Verfahrensplan zum SPS-Programm. Vom Vom Verfahrensplan. zum SPS-Programm

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1 Vom Vom Verfahrensplan Verfahrensplan zum SPS-Programm zum SPS-Programm Zukunftsweisende Automatisierungstechnik im Einsatz für die SILICEA-Herstellung bei der Firma Anton Hübner GmbH & Co.KG

2 Vom Verfahrensplan zum SPS-Programm Zukunftsweisende Automatisierungstechnik im Einsatz für die SILICEA-Herstellung bei der Firma Anton Hübner GmbH & Co. KG

3 Vom Verfahrensplan zum SPS-Programm Einsatz des ILTIS-Prozeßleitsystems und der Falke-Automatisierungssoftware für die SILICEA-Herstellung bei der Firma Hübner Zur Automatisierung der Herstellung von Original Silicea Balsam (SILICEA), bei der Firma Hübner, wurden mit dem Einsatz der ILTIS- und Falke-Software völlig neue Wege in der Automatisierung beschritten. Die eingesetzte System-Software der Firma IST Engineering AG mit Sitz in Suhr (Schweiz) ermöglicht eine völlig transparente SPS- Programmerstellung. Die Transparenz setzt neue Maßstäbe, von der Projektierungsphase bis zum laufenden Betrieb. Mit der vorhandenen Transparenz ergeben sich große Vorteile für den Verfahrenstechniker, die Bediener und für das Wartungspersonal. Das ILTIS-Prozeßleitsystem und eine erste Version der System-Software wurden bereits mehrere Jahre erfolgreich auf der bestehenden SILICEA-Anlage eingesetzt. Die gestiegenen Ansprüche hinsichtlich der GMP-Vorgaben (Gute Herstellungspraxis) sowohl der Überwachungsbehörden als auch der Qualitätssicherung und Produktivitätssteigerung, machten die Modernisierung der Automatisierungstechnik erforderlich. Anlagenbeschreibung 2 SPS verschiedener Hersteller Verbindung zu den Ventilen über CAN-Bus Einsatz von MPI und serieller Kommuni kation zum Anschluß an den PC Blick auf einen Teil der Produktionsanlage Die Automatiserungstechnik steuert eine Produktionsanlage zur Herstellung von SILICEA. ORIGINAL SILICEA BALSAM ist ein kolloidales Kieselsäuregel welches durch eine Fällungsreaktion entsteht, und als Arzneimittel angewandt wird innerlich zur Vorbeugung von brüchigen Fingernägeln und Haaren, zur Kräftigung des Bindegewebes, äußerlich bei lokalen Reizzuständen der Haut wie z.b. Sonnenbrand, Insektenstiche, Akne etc. und ist über den Vertriebsweg Reformhaus erhältlich. Die Produktionanlage besteht hauptsächlich aus Ansatzbehältern, einem Mischbehälter, der Abfüllanlage und einer CIP/SIP- Anlage (cleaning in place/sterilisation in place). Die CIP/SIP-Anlage dient zur Reinigung der verschiedenen Behälter zwischen den laufenden Produktions-Chargen. Auf der Steuerungsebene sind zwei verschiedene SPSn eingesetzt. Eine B&R-SPS dient zur verfahrenstechnischen Steuerung der Anlage und eine S7-SPS steuert die CIP-

