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        2021 IAS展
        運動控制

        通過DCS升級,杜邦獲得了什么?

          2021年02月05日  

          對溶劑廠的批次生產控制系統進行現代化改造不僅改善了質量控制并增加了收益,而且還通過報警通知功能避免對操作員造成困擾。

          智能手機及其他設備中使用的半導體器件具有體積小功能強的優勢,不過器件制造過程可能步驟繁瑣耗時較長。在此過程中,要保證這些小巧的精密微電子元件具有非常高的純度,清潔劑將發揮至關重要的作用。

          位于加利福尼亞州海沃德的DuPont小批量生產工廠負責數十種半導體清潔劑的生產。但近年來,該廠的批次生產控制系統出現老化跡象。

          系統不僅缺乏支持,還產生了各種生產問題,例如,困擾操作員的彈出式警告以及難以管理的各種報警。更為嚴重的是,通過客戶審計發現該系統缺少基于配方的自動化流程,而該流程恰恰有助于改善生產過程中的質量控制水平。

          該廠不得不做出抉擇:更換老舊的批次生產控制系統,或者維持現狀,導致每月損失數千美元的生意。該廠選擇升級改造。做出該選擇,不僅讓工廠改善了質量控制水平,還提高了產量,創造了新的月銷量記錄。

        升級需求

          海沃德工廠的大多數老舊控制系統采用手動操作,只有將物料從存儲罐批量添加到混合罐是自動化操作。所有其他物料都是由操作員用鼓泵站和固體輸送站手動添加。操作員還要負責設定物料在過濾器中的混合和循環時間,并采集產品樣品。實現預期的產品后,再由操作員手動送往包裝區的灌裝系統。該區域的工作人員負責將產品分裝到 1 到 5 加侖的容器和 200 加侖的包裝袋中。

          過多的手動操作增加了出錯的風險。例如,操作員可能原本計劃將一種物料混合 15 分鐘,但由于其他任務的干擾,最終物料混合了 18 分鐘。此類情況可能導致產品質量的細微差異。

          此外,老舊系統有時還會干擾生產過程。DuPont 自動化和過程控制工程顧問 Nancy Givens 表示:“采用之前的 HMI 配置方式,每次開關閥門時都會收到彈出式警告。如果操作員要打開三個閥門,就會收到三個彈出式警告。這不僅給操作員造成困擾,還增加了出錯的幾率。雜亂的界面可能導致操作員開/關錯誤的閥門?!?/P>

          還有一個問題就是報警。老舊系統采用硬編碼和用戶自定義相結合的報警設定值。硬編碼報警難以管理,操作員通常耗費大量時間來定位具體代碼。此外,此類報警也沒有應用分配優先級等現代報警功能的最佳實踐。
          上述問題,以及客戶對質量控制的更高要求,使控制系統升級成為必然選擇。

          第一階段:控制系統升級
          Givens 與系統集成商 TechKnowsion 和羅克韋爾自動化(DuPont 全球聯盟供應商)通力合作,規劃并執行控制系統升級。該團隊分兩個階段實施升級。

          第一階段,他們將批次生產系統的可編程序邏輯控制器 (PLC) 和 HMI 更換為 PlantPAx 分布式控制系統 (DCS)。這需要對老舊 PLC 代碼進行逆向工程,以確定新控制代碼的要求。Givens 解釋道:“我們不滿足于僅僅復制或轉換代碼,我們對照系統的功能需求,對代碼進行了大量整理和改進。然后將代碼集成到 PlantPAx 過程對象庫。多年來,我們根據 DuPont 的具體需求對該庫進行了定制?!?/P>

          控制系統的新 HMI 采用現代可視化風格,提供更好的視覺體驗。Givens 指出:“老舊的 HMI 使用多種色彩,可能會造成屏幕雜亂無章。而新的灰度 HMI 以紅色突出顯示重要項目,對嚴重問題進行提醒。自從實施新 HMI 后,我做過現場調查,操作員十分清楚關注點在哪里,再沒有遺漏任何重要事項?!?/P>

          第二階段:批次生產自動化
          第二階段,羅克韋爾自動化全球解決方案團隊直接與 DuPont 合作,配置并安裝 FactoryTalk Batch 軟件,實現全配方控制和順序自動化。

          Givens 和她的團隊希望遵循 ISA S88 標準,該標準為批次生產系統的實施搭建框架。采用該標準后要求羅克韋爾自動化團隊首先構建生產設備的物理模型,再構建自動化生產階段的工序模型。這些Phase可以作為構件,更具需要應用于不同配方中。

          Givens 表示:“批次生產軟件中的Phase管理功能幫助我們明確按照 S88 標準實施系統,節省了大量的時間。各Phase只需配置一次,例如混合或添加階段,然后便可多次重復使用。相對于面向每個配方分別編寫新代碼效率顯著提高?!?/P>

          該團隊還利用此批次生產軟件執行抽樣和配方檢查等手動流程。該軟件將手動Phase集成到自動化階段中,實現兩種操作方式的無縫切換。Givens 表示:“在整個 DuPont 內部,廣泛采用此功能。相對于在控制器中編寫手動流程代碼,此功能易于實現?!?/P>

          最后,該團隊與羅克韋爾自動化配合,安裝用于追蹤工廠儲罐中的物料的軟件。該軟件取代了原有的紙質登記系統,省去人工庫存跟蹤工作。

          此外,它還集成了自動儲罐切換功能。Givens 解釋道:“之前,如果儲罐在加料階段用盡物料,操作員必須查看添加了多少物料,再計算儲罐還需要多少物料。而現在,軟件自動計算需要的物料剩余量,切換儲罐,并添加所需物料量,直到達到設定值?!?/P>

        質量控制和產量

          該廠在一周內就實現了新的自動化系統,且僅占用計劃的停機時間。這次升級將工廠的過時平臺升級為完全受到支持的新平臺。并且,新的 HMI 還解決了之前困擾操作員的彈出式警告和報警管理問題。

          羅克韋爾自動化過程對象庫節省了設計、配置和部署的時間。事實上,Givens 估計工廠的編程配置時間減少了 40%。即便在新系統投入運行后,該庫仍可發揮積極的作用。

          Givens 表示:“該庫有助于實施維護和故障排除工作。如果要訪問并更改描述,無需打開工程師站或編程軟件,只需在 HMI 中使用面板即可。如果閥門無法打開,操作員可打開面板,然后打開互鎖圖標,以查看問題的原因。過去,操作員可能不得不組態一張畫面來查看閥門互鎖情況,或翻閱紙質文檔來解決問題。而現在,只需幾步簡單的操作即可找到答案?!?/P>

          此外,該批次生產軟件將工廠非常有限的自動化程度提升為完整的批次生產自動化水平,其中包括自動化清潔過程。幫助工廠達到 DuPont 客戶期望的質量控制水平。通過修改軟件來提升不同生產單元之間的協調性后,工廠的產量顯著提高。

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