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2019全景工博会
控制系统

施耐德电气为食品饮料行业的优化升级筑梦前行

  2019年05月22日  

  简介:

  今天,在消费升级的大趋势下,消费者选择和购买商品的行为、习惯和偏好正在发生改变,诸如对新产品的渴求、对质量与安全的高度重视,以及更加电子化的购买途径等。这些变化正促使食品饮料行业不断升级其设备和工艺技术,并逐步实现数字化运营,以应对市场的快速变化。

  在这一过程中,作为食品饮料企业生产一类关键控制设备的PLC,也正经历着显著的创新,并在行业转型升级的过程中起到重要作用。Modicon M580 ePAC( 以太网可编程自动化控制器)是莫迪康在多年不断积累创新的基础上,面向未来工业智能化控制需求推出的集开放灵活、稳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,以及在开放网络、信息安全、可靠性和可持续性、便捷维护等各个方面的创新优势,Modicon M580 ePAC可以帮助食品饮料行业应对一系列关键工艺场景和数字化升级带来的挑战,从而显著提升其生产运营的竞争力和回报率。

  1.食品饮料行业的变化趋势

  当前,食品饮料行业日益受到消费市场变化、能源、监管等趋势的影响,这些趋势对生产运营管控的模式和要求提出了新的需求。其中,以下几个方面的因素将直接或间接地影响食品饮料行业对工艺技术和运营管理模式的需求。

  城市化加速,人口增长和消费升级

  近年来,城市化进程正在加速,这促进了消费人的口增长和消费升级的趋势。这不仅意味着对食品饮料行业的总体需求仍在增长,也意味着需求结构的转换,人们对高端、差异化商品的需求将得到扩大。同时,企业研发和投放新商品的节奏也将加快,以应对消费者渴望新商品的需求。

  例如,在过去的几年内,传统的工业化啤酒在销路上普遍难觅亮点,但市场对各类精酿啤酒的需求却呈现出快速增长的趋势。一些企业在减产工业化啤酒的同时,大规模引进并增产价格较高的精酿品牌,以应对旺盛的市场需求。这样的趋势,正在推动食品饮料企业寻求更加灵活柔性、高效率的生产模式,以及同时生产或快速切换不同规格商品的生产能力。这使企业的生产控制系统不仅需要在硬件性能上进一步提升,还应支持开放的以太网技术,以实时准确地获取并联通现场工艺过程中的各项数据,为智能制造和柔性化生产的实现提供支撑。

  环境和资源变化

  当前,对环境保护和资源节约、降低排放的诉求显著提升。从企业外部看,国家在政策导向上,日益对能源行业的转型和工业企业使用水、电、气以及排放作出指导和约束。从企业内部看,越来越多的企业从提升经济效益的需求出发,也开始注重对能源的管理。

  在这一趋势下,食品饮料企业日益趋于寻求更加精细化的能源使用及管理模式,以及环境友好型的生产方式,从而提升生产运营的整体收益及合规性,其对生产过程中的能源计量、监测与管理的需求呈现增长。企业还需要构建透明开放的以太网控制系统,实时获取详尽的能源数据,并进一步实现数据的云端访问,使管理层也能够随时掌握并调整企业的能源状况。

  对食品安全问题的关注

  近年来,中国社会各界对食品安全问题的关注不断提升。无论是主管部门管控、处罚的力度,舆论监督的强度,还是消费者的关切都在不断加大。食品和饮料的品质与安全,成为了很多消费者最优先考虑的因素之一。

  这就对食品饮料企业的生产过程、工艺方法以及管理模式提出了更高的要求,同时也推动了在生产过程追溯、供应链管理和质量管控等相关技术方案上的需求。在控制系统层面上,企业除了需要能够胜任先进、精细工艺的高性能控制器,对其可靠性、安全性和易维护性也提出了较高要求,让食品饮料的生产得到安全稳定的保障。

  2.Modicon M580 ePAC

  大型高端控制器的特点

  Modicon M580 ePAC ( 以太网可编程自动化控制器) 是莫迪康在多年不断积累创新的基础上,面向未来工业智能化控制需求推出的集开放灵活、稳定可靠于一身的新一代高端控制器平台。针对不同的应用,分为:

