Pc-gebaseerde besturingstechniek

tekst Benjamin Bruns | foto's Beckhoff

Bij de nieuwbouw van productie-installaties voor vloeistoffen heeft de producent van over-the-counter geneesmiddelen Engelhard Arzneimittel de basis gelegd voor een duurzame productie. Met behulp van pc-gebaseerde besturing van automatiseringsspecialist Beckhoff. 

Met de nieuwbouw van de productiegebouwen en productie-installaties voor vloeistoffen heeft Engelhard Arzneimittel de basis gelegd voor een duurzame productie, ondersteund door pc-gebaseerde besturingstechnologie en de applicatie-ingenieurs van Beckhoff. In 2019 werd gestart met de nieuwbouw, waarbij efficiëntie en duurzaamheid centraal stond­en. Het productiegebouw met een opper­vlakte van ongeveer 10.000 m², ligt niet alleen qua energiebalans onder de KfW55-norm – de standaard voor nieuwbouw in Duitsland, de nieuwe productiefaciliteit van vloeistoffen wordt ook voor 100% met groene stroom gevoed. Het eigen fotovoltaïsch systeem draagt voor ongeveer 20% bij aan de elektriciteits­behoefte.

Vloeistoffen
Hoofd Engineering is Rüdiger John en hij is verantwoordelijk voor het complete automatiserings­project, van de planning van de vloeistofproductie tot de implementatie en inbedrijfstelling. “Al bij de eerste implementaties van de Beckhoff-technologie in onze oude fabriek in 2014 heeft de flexibiliteit van de pc-gebaseerde besturingstechnologie mij overtuigd.” De productie-eenheid in Niederdorfelden is ontworpen voor de productie van alle vloeibare geneesmiddelen. “Het spectrum reikt van Prospan hoestsiroop tot andere vloeistoffen, die we bijvoorbeeld in kleine zakjes afvullen, tot hoestdruppels”, zegt Rüdiger John. “We hebben de ver­schillende reinigingscycli en recepten voor de productie van vloeistoffen in de TwinCAT-­besturing gemaakt en in het met TwinCAT HMI gerealiseerde receptcontrolesysteem geïmplementeerd.”

Enorme tanks
Op de locatie in Niederdorfelden worden producten voor de wereldmarkt ge­produceerd en verpakt. De opslag- en productie­capaciteiten van de nieuwe instal­latie worden dienovereenkomstig ontworpen: Alleen al de vijf bereidingstanks hebben elk een volume van 2 x 10.000 l en 3 x 5.000 l. Daarnaast zijn er nog tanks voor basisstoffen en tussenopslag. In deze productieruimte worden voornamelijk IP67-beschermde EtherCAT-modules gebruikt om de talrijke signalen van de sensoren en actuatoren te verzamelen.

Voor de productie van hoestsiroop is proces­warmte en -koude nodig. De overeen­komstige eenheden bevinden zich op het dak of in de kelder en zijn via warmtewisselaars aan het systeem gekoppeld. Uiteraard worden ook de productiehallen zelf en de kan­toren via deze weg geklimatiseerd.

Deze evenwichtsoefening onder de knie krijgen is niet gemakkelijk. “Voor het ontwerp en de optimalisatie van de besturing was en is het een voordeel dat de verschillende secties geautomatiseerd zijn met pc-gebaseerde besturingstechnologie, inclusief TwinCAT”, vertelt Rüdiger John. “Met uitzondering van een paar kleinere componenten en in deel­aggregaten komt de volledige besturingstechniek in de productie van Beckhoff, inclusief software en engineering.”

Heel veel componenten
Wat beknopt klinkt, is in feite een enorme hoeveelheid apparatuur: 335 aandrijvingen (kleppen, pneumatische actuatoren), 17 pompen en roerwerken en daarbij nog ongeveer 240 meetpunten (druk en temperatuur, massadebietmeters, ultrasone debietmeters, niveausensoren) en 13 leiding­verwarmingen geven een eerste indruk van de omvang van de procesautomatisering.

Daarbij komt de aansluiting van deel­aggregaten zoals de toevoer van gezuiverd water, de productoverbrenging via vier reinigingsturbinesystemen, de afvalwater­behandeling of de centrale afzuiging, de stikstof- en argontoevoer en de opslag van ethanol. Dit laatste is nodig voor de productie van de hoestdruppels op alcoholbasis. In dit deel van de installatie worden talrijke EtherCAT-klemmen uit de ELX-serie voor Ex-­zones gebruikt, die een breed scala aan procesvariabelen bestrijken.

De gehele besturingstechniek is in een netwerk op­genomen via EtherCAT en diverse I/O-­aansluitingen, verdeeld over meerdere schakelkasten en IP67-beschermde EtherCAT-modules. In totaal zijn er ongeveer 460 EtherCAT-slaves geïnstalleerd bij Engelhard, waaronder verschillende IO-Link-masters voor het aansluiten van rfid lees-/schrijf­koppen.

