西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)

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用西門子公司PCS 7 DCS系統(tǒng)進(jìn)行的分階段現(xiàn)代化改造幫助國(guó)民淀粉公司將生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間縮短了一半
發(fā)布時(shí)間：2009/6/29 10:07:41 修改時(shí)間：2009/6/29 10:07:41 瀏覽次數(shù)：2831

　　項(xiàng)目概況：
　　采用分階段對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行升級(jí)改造的方法，國(guó)民淀粉和化學(xué)公司與西門子能源和自動(dòng)化公司在北卡羅來(lái)那州索爾茲伯里的一座新建工廠一起分工合作不但提高了產(chǎn)品質(zhì)量，與此同時(shí)還將循環(huán)時(shí)間縮短到原來(lái)的一半。該項(xiàng)目使用的裝置包括西門子公司的PCS7分散控制系統(tǒng)，用于使生產(chǎn)抗潮濕、防裂的膠粘劑樹脂的過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。你在遍及全球的移動(dòng)電話、筆記本電腦、PDA以及其它電子設(shè)備所使用的微芯片里都能夠發(fā)現(xiàn)這種膠粘劑樹脂。
　　如果下次你不小心失手把移動(dòng)電話掉到了地上而它依舊工作正常的話，你應(yīng)該多謝國(guó)民淀粉和化學(xué)公司這些企業(yè)。今天人們制造的幾乎每一部移動(dòng)電話都包含有半導(dǎo)體芯片，而半導(dǎo)體芯片都是由國(guó)民淀粉和化學(xué)公司的電子材料分部提供的具有很高柔韌性，同時(shí)抗潮濕、防碎裂的膠粘樹脂構(gòu)成的。這種專用的樹脂同時(shí)也提高了芯片的可靠性，在世界各地的筆記本電腦、PDA以及其它電子設(shè)備里面你都可以找到這類電子芯片。
　　Jeff Mueller是位于北卡羅來(lái)那州索爾茲伯里的國(guó)民淀粉工廠和研發(fā)機(jī)構(gòu)的工程經(jīng)理，很多專用樹脂都是在那里生產(chǎn)的。
　　“在國(guó)民淀粉公司，可靠性是我們最優(yōu)先考慮的問(wèn)題。我們對(duì)客戶的吸引力都依賴于此，”Mueller說(shuō)道。“非計(jì)劃停車會(huì)立竿見(jiàn)影的為我們?cè)黾佣噙_(dá)數(shù)百萬(wàn)美元的損失，并且會(huì)使我們的客戶轉(zhuǎn)而尋找其它供應(yīng)商。”
　　Mueller說(shuō)除了可靠性以外，國(guó)民淀粉公司在生產(chǎn)過(guò)程中優(yōu)先考慮的其它問(wèn)題還包括減少產(chǎn)品從工廠到市場(chǎng)的時(shí)間，采用最先進(jìn)的技術(shù)以便保持公司的競(jìng)爭(zhēng)力。他還補(bǔ)充說(shuō)重復(fù)性也是非常關(guān)鍵的：“一個(gè)芯片制造商需要在其生產(chǎn)流水線上投資巨額的金錢，他們要求我們提供的產(chǎn)品能夠通過(guò)注射器進(jìn)行精確的分配。這就是為什么產(chǎn)品的一致性會(huì)如此重要。”
　　技術(shù)路線圖
　　在2002年，Mueller開發(fā)了一個(gè)分階段的生產(chǎn)控制技術(shù)路線圖來(lái)解決公司生產(chǎn)的急迫需求。這個(gè)路線圖將會(huì)作為一個(gè)指導(dǎo)方針幫助公司提高產(chǎn)品的重復(fù)性，延長(zhǎng)公司化學(xué)生產(chǎn)工廠現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)設(shè)備的生命周期。并且還要規(guī)劃一個(gè)新的、鄰近的生產(chǎn)設(shè)施。
　　國(guó)民淀粉公司確信與一個(gè)自動(dòng)化和控制產(chǎn)品供應(yīng)商結(jié)成合作伙伴對(duì)于這個(gè)路線圖的成功具有至關(guān)重要的作用。為了挑選合適的自動(dòng)化和控制伙伴，國(guó)民淀粉公司、美國(guó)控制公司（CCA）以及WESCO過(guò)程自動(dòng)化公司聯(lián)合制定了一個(gè)評(píng)估矩陣，其中列出了九個(gè)挑選的原則：費(fèi)用、總體技術(shù)能力、操作員友好程度、程序員友好程度、開放的通訊標(biāo)準(zhǔn)、TI505原有控制平臺(tái)硬件的利用、TI505程序的轉(zhuǎn)化和再利用、以前在ICI公司（國(guó)民淀粉公司的母公司）的使用情況、批量配方控制能力。