4 Anlage. Die Steuerung der Ventile von der B&R-SPS erfolgt via CAN-BUS. Beide SPS-Programme sind mit der Falke-Software realisiert. Die vollautomatische Bedienung der Anlage erfolgt mit dem angeschlossenem Prozeßleitsystem ILTIS. Zur Kommunikation zwischen SPS und PC war eine MPI-Verbindung bzw. eine serielle Verbindung gegeben. ILTIS und Falke laufen unter einer gemeinsamen Softwareoberfläche. Bestandteil des Prozeßleitsystems ist unter anderem die Störungs-und Ereignis-Protokollierung, Erfassung von Trenddaten analoger Werte sowie eine Chargendatenerfassung. Mit dem Chargenprotokoll werden die Mengen der Zusatzstoffe, die verwendeten Ansatzbehälter und der Status der Reinigungsprogramme erfaßt und protokolliert. Über eine eindeutige Chargennummer kann jederzeit auf die Produktionswerte, Störungen und Messwerthistorie einer Charge zugegriffen werden. Notwendigkeiten für die Modernisierung Umstieg auf leistungsfähige PC-Hardware Grundlagenerstellung für die Validierung Gewährleistung einer stabilen Basis für Anlagenerweiterungen Seit Beginn des Produktionsbetriebes auf der Anlage wurden sehr viele Anpassungen vorgenommen, weshalb sich mehr und mehr die Notwendigkeit ergab, den erreichten Stand der Verfahrensabläufe und der Automatisierungstechnik mit einer Modernisierung auf eine neue Basis zu stellen. Der Umgang mit der Falke-Software gehörte zum Alltag bei den Bedienern und Verfahrensspezialisten der Firma Hübner. Punkte wie: Online-Programm-Beobachtung Online-Fehlerdiagnose Leichte Editierbarkeit Bediener-Terminal machten den Einsatz der Falke-Software zur Grundvoraussetzung für die Modernisierung. Mit dem Betrieb der Anlage wurden auch neue Verfahrensteile in die Anlage integriert, wie z.b. die CIP/SIP-Anlage. Die CIP/- SIP-Anlage wird mit einer SIEMENS-S7-SPS angesteuert und wurde ursprünglich komplett programmiert geliefert aber nur provisorisch in die SILICEA-Anlage eingefügt. Nach kurzer Betriebserfahrung mit der CIP/SIP- Anlage bestand die Forderung, auch die S7-SPS mit der Falke-Software auszurüsten. Ein weiterer Grund für die Modernisierung bestand in der Schaffung der Grunddokumentation für die Validierung der SILICEA-Herstellung. Die Validierung erfordert eine konsequente Dokumentation der Automatisierungstechnik. Der transparente und objektstrukturierte Aufbau der Falke-Software erstreckt sich zwangsläufig auch auf die Erstellung der Dokumentation. Die Falke-Software Übernahme aller Objektdaten direkt vom R+I Schema in die Systemsoftware SPS-Programmerstellung in formaler Sprache Online-Anzeige aller SPS-Programme Inhalt eines Programmschrittes

5 Die Falke Software ermöglicht die SPS-Programmerstellung objektstrukturiert und in formaler Sprache, damit ist jeder Verfahrensspezialist nach kurzer Zeit in der Lage, ein bestehendes SPS Programm anzupassen. Hiermit ist es möglich, sehr schnell SPS Änderungen vorzunehmen, welche sich durch Anpassungen im Produktionsablauf ergeben. Die Falke Software dient zur Programmerstellung und zur Online Anzeige der SPS-Programme. Gegenüber konventioneller Programmier-Software bietet die Falke-Software entscheidende Vorteile. Ihre Anwendung ist nicht an einen SPS-Typen eines bestimmten Herstellers gebunden. Möchte man z. B. eine B&R-SPS programmieren, wird die Falke-Firmware auf die SPS geladen und von diesem Zeitpunkt an sind nur noch Kenntnisse über die Falke-Programmierung notwendig. Die Falke Software kann auch für programmierbare Feldbus Controller verwendet werden. Hierbei kommt auch schon WEB-Technologie zum Einsatz. Die Programmerstellung erfolgt nicht mehr über die SPS-Ein- und Ausgänge, sondern durch Verwendung der einzelnen Objekte. Objekte sind z. B. Motoren oder Ventile und werden innerhalb der Falke-Software als Betriebsmittelobjekte bezeichnet. Die Objekt-Bezeichnungen können frei zugeordnet werden und von bestehenden Dokumenten wie z. B. R+I Schema oder CAD teilweise automatisch übernommen werden. Mit dem Import der Betriebsmitteldaten ist auch gleichzeitig der Rahmen für die SPS-Programmerstellung gelegt. Ein einfacher Programmschritt mit Betriebsmittelobjekten ist auf der Vorderseite dargestellt. In diesem Schritt werden 2 Ventile geschlossen, wenn der untere Füllstandsgrenzwert erreicht ist. Jeder Verfahrensingenieur kann diesen Programmablauf nachvollziehen und verstehen. Mehrere Teil einer Grundoperation Programmschritte werden in Grundoperationen zusammengefaßt, welche wiederum in Sequenzen angeordnet sind. Ein fertiges Falke SPS-Programm wird durch Laden auf die SPS aktiviert und arbeitet dann autark in der SPS. Die Falke-Software läßt sich nicht nur zur SPS-Programmerstellung verwenden, sondern garantiert auch die Online-Anzeige laufender Programme. In der Online- Anzeige sind die jeweils aktiven Schritte farblich hinterlegt. Die Darstellung des Online-Programmablaufes ist identisch mit der Anzeige während der Programmerstellung. Bei Problemen auf der Anlage oder mit dem Verfahren, kann die Online- Anzeige als Online-Diagnosefunktion eingesetzt werden und über die den Betriebsmittelobjekt hinterlegten Daten ist eine Störungslokalisierung in kürzester Zeit möglich. Für den Anwender ergeben sich unverzichtbare Vorteile wie: Online- Ansicht einer Sequenz mit dem Anlagenbild im Hintergrund