  面向单机应用的标准型控制器:M580单机 ePAC、

  专业用于硬件冗余的高可用型控制器:M580冗余 ePAC 、

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

  (从左至右依次为)M580单机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采用先进的定制化嵌入式双核Cortex A9 RISC高性能微处理器,并深度集成以太网通讯和处理能力;专业MRAM存储技术无须电池或外部存储卡即可实现系统掉电时保持关键数据不丢失;CPU集成高达64M大容量工作内存;创新的机电设计确保我们的产品规格远高于IEC标准;高带宽和快速扫描时间配合先进的内存读取机制,确保高速通信、应用程序和指令高效执行。

  开放网络

  系统的设计基于开放的以太网技术,集成交换机功能的以太网背板和CPU深度集成的以太网通讯和处理能力,自上而下全以太网架构采用标准TCP/IP协议保证数据通信的标准、透明和开放,有效地优化了设备互连和通信,轻松构建透明开放的以太网控制系统,从而保障现场工艺过程中能源和原始数据的实时准确获取,并进一步实现数据的云端访问及操作需求的全面支持,有效助力企业数字化转型和智能化生产。

  信息安全

  内置先进的信息安全功能,遵循IEC62443标准的信息安全功能设计提供了深度集成以太网的安全架构;CPU集成了多级密码防护、加固存取控制、安全防护管理器、IPsec专业安全防护策略、可执行程序文件的完整性检查、安全事件可追溯等功能;通过业界权威的Achilles Level2认证。

  可靠性和可持续性

  经过长期市场验证、不断完善并日臻完美的高性能X80 IO平台,充分保证系统稳定、可靠;专用的硬冗余控制器以及成熟的同步技术,确保系统的持续稳定运行;针对严苛环境应用,带有专用防腐涂层及特殊处理的加固型号产品,支持-25℃~+70℃宽温工作范围,可在恶劣现场环境下可靠运行,同时有效保障控制系统的高可用型;配合市场广泛使用了超过15年的EcoStruxureTM控制专家(Unity Pro)通用编程开发平台,以确保客户编程习惯和用户经验的最佳传承。

  便捷维护

  不停机软硬件更改及系统扩容升级,所有模块支持热插拔;集成丰富易用的诊断、报警、事件日志、供电监测数据日志、内部数据的事件顺序记录等功能;具备高级诊断能力的智能冗余电源,可提供温度监测、电压超限报警、已运行时长、剩余寿命预测等信息,通过可预测的更换建议提前实现预防性维护。

  M580 CPU站

  3.Modicon M580 ePAC

  助力食品饮料行业的应用优势

  如上所述,基于在性能和功能上的诸多亮点,Modicon M580 ePAC能够在系统设计与维护、应用点数配置、远程站调试、编程、函数与应用库调用以及升级改造等多个方面适应食品饮料行业的一系列实际需求,呈现出了显著的应用优势。

  全以太网架构,简化设计与维护

  全以太网架构,具备灵活多样的网络连接方案,100Mps的数据传输带宽。支持Modbus TCP和EtherNet/IP两大主流工业以太网协议,可实现I/O、SCADA、HMI和变频驱动的全以太网连接。这些优势,能够为具备各类网络连接需求的食品饮料企业带来更简单的设计、更高效的运营以及更低的维护成本。

  规格齐备,灵活满足应用需求

  Modicon M580 ePAC自动化控制系统具有6档控制器,可实现单机和冗余应用需求,完全满足食品饮料行业从几百点到几千点再到几万点的不同工艺段的应用需求。支持食品饮料行业中常用的Modbus、Profibus-DP、Hart等总线协议。

  便于远程站设备现场调试

  在粮油廊桥输送站中,可在任意一个远程以太网I/O站,通过连接站适配器模块上的服务端口,直接访问CPU主站,实现对PLC程序的实时监控和修改,极大地方便了远程站设备的现场调试。

  编程简单便捷,内置函数及应用库

  EcoStruxureTM控制专家(Unity Pro)编程软件提供了使用简单、友好的用户界面,可重用的程序、强大的搜索功能、自由格式的图形编辑器、完善的在线帮助,并且支持多种编程语言、内置PLC离线仿真功能、支持程序在线修改、具有丰富的函数库以及专用于食品饮料行业的流体应用库,使得Modicon M580 ePAC自动化控制系统的程序编写及调试维护更加简单、高效。

