自动化改进啤酒生产的6大因素

发布时间：2015-05-27 来源：控制工程网

　　美国啤酒设备公司（以下简称A.B.E.）是全球著名的灌装和包装公司-诺兰德国际公司的子公司。诺兰德公司为遍布世界各地的公司提供系统设备，其业务领域几乎涵盖瓶装水的各个领域，A.B.E.公司则为快速发展的精酿啤酒行业，提供精酿啤酒综合生产线和灌装设备的设计、生产和供应。在诺兰德公司内，A.B.E.的角色就是精酿啤酒工业的整体解决方案提供商，这和诺兰德公司在水行业内是整体解决方案提供商的角色一样。

图1  美国啤酒设备公司设计、制造啤酒精酿行业所需的所有设备，比如本图所示的罐装生产线。A.B.E.公司是Automation Direct公司的老客户了，使用变频驱动来控制泵和马达、断路器、接触器、继电器以及其它设备。本文所有图片来源：AutomationDirect 公司

　　A.B.E.公司为啤酒生产和工艺的各个过程开发设备，包括从谷物研磨、谷物处理到啤酒酿制平台和发酵系统等。A.B.E.公司拥有面积达80,000平方英尺的生产场地，可以生产碳化罐、装罐/装瓶作业线。很多设备配有自动化系统，由该公司负责设计、安装和调试。
　　A.B.E.公司通过合理使用先进的自动化设备，帮助客户节省费用。过去十年，自动化设备已经从客户专门定制板卡的编程，发展成为使用成品的可编程逻辑控制器（PLC），以降低成本、提高产量、改进可靠性。A.B.E.公司发现，分布在世界各地客户，他们工厂内的职员，对PLC非常熟悉，这就便于这些职员提供厂内支持。在任何时候，只要可能，A.B.E.公司都会使用成品的自动化产品，原因如下：
　　使用成品自动化设备的6大因素
　　1.工程前期开发时间较短；
　　2.设计和调试工作减少；
　　3.使用自带的免费软件，直接完成编程工作；
　　4.可以非常方便的进行修改；
　　5.更新代码可以从已有的供应商处获得；
　　6.便于升级。
　　除了减少工程前期的开发时间，A.B.E.公司发现，使用标准化的产品，可以使客户更换代码或升级更加方便、简单。虽然选择合适的供应商是一个挑战，但是公司清楚，选择合适的解决方案，对于其成功使用成品自动化设备十分关键，因此他们会小心处理。

图2 通过使用模块化的PLC系统，具有易于扩展的功能，A.B.E.公司能够提供一种负担得起的解决方案，可以满足客户业务增长的需求。

　　如何为模块化系统选择PLC
　　A.B.E.公司灌装线的模块化系统设计，是其客户非常重要的一个需求，因为很多新啤酒制造商需要一个解决方案，要求随着业务增长，可以对生产设备进行扩展，比如从每分钟30罐增加到每分钟60罐。A.B.E.公司花费了大量时间来研究PLC，直到最后他们发现，模块化设计结构能够满足扩展设计要求。他们最后选择了自带免费编程软件的PLC，其低廉的费用可以帮助公司控制成本。
　　PLC使A.B.E.公司在设计系统时，可以从适当规模的控制器开始，而不是使用更大、更昂贵的模式，从而可以降低成本和系统复杂性。PLC不需要安装地址，因此可以为未来可能的I/O扩展预留空间。当需要扩展系统时，A.B.E.公司只需要通过扩展端口，简单的连接现有CPU和新增加的I/O模块就可以了。系统最多可以扩展8个I/O模块，从而使得客户能够实现其可扩展的要求，并且价格仍然维持在可接受的水平。选择适合的PLC，是帮助A.B.E.公司的客户完成建造更好啤酒酿造厂的第一步。

图3 HMI友好的图形界面，帮助运行人员确保过程参数维持在规定的范围内，从而可以生产高质量的啤酒。AutomationDirect公司的C-more人机界面所提供的报警和数据分析功能，可以在出现问题前，诊断出可能发生的故障。