6 Optimale Prozeßsteuerung Prozeßoptimierung Kurze Stillstandszeiten durch schnelle Störungslokaliserung Störungsdiagnose bis zur Anschlußklemme des Betriebsmittels Die Falke Software ist Bestandteil der ILTIS Prozeßleitsystem Software. Aus dieser Tatsache ergeben sich wichtige Vorteile. Mit dem Erstellen des Falke SPS-Programms, stehen automatisch alle Informationen für das Prozeßleitsystem zur Verfügung. Die bestehenden Informationen können sofort zur Projektierung der Visualisierung verwendet werden. Jedes projektierte Betriebsmittelobjekt enthält auch automatisch alle Funktionen zur Protokollierung, Störungserarbeitung und sonstigen Datenerfassung. Eine Projektierung von Kommunikationstabellen entfällt. Vom Betriebsmittelobjekt zur Rezeptur Programmschritt Grundoperation Sequenz (GOP) (SEQ) Programmschritt: Dosieren GOP: Wasser dosieren SEQ: Herstellung Anlagenübersicht Ausschnitt mit Ansatzbehälter Betriebsmittelobjekt (BMO) Betriebsmittel: Messung Füllstand Ansatzbehälter 1(AB1)

7 Aus der Sicht des Projektteams (Firma Anton Hübner GmbH & Co KG) Sehr benutzerfreundlich Sehr servicefreundlich Leichte Anpassungsmöglichkeiten Mit der Verwendung der Falke-Software konnte die Bedienung der SILICEA-Anlage erheblich verbessert werden. In der Hauptsache ist der gesamte Produktionsprozeß in 3 wesentlichen Programm-Sequenzen zusammengefaßt. Der Bediener wählt das Programm für die gewünschte Behälterkombination und gibt an, welches Programm ausgeführt werden soll. Ein erheblicher Teil des Herstellungsprozesses läuft dann ohne die Präsenz des Bedienpersonals ab. Während der Anwesenheit der Bediener können sich diese voll auf die Qualitätssicherung konzertieren. Durch die Programm-Online-Anzeige sind die Bediener immer über das laufende Produktionsverfahren informiert und können bei Störungen auf der Anlage gezielt eingreifen. Entsprechend eingerichtete hierarchische Ebenen (Passwortschutz) sorgen dafür, dass diese Eingriffe nur kontrolliert möglich sind. Durch die gut strukturierte Projektierung ist die Einarbeitung des Bedienpersonals leicht möglich. Bei Ausfall von Ventilen oder Sensoren, ist unser technisches Personal schnell in der Lage, den Fehler zu lokalisieren. Kleinere Änderungen im SPS-Programm werden von unseren Verfahrensspezialisten in eigener Leistung durchgeführt. Das spart Zeit und Kosten. Sollten Fragen zur Software auftauchen, können wir uns der kompetenten Unterstützung durch die Firma IST Engineering AG sicher sein. Die Modernisierung der Automatisierungstechnik konnten wir komplett an die Firma IST vergeben. Im einzelnen wurden folgende Aufgaben an die Firma IST Engineering AG vergeben: Erstellung des Pflichtenhefts Erarbeitung der Grundlagen für die Validierung SPS-Programmierung PLS-Programmierung Inbetriebnahme Durch die starke Auslastung der SILICEA-Anlage war die Einhaltung aller Termine sehr wichtig. Die Inbetriebsetzung der modernisierten Automatisierungstechnik konnte innerhalb von 2 1/2 Wochen beendet werden und die Anlage wurde wieder an die Produktion übergeben. Die Firma IST hat ihre Termintreue zu jedem Projektabschnitt voll erfüllt. Die Zusammenarbeit war sehr gut, auch gegeben durch die hohe Fachkompetenz. Der Kostenrahmen wurde durch die Firma IST voll eingehalten. In der Firma Anton Hübner GmbH & Co KG wurde das Projekt im Team realisiert. Geleitet wurde das Team von Hr. Sebastian Ott (Herstellungsleiter). Projektablauf Projektbearbeitung mit minimalem Personalaufwand Keine überflüssigen Abklärungen zur Schnittstellendefinition SPS<->Prozeßleitsystem Silicea Ansatzbehälter Rückansicht Die Verschmelzung von SPS-Programmierung und Projektierung des Prozeßleitsystems erlaubt einen tieferen Personaleinsatz und weniger Aufwand. In der Firma IST Engineering AG konnte das Projekt in die Verantwortung einer Person gelegt werden. Auf die normalerweise notwendigen Abklärungen zwischen SPS-Programmierer und Prozeßleitsystem Lieferant konnte komplett verzichtet werden. Alle verfahrenstechnischen Anforderungen konnten ohne Umwege umgesetzt werden. Für die notwendigen Abklärungen zwischen der Firma Hübner und der Firma IST wurde die Falke-Software als gemeinsame Diskussions-Plattform verwendet.