　　三家知名的過(guò)程自動(dòng)化供應(yīng)商受到邀請(qǐng)向一個(gè)評(píng)估委員會(huì)作介紹，這個(gè)評(píng)估委員會(huì)將會(huì)依據(jù)國(guó)民淀粉公司的優(yōu)先性矩陣原則對(duì)三家公司進(jìn)行比較。
　　“當(dāng)一家供應(yīng)商向我們推薦一個(gè)現(xiàn)在還沒(méi)有產(chǎn)品化的方案時(shí)，”Mueller說(shuō)道。“我多次聽(tīng)到‘不久’這個(gè)單詞。例如他們說(shuō)不久就會(huì)有一個(gè)解決方案能夠允許我們轉(zhuǎn)換成批量配方。當(dāng)我聽(tīng)到他們這樣說(shuō)的時(shí)候，我真的感到很緊張。”
　　“當(dāng)我們想要通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)作出決定的時(shí)候，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)優(yōu)先級(jí)矩陣，”Mueller說(shuō)道。“我們找來(lái)了以后將會(huì)使用這些系統(tǒng)的人，讓他們根據(jù)重要性來(lái)分等級(jí)排列這些原則。當(dāng)供應(yīng)商作介紹的時(shí)候，我們就把這些矩陣填寫好。西門子公司的SIMATIC PCS7分散控制系統(tǒng)（DCS）是我們選擇的最好控制系統(tǒng)。”
　　分階段實(shí)現(xiàn)的方式使停車時(shí)間最少
　　為了盡量減少對(duì)現(xiàn)有操作的干擾，同時(shí)為其它改進(jìn)建立一種清晰的途徑，國(guó)民淀粉公司采用了一種分階段移植到西門子公司PCS7 DCS系統(tǒng)的方法。
　　現(xiàn)有的控制系統(tǒng)使用不同版本的軟件和硬件運(yùn)行。為了使用一種新的控制系統(tǒng)，必須使現(xiàn)有系統(tǒng)處于一種共通的狀態(tài)，然后就可以進(jìn)行移植工作。這個(gè)策略最大程度的減少了搞亂生產(chǎn)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還允許國(guó)民淀粉公司對(duì)所有的反應(yīng)器都采用一致的移植計(jì)劃。
　　這個(gè)路線圖的第一個(gè)階段是2003年執(zhí)行的。Mueller說(shuō)公司決定進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將兩個(gè)435PLC轉(zhuǎn)換成來(lái)自于西門子能源和自動(dòng)化公司的SIMATIC545和505控制器，這兩個(gè)控制器控制著一臺(tái)刮膜式蒸發(fā)器和旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)。
　　“移植到545控制器的改造使我們能夠把所有的PLC標(biāo)準(zhǔn)化，并且對(duì)下一步改造的各種選擇項(xiàng)進(jìn)行評(píng)估。其目的是在新的系統(tǒng)當(dāng)中利用現(xiàn)有的硬件。”
　　改造的第二階段于2004年進(jìn)行，其中心內(nèi)容是在現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)工廠里增加一個(gè)新的反應(yīng)器系列。Mueller說(shuō)這是為了獲得使用PCS7DCS系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，為了獲得用PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)與測(cè)量設(shè)備和控制設(shè)備進(jìn)行連接的經(jīng)驗(yàn)。
　　“我們從低風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目開始改造，希望最大程度的減少使生產(chǎn)過(guò)程混亂的風(fēng)險(xiǎn)，”Mueller說(shuō)道。“這個(gè)策略使得我們可以采用模塊化的編程方式，并且以之作為將來(lái)系統(tǒng)的一個(gè)模板，也作為將來(lái)實(shí)現(xiàn)批量配方管理的一個(gè)墊腳石。”