  升级改造完善,保护现有投资

  基于Modicon M580 ePAC,施耐德电气可以为食品饮料行业用户提供灵活、完善的升级改造方案。Modicon M580 ePAC自动化控制系统除了支持高性能的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,升级控制系统的同时可保留现场原有I/O模块,避免重新布线及接线,尽最大可能保护客户的现有投资。

  4.施耐德电气在食品饮料行业的应用案例

  多年来,施耐德电气在全球食品饮料行业已经积累了大量应用案例,其软硬件解决方案及各类服务广泛应用于粮油、乳品和巧克力等领域的知名企业。其中,来自MODICON的各型号控制器亦在各个案例中承担着生产控制及数据采集等核心功能,为食品饮料企业安全、稳定、高效、高质量的生产运营提供了稳定的支撑。

  巧克力生产及包装

  某知名巧克力制造商是全球最大的巧克力生产企业之一,该企业旗下拥有一系列全球范围内的畅销商品。该企业位于中国东部的工厂,在前处理及生产线自控、运动控制及设备控制上均使用了施耐德电气的产品及系统。

  整个工厂的生产控制分为预处理环节和包装环节,其中预处理控制系统采用了施耐德电气的Modicon M580 ePAC控制器,通过温度采集、原料称重等实现对原料的配比加工。包装环节有三条巧克力生产线,采用了施耐德PacDrive3伺服控制系统,控制器为LMC系列,驱动器为LXM62系列,电机为SH3系列电机。PacDrive3控制系统主要用于生产过程的输送定位及浇注时的定量控制。

  整个PLC系统由位于各工段的独立的PLC控制站组成,控制站均通过以太网与控制室的过程数据服务器连接。采用以太网连接各套PLC、SCADA服务器。每个PLC控制站内配置一套交换机。PLC控制站之间通过光纤连接。

  PLC与SCADA之间的控制网络采用以太网。每台主交换机都带有多模光纤口(SC)和多个电口(RJ45)。各个PLC控制站和控制室配置工业以太网交换机,每套服务器和PLC分别通过以太网通讯接口连接到交换机上。

  控制系统采用M580 CPU以及X80 I/O 的以太网环网架构,本地使用扩展机架。每个PLC控制站配置15' HMI进行就地控制和显示。CPU采用Modbus TCP以太网协议对变频器进行通讯控制,使用多台交换机将变频器连接到控制站的主交换机。

  过程监控服务器使用Intouch SCADA软件。每台服务器带SCADA服务器/客户端授权,实现过程监视、操作控制等功能。根据用户安全设置,可以对当前登录用户的访问区域和功能级别进行管理。

  大豆油料加工生产

  某大型粮油集团是农业产业化国家重点龙头企业,并跻身中国食品工业食用油行业10强。其下属粮油子公司每年可生产豆粕117万吨,大豆处理能力4000吨/日,精炼1000吨/日,实现销售收入70亿元。

  该公司4000吨大豆油料加工生产线项目全厂由8个工艺段构成,分别是廊桥控制系统、筒仓控制系统、预处理控制系统、浸出控制系统、精炼控制系统、粕仓控制系统、油罐区控制系统、小包装车间控制系统。全厂控制网络分成控制层和设备层两层架构。

  控制层负责监控整个生产过程。全厂SCADA操作软件采用施耐德电气的Citect SCADA服务器/客户端软件,整个操作系统进行统一规划。考虑到各个控制系统由不同的系统集成商集成,每个系统需要独立开发,因此为每个工艺段配置了独立的操作服务器和操作客户端,每个站的操作系统只负责本站生产系统的监控管理。操作服务器为冗余配置。

  此外在生产办公室,设置2台全局客户端,全局客户端可以监控全厂各个工艺段的生产系统。全局客户端的监控画面由各个控制系统的监控画面组成,数据从各个工艺段系统的操作服务器上读取。基于此架构,客户将来还可增加Web远程监控功能,实现通过浏览器远程访问全厂操作系统的功能。上位机与PLC采用Modbus TCP工业以太网协议进行通讯。

