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2019中國智能制造發展論壇 菲尼克斯電氣Radioline無線系統
控制系統

施耐德電氣爲食品飲料行業的優化升級築夢前行

  2019年05月22日  

  簡介:

  今天,在消費升級的大趨勢下,消費者選擇和購買商品的行爲、習慣和偏好正在發生改變,諸如對新産品的渴求、對質量與安全的高度重視,以及更加電子化的購買途徑等。這些變化正促使食品飲料行業不斷升級其設備和工藝技術,並逐步實現數字化運營,以應對市場的快速變化。

  在這一過程中,作爲食品飲料企業生産一類關鍵控制設備的PLC,也正經曆著顯著的創新,並在行業轉型升級的過程中起到重要作用。Modicon M580 ePAC( 以太網可編程自動化控制器)是莫迪康在多年不斷積累創新的基礎上,面向未來工業智能化控制需求推出的集開放靈活、穩定可靠于一身的新一代高端控制器平台。

  基于卓越的硬件性能,以及在開放網絡、信息安全、可靠性和可持續性、便捷維護等各個方面的創新優勢,Modicon M580 ePAC可以幫助食品飲料行業應對一系列關鍵工藝場景和數字化升級帶來的挑戰,從而顯著提升其生産運營的競爭力和回報率。

  1.食品飲料行業的變化趨勢

  當前,食品飲料行業日益受到消費市場變化、能源、監管等趨勢的影響,這些趨勢對生産運營管控的模式和要求提出了新的需求。其中,以下幾個方面的因素將直接或間接地影響食品飲料行業對工藝技術和運營管理模式的需求。

  城市化加速,人口增長和消費升級

  近年來,城市化進程正在加速,這促進了消費人的口增長和消費升級的趨勢。這不僅意味著對食品飲料行業的總體需求仍在增長,也意味著需求結構的轉換,人們對高端、差異化商品的需求將得到擴大。同時,企業研發和投放新商品的節奏也將加快,以應對消費者渴望新商品的需求。

  例如,在過去的幾年內,傳統的工業化啤酒在銷路上普遍難覓亮點,但市場對各類精釀啤酒的需求卻呈現出快速增長的趨勢。一些企業在減産工業化啤酒的同時,大規模引進並增産價格較高的精釀品牌,以應對旺盛的市場需求。這樣的趨勢,正在推動食品飲料企業尋求更加靈活柔性、高效率的生産模式,以及同時生産或快速切換不同規格商品的生産能力。這使企業的生産控制系統不僅需要在硬件性能上進一步提升,還應支持開放的以太網技術,以實時准確地獲取並聯通現場工藝過程中的各項數據,爲智能制造和柔性化生産的實現提供支撐。

  環境和資源變化

  當前,對環境保護和資源節約、降低排放的訴求顯著提升。從企業外部看,國家在政策導向上,日益對能源行業的轉型和工業企業使用水、電、氣以及排放作出指導和約束。從企業內部看,越來越多的企業從提升經濟效益的需求出發,也開始注重對能源的管理。

  在這一趨勢下,食品飲料企業日益趨于尋求更加精細化的能源使用及管理模式,以及環境友好型的生産方式,從而提升生産運營的整體收益及合規性,其對生産過程中的能源計量、監測與管理的需求呈現增長。企業還需要構建透明開放的以太網控制系統,實時獲取詳盡的能源數據,並進一步實現數據的雲端訪問,使管理層也能夠隨時掌握並調整企業的能源狀況。

  對食品安全問題的關注

  近年來,中國社會各界對食品安全問題的關注不斷提升。無論是主管部門管控、處罰的力度,輿論監督的強度,還是消費者的關切都在不斷加大。食品和飲料的品質與安全,成爲了很多消費者最優先考慮的因素之一。

  這就對食品飲料企業的生産過程、工藝方法以及管理模式提出了更高的要求,同時也推動了在生産過程追溯、供應鏈管理和質量管控等相關技術方案上的需求。在控制系統層面上,企業除了需要能夠勝任先進、精細工藝的高性能控制器,對其可靠性、安全性和易維護性也提出了較高要求,讓食品飲料的生産得到安全穩定的保障。

  2.Modicon M580 ePAC

  大型高端控制器的特點

  Modicon M580 ePAC ( 以太網可編程自動化控制器) 是莫迪康在多年不斷積累創新的基礎上,面向未來工業智能化控制需求推出的集開放靈活、穩定可靠于一身的新一代高端控制器平台。針對不同的應用,分爲:

  面向單機應用的標准型控制器:M580單機 ePAC、

  專業用于硬件冗余的高可用型控制器:M580冗余 ePAC 、

  面向功能安全應用需求的控制器:M580 ePAC以及M580冗余 ePAC。

  (從左至右依次爲)M580單機CPU、M580冗余CPU、M580安全CPU、M580安全冗余CPU

  卓越的硬件性能

  Modicon M580 ePAC采用先進的定制化嵌入式雙核Cortex A9 RISC高性能微處理器,並深度集成以太網通訊和處理能力;專業MRAM存儲技術無須電池或外部存儲卡即可實現系統掉電時保持關鍵數據不丟失;CPU集成高達64M大容量工作內存;創新的機電設計確保我們的産品規格遠高于IEC標准;高帶寬和快速掃描時間配合先進的內存讀取機制,確保高速通信、應用程序和指令高效執行。

  開放網絡

  系統的設計基于開放的以太網技術,集成交換機功能的以太網背板和CPU深度集成的以太網通訊和處理能力,自上而下全以太網架構采用標准TCP/IP協議保證數據通信的標准、透明和開放,有效地優化了設備互連和通信,輕松構建透明開放的以太網控制系統,從而保障現場工藝過程中能源和原始數據的實時准確獲取,並進一步實現數據的雲端訪問及操作需求的全面支持,有效助力企業數字化轉型和智能化生産。

  信息安全

  內置先進的信息安全功能,遵循IEC62443標准的信息安全功能設計提供了深度集成以太網的安全架構;CPU集成了多級密碼防護、加固存取控制、安全防護管理器、IPsec專業安全防護策略、可執行程序文件的完整性檢查、安全事件可追溯等功能;通過業界權威的Achilles Level2認證。

  可靠性和可持續性

  經過長期市場驗證、不斷完善並日臻完美的高性能X80 IO平台,充分保證系統穩定、可靠;專用的硬冗余控制器以及成熟的同步技術,確保系統的持續穩定運行;針對嚴苛環境應用,帶有專用防腐塗層及特殊處理的加固型號産品,支持-25℃~+70℃寬溫工作範圍,可在惡劣現場環境下可靠運行,同時有效保障控制系統的高可用型;配合市場廣泛使用了超過15年的EcoStruxureTM控制專家(Unity Pro)通用編程開發平台,以確保客戶編程習慣和用戶經驗的最佳傳承。

  便捷維護

  不停機軟硬件更改及系統擴容升級,所有模塊支持熱插拔;集成豐富易用的診斷、報警、事件日志、供電監測數據日志、內部數據的事件順序記錄等功能;具備高級診斷能力的智能冗余電源,可提供溫度監測、電壓超限報警、已運行時長、剩余壽命預測等信息,通過可預測的更換建議提前實現預防性維護。

  M580 CPU站

  3.Modicon M580 ePAC

  助力食品飲料行業的應用優勢

  如上所述,基于在性能和功能上的諸多亮點,Modicon M580 ePAC能夠在系統設計與維護、應用點數配置、遠程站調試、編程、函數與應用庫調用以及升級改造等多個方面適應食品飲料行業的一系列實際需求,呈現出了顯著的應用優勢。

  全以太網架構,簡化設計與維護

  全以太網架構,具備靈活多樣的網絡連接方案,100Mps的數據傳輸帶寬。支持Modbus TCP和EtherNet/IP兩大主流工業以太網協議,可實現I/O、SCADA、HMI和變頻驅動的全以太網連接。這些優勢,能夠爲具備各類網絡連接需求的食品飲料企業帶來更簡單的設計、更高效的運營以及更低的維護成本。

  規格齊備,靈活滿足應用需求

  Modicon M580 ePAC自動化控制系統具有6檔控制器,可實現單機和冗余應用需求,完全滿足食品飲料行業從幾百點到幾千點再到幾萬點的不同工藝段的應用需求。支持食品飲料行業中常用的Modbus、Profibus-DP、Hart等總線協議。

  便于遠程站設備現場調試

  在糧油廊橋輸送站中,可在任意一個遠程以太網I/O站,通過連接站適配器模塊上的服務端口,直接訪問CPU主站,實現對PLC程序的實時監控和修改,極大地方便了遠程站設備的現場調試。

  編程簡單便捷,內置函數及應用庫

  EcoStruxureTM控制專家(Unity Pro)編程軟件提供了使用簡單、友好的用戶界面,可重用的程序、強大的搜索功能、自由格式的圖形編輯器、完善的在線幫助,並且支持多種編程語言、內置PLC離線仿真功能、支持程序在線修改、具有豐富的函數庫以及專用于食品飲料行業的流體應用庫,使得Modicon M580 ePAC自動化控制系統的程序編寫及調試維護更加簡單、高效。

