Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Systém plně integrované automatizace v závodě Zora Olomouc

číslo 6/2005

Systém plně integrované automatizace v závodě Zora Olomouc

V potravinářském průmyslu je kladen stále větší důraz na úplnou automatizaci výrobního procesu. Výsledkem úspěšného zavedení takto koncipovaného systému řízení jsou nejen větší produktivita a efektivnější využití výrobního zařízení, ale také splnění nových požadavků na jakost v potravinářské výrobě, diktovaných aktuálními předpisy EU zaměřenými na ochranu spotřebitelů. Koncept plně integrované automatizace byl tudíž zvolen za základ projektu automatizace výroby čokoládových hmot pro země sdružené v CEFTA, který byl realizován koncernem Nestlé v závodě Zora Olomouc.

Jednou z klíčových částí nově vybudovaného výrobního zařízení je jeho automatizovaný systém řízení (ASŘ). Ve výběrovém řízení bylo vybráno řešení navržené společností Compas automatizace ze Žďáru nad Sázavou s použitím moderního řídicího systému typu Simatic S7 s vizualizačním systémem WinCC – komponent systému Totally Integrated Automation (TIA) od firmy Siemens – s recepturovou nadstavbou.

Obr. 1.

Obr. 1. Zásobníky a zařízení pro dávkování surovin pro výrobu čokoládových hmot

V článku je po stručném představení dané technologie výroby a požadovaných řídicích funkcí popsána navržená architektura ASŘ a její technická realizace při použití uvedených komponent od firmy Siemens.

Technologie výroby čokoládových hmot

Jednotlivá linka na průmyslovou výrobu čokoládových hmot se skládá ze tří základních částí, kterými jsou:

  • zásobníky a zařízení pro dávkování surovin (obr. 1),
  • válcovací zařízení,
  • zařízení pro vlastní hnětení (konžování) čokoládových hmot.
Obr. 2.

Obr. 2. Zařízení pro velmi jemné mletí směsi práškových surovin (tzv. pětiválec)

Zásobníky surovin jsou velkoobjemové s možností automatického doplňování surovin. Sypké materiály, jako např. cukr, se do zásobníků dopravují pneumaticky, tekuté suroviny, např. kakaové máslo, čerpadly. Ze zásobníků jsou suroviny dávkovány do válcovacího zařízení, které vytváří sypkou kakaovou hmotu. Kakaová hmota je pomocí pásových dopravníků přepravena do tzv. pětiválců (obr. 2), kde se veškeré zbylé kousky rozmělní až na zcela jemnou práškovou směs. Jemně namletá kakaová směs je dalšími dopravníky přepravena do hnětačů – konží, kde se po přidání dalších surovin, jako např. kakaového másla, hnětením získá výsledná čokoládová hmota. Ta je pneumaticky, speciálním zařízením Molch, dopravována do zásobníků výrobních linek závodu Zora Olomouc nebo je expedována pro použití v dalších výrobních závodech koncernu Nestlé.

Požadavky na ASŘ výroby čokoládových hmot

Od komplexního řešení ASŘ několikaproduktových šaržových výrob daného typu se standardně požaduje:

  • spolehlivé řízení výrobního zařízení a strojů,
  • komfortní ovládání automatizovaného systému řízení z operátorských stanic,
  • místní ovládání technologických zařízení prostřednictvím operátorských panelů,
  • parametrizace a řízení elektrických pohonů,
  • sběr a archivace technologických veličin a provozních údajů.

Koncepce ASŘ ve firmě Nestlé, závod Zora Olomouc

Koncepce ASŘ navržená firmou Compas automatizace, jako dodavatelem, a vybraná koncernem Nestlé staví na komponentách od firmy Siemens, především na systému PLC Simatic S7. Pro připojení a řízení snímačů a akčních členů jsou použity především výkonné řídicí stanice řady Simatic S7-416 a S7-414 s centrální i decentrální výstavbou vstupů a výstupů (obr. 3).

Obr. 3.

Obr. 3. Část architektury ASŘ výroby čokoládových hmot

Řídicí systém technologie výroby čokoládových hmot řídí dvě výrobní linky s celkem osmi pětiválci a dvaceti konžemi.

Vyšší úroveň ASŘ je tvořena počítači-servery s operačním systémem Windows 2000 Server s klienty Windows 2000 Professional, na nichž jsou realizovány jednotlivé funkce vizualizace, ovládání, tvorby protokolů, záznam a grafické zobrazování mimořádných stavů a hlášení o poruchách, řízení průběhu a správa receptur šaržových procesů atd. Vizualizační úroveň tvoří systém WinCC s recepturovou nadstavbou (obr. 4, obr. 5).