　　新反應(yīng)器系列的安裝工作也包括PCS7DCS系統(tǒng)的安裝，該系統(tǒng)使用了冗余的SIMATIC S7-417H控制器。安裝工作還包括西門子公司的PCS7操作員站（OS），這些操作員站通過(guò)遍布整個(gè)有機(jī)化工廠的以太網(wǎng)進(jìn)行連接。
　　“工廠的操作員們已經(jīng)對(duì)PCS7人機(jī)接口設(shè)備的外觀、操作感覺(jué)以及功能非常熟悉，”Mueller說(shuō)道。“這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)宗旨就是看起來(lái)與我們現(xiàn)有的人機(jī)接口平臺(tái)類似，這樣對(duì)操作員來(lái)說(shuō)新舊系統(tǒng)的差別就非常微小了。同時(shí)新系統(tǒng)又提供了更加強(qiáng)大的功能，它使操作人員能夠查看是否某些東西被聯(lián)鎖了，或者同時(shí)調(diào)出歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)數(shù)據(jù)。他們非常喜歡新的系統(tǒng)。”
　　在2005年，PCS7系統(tǒng)通過(guò)新反應(yīng)器系列的開車證明了自己的性能，同時(shí)Mueller也開始執(zhí)行路線圖的第三個(gè)階段－把系統(tǒng)從西門子公司的SIMATIC 545和505控制器改造成為西門子公司的PCS7 DCS系統(tǒng)。在2005年，現(xiàn)有反應(yīng)器系列當(dāng)中的一個(gè)反應(yīng)器以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)的DCS系統(tǒng)改造成功完成。
　　通過(guò)每次把一個(gè)反應(yīng)器的自動(dòng)化系統(tǒng)軟件和硬件改造成為PCS7系統(tǒng)，Mueller能夠確信生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)受到干擾。他現(xiàn)在還能夠開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊和控制模塊，這些功能模塊能夠支持批量配方過(guò)程，還可以作為模板用于將來(lái)的系統(tǒng)。剩下的反應(yīng)器系列將會(huì)在今后的兩年中被升級(jí)為西門子公司的PCS7 DCS系統(tǒng)。
　　現(xiàn)場(chǎng)總線的好處
　　在北卡羅來(lái)那州索爾茲伯里的制造工廠，國(guó)民淀粉公司希望通過(guò)保留所有的現(xiàn)場(chǎng)儀表以及TI545 I/O模板獲得最高的資產(chǎn)回報(bào)率，這將作為升級(jí)到PCS7的改造工作的一部分。替換所有的硬件和控制系統(tǒng)將會(huì)是非常昂貴的。
　　不過(guò)，Mueller說(shuō)因?yàn)镻ROFIBUS PA的開放性，他能夠保留原來(lái)的儀表標(biāo)準(zhǔn)，這是通過(guò)與包括E+H、rosemount、Mettler-Toledo、OhmartVega在內(nèi)的儀表供應(yīng)商長(zhǎng)期以來(lái)的合作建立的標(biāo)準(zhǔn)。
　　另外，由于國(guó)民淀粉公司采用PROFIBUS實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化連接，SIMATIC 505、SIMATIC S7、S-417H控制器都采用PROFIBUS進(jìn)行連接，公司在傳統(tǒng)的接線環(huán)節(jié)上也節(jié)省了大量的資金。
　　“我們節(jié)約了數(shù)額巨大的資金，”Mueller說(shuō)道。“所有的這些接線，所有返回到這些卡板的輸入和輸出信號(hào)，現(xiàn)在從硬件上都可以通過(guò)一根信號(hào)電纜進(jìn)行傳送，這給我們帶來(lái)了難以置信的節(jié)省。”
　　國(guó)民淀粉還利用了PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)和PCS7平臺(tái)賦予的新的、先進(jìn)的診斷功能，包括跟蹤記錄儀表的更換。