Betrouwbaarheid en kwaliteit
Als bijzonderheid wijst Rüdiger John op de in de tanks geïntegreerde videobewaking: “Zo kunnen we de schuimvorming in de tank controleren en de vulniveaus controleren, zonder dat we de tanks hoeven te openen.” Waarmee besmetting van de vloeistoffen wordt voorkomen. In totaal zestien camera’s plus verlichting zijn geïntegreerd in de visualisatie van de installatie op basis van TwinCAT HMI. Iedere operator kan de live-beelden laten weergeven op een van de zestien bedieningspanelen en panel-pc’s die over de hele fabriek verspreid zijn.
In het kantoor van de teamleider is een CP3716-1076 bedieningspaneel geïnstalleerd. “Dit geeft de verantwoordelijken volledige toegang vanaf kantoor zonder dat de kantoor-IT verbonden is met het productienetwerk.” In totaal zijn er tien gebruikersprofielen gedefinieerd met per functie de bijbehorende toegangsrechten.

Elk bedieningsstation is voorzien van een rfid-lezer waarmee de productie­medewerkers zich moeten aanmelden bij het systeem voordat er wordt ingegrepen. Bovendien werden de rfid-chips van de operatoren achteraf uitgerust met RMD ASIC’s, die dus compatibel zijn met het systeem voor toegangs­controle in het gebouw. “De medewerkers melden zich niet alleen met hun tags aan bij de bedieningsstations en ontvangen hun autorisatiebewijzen, ze gebruiken ze ook om in het gebouw en in de voor hen vrij­gegeven productieruimten te komen”, zegt Rüdiger John.

Beckhoff EVMI 7 2022 (2)

Handmatig geïntegreerd
Wat de veiligheid betreft, heeft Rüdiger John iets bijzonders bedacht voor een gevoelig installatiegedeelte - het slangstation. Ook al is al het andere bijna volledig geautomatiseerd, hier worden de verbindingen tussen de verschillende containers nog handmatig gemaakt via slangverbindingen. Om foutief aangesloten slangen of ontbrekende eind­sluitingen te kunnen detecteren, vertrouwen de automatiseringsspecialisten ook hier op rfid-technologie. Tags op elke slang en rfid-lezers op de lijnverbindingen maken alle componenten en hun positie in het proces uniek identificeerbaar; consistente kwaliteit en procescontrole zijn dus gegarandeerd.

Het visualisatie- en controlesysteem kent voor elk productieproces alle slang­verbindingen die de werknemer met de hand moet maken - vergelijkbaar met een recept­instructie: Neem slang nr. 5 en sluit daarmee de aansluitstukken vier en acht aan. Pas als alle slangen (tags) aan de juiste aansluit­stukken (rfid-lezers) zijn bevestigd, geeft TwinCAT de volgende processtap vrij, bijvoorbeeld het verpompen van een batch naar de opslagtanks van de vul- en verpakkingslijnen een verdieping lager.

“We kunnen zelfs de tags op de slangen gebruiken om te borgen dat alleen slangen worden gebruikt die geschikt zijn voor de media en vooraf zijn gereinigd.” En als de medewerker toch een fout maakt bij de ‘bedrading’, dan herkent TwinCAT dit onmiddellijk aan de hand van de ongeldige tag-ID en onderbreekt de proces­stap tot de medewerker de juiste slangverbinding heeft gemaakt en deze heeft bevestigd.

Van de in totaal vijftig rfid-lezers zullen er enkele in het slangstation worden geïnstalleerd. “Dat staat binnenkort op de agenda. De volgende stappen omvat ook onderwerpen als het koppelen van de productieplanning aan de campagnes en vraagvoorspellingen van het erp-systeem op een hoger niveau. Op een gegeven moment willen we de recepten van SAP implementeren”, besluit Rüdiger John. Volgens hem zal deze verbinding ook geen probleem zijn met het open en flexibele pc-gebaseerde besturingsplatform.

Lees ook
Fermentatiepersen met nieuwe aandrijving

Fermentatiepersen met nieuwe aandrijving

De fermentatiepersen van de sojasausfabrikant zijn onlangs voorzien van een nieuwe aandrijving en besturing, met frequentieregelingen die specifiek voorgeparametreerd zijn voor hydraulische systemen.

Nieuwe stappenmotor ideaal voor food

Nieuwe stappenmotor ideaal voor food

Een nieuw type stappenmotor ontstond tijdens het promotieonderzoek van Vincent Groenhuis. Voor het uitvoeren van gerobotiseerde borstpuncties in een MRI-scanner bleken zowel technologie als uitvoering van bestaande stappenmotoren (stepper motor) niet geschikt.

Column | Automatiseren?

Column | Automatiseren?

Ons bedrijf produceert proces flavours uit plantaardige eiwitten, oftewel veganachtige smaakstoffen. En het loopt goed. Exter kent een business die om de vijf jaar verdubbeld, Dit in combinatie met de vele innovaties in ons bedrijf, is er een grote behoefte aan het beheersen van het proces; complexe producten en productenpakketten, meer druk op de output....

Op de hoogte blijven van alles wat er speelt in de voedingsmiddelenindustrie?

 

Abonneren