Obr. 4.

Obr. 4. WinCC – přehledné zobrazení výroby práškové kakaové směsi

Vzhledem k tomu, že zprvu jde o sypkou hmotu s velkou hutností, klade čokoládová hmota na počátku hnětení míchadlu konže značný odpor. Proto jsou v pohonech konží instalovány výkonné měniče (na modernizovaných konžích řady Siemens Master Drives CBP2), které jsou momentově řízeny. Po přidání tekutých přísad se směs stane viskózní. S postupným promícháváním směsi klesá její viskosita, a otáčky míchadel konží jsou tudíž postupně zvětšovány, až se dosáhne konečného stavu relativně tekuté čokoládové hmoty.

Inženýrink

Vytvořit dobře fungující ASŘ je úkolem inženýrinku. Pro kvalitní návrh řídicího systému šaržové výroby je třeba analyzovat výrobní kroky, které lze vykonat na daném technologickém zařízení, a to včetně podchycení všech možných výjimečných stavů a veškerých jejich důsledků. Rozsah inženýrských prací je v porovnání s kontinuálními procesy několikanásobný.

Inženýrink začíná sestavením zadání tvořeným mnoha dokumenty specifikujícími požadavky na všechny jednotlivé funkce ASŘ. Musí být možné tyto funkce ověřit a výsledky ověření zaznamenat. Celkové ověření souladu ASŘ s pravidly správné výrobní praxe se nazývá validace. V rámci realizace projektu vznikají a používají se např. tyto dokumenty:

  • zadání (uživatelská specifikace): soupis celkových požadavků uživatele na výsledný systém řízení,

  • specifikace funkcí (Functional Specification – FS): podrobná specifikace jednotlivých funkcí řídicího systému,

  • návody pro provozní obsluhu (operátory), správce systému, archivační postupy atd.,

  • zkušební dokumentace: záznam způsobu provedení a výsledků testů softwarových modulů a jejich integrace i přejímky řídicího systému u dodavatele (FAT) a na místě použití (SAT).

Obr. 5.

Obr. 5. WinCC – operátorské zobrazení konže C1 na lince 1

Vytvořit všechny potřebné aplikační programy je velmi rozsáhlý úkol. Vývojové prostředky zvoleného automatizačního systému Simatic S7 umožňují, aby na projektu paralelně pracovalo mnoho programátorů současně. Tím je zajištěna konzistence vývoje aplikace. Po zkonfigurování softwarových modulů, vizualizace, receptur a dalších funkcí aplikačního softwaru nastává velmi důležitá etapa testů, které prokazují dosažení shody s požadavky formulovanými v zadání a specifikacích funkcí řídicího systému.

Velký význam při návrhu i realizaci ASŘ má těsná spolupráce dodavatele a zákazníka. Je tomu tak proto, že realizační tým se skládá ze specialistů na technologii, ASŘ, organizaci výroby atd., jejichž specializace se nepřekrývají. Jinými slovy řečeno, neexistuje odborník, který zná celý rozsah problematiky a mohl by z tohoto titulu rozhodovat o řešení. Proto jsou analýza takto složitého projektu a na ni navazující tvorba vlastních zadávacích a realizačních specifikací obzvláště náročné na komunikaci uvnitř týmu a vyžadují mimořádné úsilí od pracovníků všech zúčastněných stran.

Závěr

Dobře navržené ASŘ šaržových procesů poskytují výrobcům mnoho výhod, jako např. pružnost při změnách výrobního sortimentu, ochranu investic vložených do automatizace, možnost plánování výrobního procesu, optimalizaci výrobních procesů formou trasování a statistického porovnávání průběhu výroby a výsledných vlastností jednotlivých šarží, dosažení shody s požadavky na kvalitu a vedení záznamů o průběhu výroby a mnohé jiné. Ani při použití špičkových automatizačních prostředků však nemusí být vždy dosaženo optimálních výsledků, pokud se současně dokonale neanalyzují možnosti technologického zařízení a nedocení se inženýrské zpracování projektu. Výhody, které dokonale řešená automatizace šaržových procesů svým vlastníkům přináší, však vložené úsilí mnohonásobně vrátí v úspěšné produkci širšího sortimentu produktů způsobem just in time – bez nutnosti vytváření zásob – přesně podle požadavků dynamicky se měnícího, velmi konkurenčního prostředí současného trhu.

Ing. Josef Nováček,
Ing. Vlastimil Braun,
Compas automatizace s. r. o.

COMPAS automatizace s. r. o.
Nádražní 26
591 01 Žďár nad Sázavou
tel.: 566 650 110
fax: 566 650 112
e-mail: compas@compas.cz
http://www.compas.cz