng)我們在處理故障的時候，我們不需要擔(dān)心是否會擊穿一個隔離式的安全柵，不需要來來回回的查找一個損壞的保險絲。其結(jié)果是，我們節(jié)約了相當(dāng)可觀的時間和金錢。”
擴(kuò)展和其它
隨著現(xiàn)有化學(xué)生產(chǎn)工廠的全部三個改造階段的完成，Mueller重新檢討了路線圖的目標(biāo)－提高產(chǎn)品的重復(fù)性、降低生產(chǎn)費用以及繼續(xù)建設(shè)一座新的工廠，在這座新廠里將要使用自動化的批量過程生產(chǎn)專用的化學(xué)品。
新的Emanate有機(jī)化工廠坐落在離現(xiàn)有化學(xué)工廠一百五十英尺遠(yuǎn)的地方，其建造工作開始于2005年，完成于2006年。
新工廠的基本架構(gòu)是西門子公司的全集成自動化系統(tǒng)，它包括PCS7
DCS系統(tǒng)、批量配方軟件和PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)。
控制室里的S7-417H處理器通過光導(dǎo)纖維纜線連接到現(xiàn)有控制室里的一個相同的控制器。這使得每個裝置的生產(chǎn)控制都可以在失去電源或者電源發(fā)生浪涌的時候從一個地點切換到另一個地點。
新工廠還包括全系列的西門子公司電氣系統(tǒng)組件，其中包括電氣開關(guān)裝置、馬達(dá)控制中心、變頻驅(qū)動裝置、斷路器盤、導(dǎo)線和電纜、儀表和控制閥等。
結(jié)果
Emanate工廠于2006年投產(chǎn)，于2007年初啟動另外的反應(yīng)器系列的計劃也已經(jīng)在制定當(dāng)中。Mueller說Emanate的第一個合格批次產(chǎn)品達(dá)到了預(yù)期的循環(huán)時間要求，這同以前的操作過程相比是一個巨大的進(jìn)步。
“與現(xiàn)有的工廠相比，我們的生產(chǎn)時間減少了一半，”Mueller說道?！拔覀円差A(yù)見到產(chǎn)品質(zhì)量的大幅度提高，包括批量配方系統(tǒng)使產(chǎn)品粘度變化量減少。整個自動化系統(tǒng)都來自同一家供應(yīng)商也是非常令人高興的，這樣我們就可以確信所有的部件都能夠良好的兼容工作?！?/FONT>
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