　　由于現(xiàn)有的工廠是CLASS I DIV 2的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，因此考慮了本質(zhì)安全系統(tǒng)作為預(yù)防措施。Mueller說(shuō)他現(xiàn)在有幾個(gè)可選擇方案來(lái)滿足防爆規(guī)范的要求。他可以把接線全部封閉在防爆穿線管里邊，這是一種非常費(fèi)事的方法，同時(shí)也非常昂貴。他也可以采用保護(hù)性的隔離式安全柵或者安裝帶有內(nèi)建本質(zhì)安全結(jié)構(gòu)的硬件設(shè)備。
　　“西門子公司有具備內(nèi)建本質(zhì)安全功能的硬件設(shè)備，其運(yùn)行電流非常低，”Mueller解釋說(shuō)。“PROFIBUS PA和ET200 iS I/O模件的連接是專門為本質(zhì)安全區(qū)域的使用而設(shè)計(jì)的，可以應(yīng)用在電氣危險(xiǎn)場(chǎng)合。這對(duì)于我們是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)我們?cè)谔幚砉收系臅r(shí)候，我們不需要擔(dān)心是否會(huì)擊穿一個(gè)隔離式的安全柵，不需要來(lái)來(lái)回回的查找一個(gè)損壞的保險(xiǎn)絲。其結(jié)果是，我們節(jié)約了相當(dāng)可觀的時(shí)間和金錢。”
　　擴(kuò)展和其它
　　隨著現(xiàn)有化學(xué)生產(chǎn)工廠的全部三個(gè)改造階段的完成，Mueller重新檢討了路線圖的目標(biāo)－提高產(chǎn)品的重復(fù)性、降低生產(chǎn)費(fèi)用以及繼續(xù)建設(shè)一座新的工廠，在這座新廠里將要使用自動(dòng)化的批量過(guò)程生產(chǎn)專用的化學(xué)品。
　　新的Emanate有機(jī)化工廠坐落在離現(xiàn)有化學(xué)工廠一百五十英尺遠(yuǎn)的地方，其建造工作開始于2005年，完成于2006年。
　　新工廠的基本架構(gòu)是西門子公司的全集成自動(dòng)化系統(tǒng)，它包括PCS7 DCS系統(tǒng)、批量配方軟件和PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)。
　　控制室里的S7-417H處理器通過(guò)光導(dǎo)纖維纜線連接到現(xiàn)有控制室里的一個(gè)相同的控制器。這使得每個(gè)裝置的生產(chǎn)控制都可以在失去電源或者電源發(fā)生浪涌的時(shí)候從一個(gè)地點(diǎn)切換到另一個(gè)地點(diǎn)。
　　新工廠還包括全系列的西門子公司電氣系統(tǒng)組件，其中包括電氣開關(guān)裝置、馬達(dá)控制中心、變頻驅(qū)動(dòng)裝置、斷路器盤、導(dǎo)線和電纜、儀表和控制閥等。
　　結(jié)果
　　Emanate工廠于2006年投產(chǎn)，于2007年初啟動(dòng)另外的反應(yīng)器系列的計(jì)劃也已經(jīng)在制定當(dāng)中。Mueller說(shuō)Emanate的第一個(gè)合格批次產(chǎn)品達(dá)到了預(yù)期的循環(huán)時(shí)間要求，這同以前的操作過(guò)程相比是一個(gè)巨大的進(jìn)步。
　　“與現(xiàn)有的工廠相比，我們的生產(chǎn)時(shí)間減少了一半，”Mueller說(shuō)道。“我們也預(yù)見(jiàn)到產(chǎn)品質(zhì)量的大幅度提高，包括批量配方系統(tǒng)使產(chǎn)品粘度變化量減少。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)都來(lái)自同一家供應(yīng)商也是非常令人高興的，這樣我們就可以確信所有的部件都能夠良好的兼容工作。”

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西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D) 是西門子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門子工業(yè)領(lǐng)域的主要組成部分。擁有54,000 多名高水平專業(yè)人才，遍布193 個(gè)國(guó)家，00/01 財(cái)政年度銷售業(yè)績(jī)高達(dá)89 億歐元。我們始終致力于給您帶來(lái)新思想和新技術(shù)，為您在全世界… 更多>>

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