  在设备层,PLC负责发送和执行生产指令和采集设备控制生产数据。全厂8个工艺段全部采用施耐德PLC控制系统。筒仓、预处理、浸出、精炼、粕仓、油罐区采用CPU主站以及以太网 RIO分站的架构,廊桥站采用CPU主站以及X80以太网IO架构,小包装车间采用M340控制系统。全厂软启动器采用施耐德ATS系列软启动器。筒仓、粕库、油罐区、廊桥站采用施耐德电气ATV系列变频器。施耐德电气变频器和软启动器标配Modbus通讯口。部分站电动机保护器、变频器、软启动器采用Modbus 通讯方式接入控制系统。

  每个控制系统配置一台施耐德电气ConneXium工业级管理型交换机,支持Modbus TCP以太网协议,交换机配置6个10/100M电口,2个多模光口。电口用于连接本系统监控站和PLC控制站。光口用于不同控制系统之间的连接,最终所有控制系统通过光纤连接形成冗余环网。

  在统一的架构下,实现了控制层与设备层的无缝连接。通过对全厂控制系统的联网,既实现了分散控制的要求,又实现了集中监控的功能,充分满足了最终用户对整个系统的需求,保证了整个工厂的顺利运营。

  乳制品整厂自动化解决方案

  某集团是世界著名的食品和饮料集团之一,位列世界500强,业务遍及全球120多个国家。鲜乳制品、饼干和饮料作为该集团三大主要产品,在全球市场销量排名均名列前茅。该集团是施耐德电气的全球重要战略客户。

  在该集团位于印尼的酸奶厂项目中,施耐德电气做为主要工艺自动化控制系统的供应商,为其提供了完整的交钥匙工程,负责整个工程项目的自动化系统和仪表系统的设计、安装、现场调试、培训和最终验收,并且提供了与工艺设计方、工艺设备供货方及其他自动化系统供应商的项目协调和技术支持。全厂由来料接收、杀菌消毒、来料搅拌、发酵、储存、灌装六大系统组成。整厂自动化控制采用了施耐德电气的产品及解决方案。

  该工厂控制系统分为企业级、工厂级、控制级、设备级这四层架构。企业级配置一台SAP-ERP服务器。工厂级包括一台数据库服务器,两台安装Global Screen Intra软件(GSI软件同时集成SCADA和MES软件功能)的服务器,7台Magelis iPC工控计算机用做本地操作员站,一台网络打印机。控制级包括三套Modicon 控制器用于主工艺控制,一套Modicon 控制器用于巴杀、预巴杀设备控制,一套施耐德电气ELAU PACDRIVE运动控制器用于灌装机控制。设备级包括I/O站、现场仪表、阀门、条码扫描阅读仪、称重设备等。工厂级和控制级设备之间采用Modbus TCP工业以太网协议进行通讯。以太网交换机采用施耐德电气ConneXium系列交换机。

  工厂监控系统不仅提供了工厂数据采集、流程监控、趋势查询、报警管理等基本功能,还实现了MES功能,包括batch管理、产品追溯、性能分析等。

  施耐德电气为该工厂提供了先进、可靠、高效的整厂自动化解决方案,项目执行服从客户集团的质量标准。全球化的项目管理模式为客户提供了更加及时的服务,并为客户大大缩短了项目的执行周期。整个项目执行周期为8个月,投资回报率12个月,使客户快速收回项目投资成本。由于工厂使用了MES系统,使OEE(全局设备效率)达到了81%。整厂自动化项目的顺利完成,也为施耐德电气在乳制品行业积累了更加丰富的工程经验。

  总结:

  可见,在食品饮料行业的创新发展和产业升级中,日益先进和完备的自动化控制系统承担起了重要的作用。尤其是在施耐德电气基于物联网的EcoStruxure™架构中,Modicon M580 ePAC作为边缘控制层的核心产品,为食品饮料企业提供了越来越完善的控制利器和升级路径。它不仅作为生产工艺控制的核心设备,也成为了联通上下层数据信息、提升整体运营效能的重要枢纽。今后,施耐德电气将继续引领在自动化、数字化技术领域的创新,帮助食品饮料行业的用户不断应对新的挑战。

标签:施耐德电气 Modicon M580 ePAC我要反馈
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