8 Simulation Ausblicke in die Zukunft Vollständige Simulationsfähigkeit im Programmierbetrieb Erweiterte Möglichkeiten für die Prozeßsimulation Konfektionierung von SILICEA-Balsam Die Falke-Software enthält als festen Bestandteil eine Funktion zur Programm-und Prozeß-Simulation. Nach dem Abschluß der Projektierung und vor der eigentlichen Inbetriebnahme wurde das gesamte Automatisierungsprojekt simuliert. Die Simulation erfolgte ohne Anschluß an eine SPS oder an die Anlage selbst. Mit dieser Simulation wurde ein kompletter Test der gesamten Automatisierungstechnik durchgeführt. Alle am Projekt beteiligten Personen (Verfahrenstechniker, Wartungspersonal, Bediener) konnten die Automatisierungstechnik prüfen und sich noch vor der Inbetriebnahme von der Funktion der gesamten Anlage überzeugen. Mit dieser Simulation konnte die Zeit für die Inbetriebnahme auf ein Minimum reduziert werden. Die Simulations-Funktion schließt folgendes ein: Fernalarmierung via SMS Datentransfer via SQL in Microsoft-Applikationen Für den weiteren Ausbau der SILICEA-Anlage ist geplant, eine Alarmierung per SMS zu integrieren. Das ist notwendig, da die Anlage über große Zeiträume ohne Bedienpersonal betrieben wird. Für den Fall, dass z.b. am Wochenende eine Störung auftritt, kann durch die Alarmierung des Bereitschaftsdienstes wertvolle Zeit gewonnen und damit Kosten gespart werden. Eine längere Produktionsunterbrechung wird dadurch vermieden. Die Firma IST Engineering AG stellt eine komplette Palette von Fernalarmierungsoptionen zur Verfügung. Genannt seien hier die Sprachausgabe via Telefon, SMS und Pager. Als ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung Produktions- Planung und Auswertung, ist die Erfassung der Chargendaten per ODBC und SQL-Abfrage geplant. Mit dieser Option kann an einem beliebigen Rechner im Firmennetz auf die Chargendaten zugegriffen werden. Diese Daten können zur weiteren Auswertung in Microsoft-Büro Applikationen (z.b. Excel) importiert werden. Auch in diesem Bereich bietet IST Engineering AG alle gängigen Optionen zur Anbindung von Fremdsoftware zur Verfügung. Zu den Optionen gehören unter anderem die Verbindung via ODBC, OPC und Transaktionsserver. Die Firma IST Engineering AG trägt auch der rasch fortschreitenden Entwicklung auf dem Gebiet Internet und den angrenzenden Technologien Rechnung und bietet WEB-basierte Technologien zum Datenaustausch und Zugriff auf Automatisierungsgeräte an. Hiermit kann z.b. ein Internet-Browser zur Bedienung und Beobachtung von Anlagen eingesetzt werden. Die Kommunikation kann über Internet oder Intranet realisiert werden. Betriebsmittelobjekte Programmablauf Bedienung, Beobachtung und Auswertung Möglichkeit zur Erstellung einer Prozeßsimulation Die Simulation ist fester Bestandteil der Falke-Software und kann ohne große Vorbereitungen aktiviert werden.

9 Offenes Prozessleitsystem für weltweite Kommunikation ERB MES OPC ODBC Transaktions- Server Prozessleittechnik Automatisierungstechnik Feldebene Projektübersicht Automatisierungsanlage Anzahl von SPS 2 Anzahl Ventile 125 Anzahl Messungen 40 Anzahl Antriebe 20 Anzahl digitale Sensoren 70 Anzahl von Betriebsmitteltypen 9 Anzahl SPS-Programme 80 Grundoperationen und 15 Sequenzen Optionen im Prozeßleitsystem Statistische Aufzeichnung analoger Werte Störungserfassung und Protokollierung Ereignis-Protokollierung Chargen-Protokollierung Fern-Alarmierung Zweite Bedienstation SPS-Online-Programm Dipl. Ing. (FH) Lothar Baumann