　　稳定生产
　　有些啤酒厂商可以实现每小时灌装5000个瓶子或每分钟85个瓶子的产量。对于产量巨大的啤酒生产商来言，这个数字也许算不上快，尽管如此，还是需要自动化设备和工厂运行人员的快速响应。
　　没有适当的传感器和报警系统，可能需要30秒或更长的时间，来确定灌装指令发出之后，灌装生产线下游出现的故障。也许还需要30秒时间，对故障做出反应，还另外需要30秒钟，实现计划停机或故障停机。在灌装速率为85瓶每分钟的情况下，短短90秒的时间，将会有140个瓶子从灌装设备传输到下游设备上。这就使得系统间以及和运行人员之间的通讯成为关键因素。
　　A.B.E.公司在整个灌装生产线上，使用阶段传感器和间隙传感器来维持正常的生产和安全水平，这需要每个自动化设备之间相互会话。如果一个系统冲出包装薄膜，另外一个系统由于瓶盖没有按照要求拧紧而导致停止工作，则每个上游系统都会收到一个信号，通知其按照规定的速率开始降低传输速度，或者是停机，这要根据实际发生问题的特性而决定。如果A.B.E.公司在适当的位置配置了传感器，那么这些传感器就可以在人机界面（HMI）提供报警和数据分析能力，在问题真正发生前，找到并解决问题。一旦运行超过程序设定的参数或报警限值时，HMI马上就可以发出报警，提醒运行人员。
　　HMI数据分析工具，能够帮助运行人员确定需要重点关注的区域，从而可以避免事故的发生，工具包括趋势和其它图形化的数据显示，这样可以帮助运行人员在事故升级为严重事故、导致降低产量、停止生产甚至是威胁安全前，确定其问题所在。
　　HMI内置图形，可以提供易于理解的CO2压力、过滤器状态和流体压力数据报告，这对于控制啤酒的质量和工艺过程十分关键。客户使用HMI图表工具和特性，来确保参数在规格书规定的范围之内。因为生产过程被精心调制，以便降低废品、节约能源、改进质量，这样就延长了正常运行时间，使得运行改进成为可能。A.B.E.的客户还比较喜欢触摸屏，因为它们易于使用，他们还发现HMI修改比较容易。客户以非常低的价格购买的HMI，可以提供先进的配方管理以及强大的数据日志功能。配方管理使公司的客户，能够快速的从一种类型的啤酒产品切换到另外一种类型，这对于快速跟踪消费者的口味变化，非常必要。数据日志设施可以满足追踪、可追溯以及其它方面的监管要求。HMI面板在设备、或产品线附近为就地为操作人员提供接口；客户还需要远程接入功能（内置于HMI中）。

图4 运行人员接口，可以是就地设备硬接线操作接口盘台，也可以通过智能手机或平板通过远程操作来实现。C-more人机界面提供了可在 iPad 或iPhone上使用的APP，非常便宜。

　　A.B.E.的很多客户，都是小型的啤酒制造商或者是啤酒酿造业的新手，他们依赖于一定数量的产品线生产人员，来管理数个生产线或工厂的某个区域。HMI所提供的远程接入功能，能帮助客户有效利用每一个员工的效率，实现生产目标。所选的HMI包括用于iPad 和 iPhone的低成本APP软件，通过HMI或app的远程接入，让配置变得非常简单。这样，客户运行人员和技术人员可以远程获取厂内设施的实时数据；或者如果需要的话，也可以获取场外数据。
　　APP启动速度要远远快于基于浏览器的数据获取，因此可以使获得授权的工程师，能够以比使用浏览器更快的速度获取数据。工人能够与运行数据交互，这些数据可以自动适应设备的屏幕大小。当需要做变更时，APP与人机界面一起快速完成这些变更，速度要远远大于使用浏览器。在任何时候，只要可能，使用成品自动化设备， 使A.B.E.公司可以将精力，更多的花费在设计新解决方案上，而不是着力于内部元件上。（作者：Adam Kosmicki）