  升級改造完善,保護現有投資

  基于Modicon M580 ePAC,施耐德電氣可以爲食品飲料行業用戶提供靈活、完善的升級改造方案。Modicon M580 ePAC自動化控制系統除了支持高性能的Modicon X80 I/O平台和通用的STB I/O平台外,亦可支持原有Premium、Quantum平台 I/O,升級控制系統的同時可保留現場原有I/O模塊,避免重新布線及接線,盡最大可能保護客戶的現有投資。

  4.施耐德電氣在食品飲料行業的應用案例

  多年來,施耐德電氣在全球食品飲料行業已經積累了大量應用案例,其軟硬件解決方案及各類服務廣泛應用于糧油、乳品和巧克力等領域的知名企業。其中,來自MODICON的各型號控制器亦在各個案例中承擔著生産控制及數據采集等核心功能,爲食品飲料企業安全、穩定、高效、高質量的生産運營提供了穩定的支撐。

  巧克力生産及包裝

  某知名巧克力制造商是全球最大的巧克力生産企業之一,該企業旗下擁有一系列全球範圍內的暢銷商品。該企業位于中國東部的工廠,在前處理及生産線自控、運動控制及設備控制上均使用了施耐德電氣的産品及系統。

  整個工廠的生産控制分爲預處理環節和包裝環節,其中預處理控制系統采用了施耐德電氣的Modicon M580 ePAC控制器,通過溫度采集、原料稱重等實現對原料的配比加工。包裝環節有三條巧克力生産線,采用了施耐德PacDrive3伺服控制系統,控制器爲LMC系列,驅動器爲LXM62系列,電機爲SH3系列電機。PacDrive3控制系統主要用于生産過程的輸送定位及澆注時的定量控制。

  整個PLC系統由位于各工段的獨立的PLC控制站組成,控制站均通過以太網與控制室的過程數據服務器連接。采用以太網連接各套PLC、SCADA服務器。每個PLC控制站內配置一套交換機。PLC控制站之間通過光纖連接。

  PLC與SCADA之間的控制網絡采用以太網。每台主交換機都帶有多模光纖口(SC)和多個電口(RJ45)。各個PLC控制站和控制室配置工業以太網交換機,每套服務器和PLC分別通過以太網通訊接口連接到交換機上。

  控制系統采用M580 CPU以及X80 I/O 的以太網環網架構,本地使用擴展機架。每個PLC控制站配置15' HMI進行就地控制和顯示。CPU采用Modbus TCP以太網協議對變頻器進行通訊控制,使用多台交換機將變頻器連接到控制站的主交換機。

  過程監控服務器使用Intouch SCADA軟件。每台服務器帶SCADA服務器/客戶端授權,實現過程監視、操作控制等功能。根據用戶安全設置,可以對當前登錄用戶的訪問區域和功能級別進行管理。

  大豆油料加工生産

  某大型糧油集團是農業産業化國家重點龍頭企業,並跻身中國食品工業食用油行業10強。其下屬糧油子公司每年可生産豆粕117萬噸,大豆處理能力4000噸/日,精煉1000噸/日,實現銷售收入70億元。

  該公司4000噸大豆油料加工生産線項目全廠由8個工藝段構成,分別是廊橋控制系統、筒倉控制系統、預處理控制系統、浸出控制系統、精煉控制系統、粕倉控制系統、油罐區控制系統、小包裝車間控制系統。全廠控制網絡分成控制層和設備層兩層架構。

  控制層負責監控整個生産過程。全廠SCADA操作軟件采用施耐德電氣的Citect SCADA服務器/客戶端軟件,整個操作系統進行統一規劃。考慮到各個控制系統由不同的系統集成商集成,每個系統需要獨立開發,因此爲每個工藝段配置了獨立的操作服務器和操作客戶端,每個站的操作系統只負責本站生産系統的監控管理。操作服務器爲冗余配置。

  此外在生産辦公室,設置2台全局客戶端,全局客戶端可以監控全廠各個工藝段的生産系統。全局客戶端的監控畫面由各個控制系統的監控畫面組成,數據從各個工藝段系統的操作服務器上讀取。基于此架構,客戶將來還可增加Web遠程監控功能,實現通過浏覽器遠程訪問全廠操作系統的功能。上位機與PLC采用Modbus TCP工業以太網協議進行通訊。

