Mitwachsende Steuerung für Chargenprozesse

Der Autor: Thomas Lantermann Senior Business Development Manager, Mitsubishi Electric Europe B.V

Kleinanwendungen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie umfassen unter anderem das Mischen von Rohmaterialien, die Aufbereitung von Chemikalien für nachfolgende Prozessschritte und eine vorverlagerte Aufbereitung von Rohstoffen. Ein wirtschaftlich rentables System zur automatisierten Prozesssteuerung für diese Prozesse ist bislang kaum zu finden. Somit können auch gesetzliche Vorgaben nach lückenloser Nachverfolgbarkeit sämtlicher Prozessschritte und vollständigen Reportings nur schwer eingehalten werden. Außerdem nehmen Produktwechsel sowie die Markteinführung neuer Produkte sehr viel Zeit in Anspruch und die Herstellung ist unflexibel. Sichtbar werden diese Probleme darin, dass 30 % aller Batch-Produktionen nicht den modernen Anforderungen und gesetzlichen Vorgaben entsprechen. Während jedoch die Produktionsanlagen beispielsweise durch das Nachrüsten von Überdruckventilen an gesetzliche Sicherheitsbestimmungen angepasst werden können, ist dies bei der Steuerungstechnik deutlich komplizierter. Denn oftmals verwenden Kleinanwendungen veraltete PCs oder Steuerungskomponenten, die längst vom Markt genommen wurden. Solche Batch-Verarbeitungssysteme können nicht mehr modernisiert werden, die notwendige Nachverfolgbarkeit und gewünschte Produktionsflexibilität lassen sich nicht realisieren.

C Batch von Mitsubishi Electric richtet sich gerade an diese Anwendungen. Das Chargensteuerungssystem wurde gemeinsam mit Inea entwickelt, dem Mitsubishi Electric Kompetenzzentrum für die Prozessindustrie, das eng mit der slowenischen Universität Ljubljana zusammenarbeitet. Bisherige Batch-Lösungen sind High-End-Systeme, deren hohe Leistungsgrenze und Funktionsvielfalt Kleinanwendungen gar nicht ausschöpfen können. C Batch kann durch Skalierung an die Bedürfnisse der spezifischen Batch-Produktion angepasst werden und stellt so eine Alternative zu den bisherigen komplexen und kostenintensiven Systemen dar. Die Lösung ist als Basisversion auf die einfachen Prozessabläufe abgestimmt und kann bei Bedarf entsprechend in Größe, Funktionalität und Komplexität hochskaliert werden.

Neben der Skalierbarkeit zeichnet sich C Batch vor allem durch seine offene Architektur aus. Die nahtlose Kommunikation mit anderen Systemen wird gewährleistet und kann ohne großen Zeit- und Kostenaufwand realisiert werden. Möglich ist beispielsweise ein flexibler Austausch von Rezepturen über den Batch-ML-Standard des WBF (World Batch Forum). Daten und Reports können in historische Datenbanken aber auch in Energiemanagement- oder SAP-Systeme übertragen werden. Für den Datenaustausch stehen offene Schnittstellen zur Verfügung, die ebenfalls zur Integration von Feld- oder Enterprise-Ebenen genutzt werden können. Darüber hinaus ist es möglich, Datenbanken direkt aus der Steuerungsebene einzubinden.

Die Rezepturen für die chemischen oder pharmazeutischen Prozesse können weiterhin auf PCs erstellt, editiert und anschließend über eine sichere Datenbankverbindung und nicht offene Schnittstelle an die Steuerung weitergeleitet werden. Bei einer Umstellung auf C Batch ist es möglich, bereits existierende Batches aus bestehenden Steuerungen ins neue System zu übertragen, sodass der Umrüstvorgang nur kurze Zeit in Anspruch nimmt.

C Batch unterstützt den weltweiten S88.01-Batch-Control-Standard für chargenorientierte Fahrweisen und basiert auf den darin definierten Begrifflichkeiten und Modellen. Mittels C Batch lässt sich das nahezu komplette Steuerungsprogramm mit sämtlichen Verriegelungen, Misch- oder Abwiegevorgängen automatisch erstellen. Dadurch reduzieren sich der anwenderspezifische Programmierungsaufwand und damit einhergehende Kosten erheblich. Außerdem ist so eine flexible Fertigung sichergestellt, denn Rezepturparameter können häufig geändert werden, ohne dabei zeit- und kostenintensiv die Produktionslinie oder Steuerungsprogramme neu konfigurieren zu müssen.

Der internationale Industriestandard erhöht die Geschwindigkeit, mit der neue Rezepturen entwickelt und ausgeführt sowie bestehende Rezepturen geändert werden können. Da auf derselben Anlage verschiedene Produkte hergestellt und dabei auch häufige Produktwechsel mit kurzen Rüstzeiten durchgeführt werden können, steigt die Produktivität messbar. Neben einer effizienten Nutzung des vorhandenen Maschinenparks reduziert sich auch die Vorlaufzeit von Produkteinführungen. In der heutigen Zeit sind dies die entscheidenden Faktoren für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Mit C Batch können nun auch Kleinanwendungen die Vorteile des S88.01-Standards nutzen.

Mitsubishi Electric verlagert die traditionell auf PCs durchgeführte Rezepturausführung sowie die Anbindung an den Prozess und die grundlegende Prozesskontrolle auf den C Controller. Dieser wird in die sichere Steuerung der PAC-Umgebung (PAC – Process Automation Controller) integriert. Auf dem C Controller wird die Software von Inea ausgeführt, der damit als Batch Execution Engine innerhalb der sicheren Steuerungsumgebung fungiert.

Folglich werden PCs im Fertigungsbereich überflüssig – und ein Sicherheitsrisiko kann so aus der Produktion verbannt werden. Denn Computer sind aufgrund ihrer beweglichen Teile störanfällig und nur bedingt vor Computerviren oder Hackerangriffen geschützt. Das C Batch-System verwendet PCs nur zur unkritischen Erstellung und Editierung von Rezepturen. Als Anschluss dient lediglich eine Schnittstelle, die gut kontrolliert werden kann, sodass die Steuerung und die Produktionsanlage vor Cybergefahren sicher sind. Die Bedienschnittstelle in der Fertigung wird über eine Batch-View-Software auf GOT-Bediengeräten von Mitsubishi Electric realisiert, je nach Kundenwunsch können die Rezepturen flexibel an die Produktionsbedingungen angepasst werden.

C Batch unterstützt alle Merkmale einer traditionellen PC-basierten Chargensteuerung wie Erzeugung und Verwaltung von Rezepturen, Erzeugung von Chargen und Steuerung ihrer Abarbeitung, die automatische Operation oder die gleichzeitige Ausführung mehrerer Rezepturen. Zusätzlich sorgt C Batch durch die erhöhte Zuverlässigkeit der PAC-Plattform für eine verbesserte Produktivität, minimierte Chargen-Zykluszeiten und deterministische Ausführungszeiten.

Die skalierbare, offene C Batch-Lösung umfasst sowohl die Software zur Rezepturerstellung und -verwaltung als auch die benötigte und für den industriellen Einsatz geprüfte Hardware der PAC-Umgebung. Mit C Batch können die 40 % Kleinanwendungen und Prozesse mit geringer Komplexität durch eine rezepturbasierte Chargen-Steuerung automatisiert werden.

Online-Info: www.cav.de/0611413