  在設備層,PLC負責發送和執行生産指令和采集設備控制生産數據。全廠8個工藝段全部采用施耐德PLC控制系統。筒倉、預處理、浸出、精煉、粕倉、油罐區采用CPU主站以及以太網 RIO分站的架構,廊橋站采用CPU主站以及X80以太網IO架構,小包裝車間采用M340控制系統。全廠軟啓動器采用施耐德ATS系列軟啓動器。筒倉、粕庫、油罐區、廊橋站采用施耐德電氣ATV系列變頻器。施耐德電氣變頻器和軟啓動器標配Modbus通訊口。部分站電動機保護器、變頻器、軟啓動器采用Modbus 通訊方式接入控制系統。

  每個控制系統配置一台施耐德電氣ConneXium工業級管理型交換機,支持Modbus TCP以太網協議,交換機配置6個10/100M電口,2個多模光口。電口用于連接本系統監控站和PLC控制站。光口用于不同控制系統之間的連接,最終所有控制系統通過光纖連接形成冗余環網。

  在統一的架構下,實現了控制層與設備層的無縫連接。通過對全廠控制系統的聯網,既實現了分散控制的要求,又實現了集中監控的功能,充分滿足了最終用戶對整個系統的需求,保證了整個工廠的順利運營。

  乳制品整廠自動化解決方案

  某集團是世界著名的食品和飲料集團之一,位列世界500強,業務遍及全球120多個國家。鮮乳制品、餅幹和飲料作爲該集團三大主要産品,在全球市場銷量排名均名列前茅。該集團是施耐德電氣的全球重要戰略客戶。

  在該集團位于印尼的酸奶廠項目中,施耐德電氣做爲主要工藝自動化控制系統的供應商,爲其提供了完整的交鑰匙工程,負責整個工程項目的自動化系統和儀表系統的設計、安裝、現場調試、培訓和最終驗收,並且提供了與工藝設計方、工藝設備供貨方及其他自動化系統供應商的項目協調和技術支持。全廠由來料接收、殺菌消毒、來料攪拌、發酵、儲存、灌裝六大系統組成。整廠自動化控制采用了施耐德電氣的産品及解決方案。

  該工廠控制系統分爲企業級、工廠級、控制級、設備級這四層架構。企業級配置一台SAP-ERP服務器。工廠級包括一台數據庫服務器,兩台安裝Global Screen Intra軟件(GSI軟件同時集成SCADA和MES軟件功能)的服務器,7台Magelis iPC工控計算機用做本地操作員站,一台網絡打印機。控制級包括三套Modicon 控制器用于主工藝控制,一套Modicon 控制器用于巴殺、預巴殺設備控制,一套施耐德電氣ELAU PACDRIVE運動控制器用于灌裝機控制。設備級包括I/O站、現場儀表、閥門、條碼掃描閱讀儀、稱重設備等。工廠級和控制級設備之間采用Modbus TCP工業以太網協議進行通訊。以太網交換機采用施耐德電氣ConneXium系列交換機。

  工廠監控系統不僅提供了工廠數據采集、流程監控、趨勢查詢、報警管理等基本功能,還實現了MES功能,包括batch管理、産品追溯、性能分析等。

  施耐德電氣爲該工廠提供了先進、可靠、高效的整廠自動化解決方案,項目執行服從客戶集團的質量標准。全球化的項目管理模式爲客戶提供了更加及時的服務,並爲客戶大大縮短了項目的執行周期。整個項目執行周期爲8個月,投資回報率12個月,使客戶快速收回項目投資成本。由于工廠使用了MES系統,使OEE(全局設備效率)達到了81%。整廠自動化項目的順利完成,也爲施耐德電氣在乳制品行業積累了更加豐富的工程經驗。

  總結:

  可見,在食品飲料行業的創新發展和産業升級中,日益先進和完備的自動化控制系統承擔起了重要的作用。尤其是在施耐德電氣基于物聯網的EcoStruxure™架構中,Modicon M580 ePAC作爲邊緣控制層的核心産品,爲食品飲料企業提供了越來越完善的控制利器和升級路徑。它不僅作爲生産工藝控制的核心設備,也成爲了聯通上下層數據信息、提升整體運營效能的重要樞紐。今後,施耐德電氣將繼續引領在自動化、數字化技術領域的創新,幫助食品飲料行業的用戶不斷應對新的挑戰。

標簽:施耐德電氣 Modicon M580 ePAC我要反饋
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