Polski producent oleju jadalnego wprowadza cyfrowy system automatyki, tworząc wysoko wydajny zakład o zmniejszonych kosztach operacyjnych.
Kiedy Zakłady Tłuszczowe Kruszwica postanowiły w pełni zautomatyzować nowy zakład produkcji oleju rzepakowego w Kruszwicy, wybrały cyfrową architekturę PlantWeb firmy Emerson Process Management, system sterowania DeltaV oraz inteligentne urządzenia wykorzystujące protokół HART. W porównaniu z poprzednim zakładem znacznie spadło zużycie mediów użytkowych, koszty utrzymania ruchu zmalały o 50% i powstał jeden z najwydajniejszych zakładów firmy naświecie.
Polska jest siódmym co do wielkości producentem oleju rzepakowego na świecie i posiada duży rynek wewnętrzny olejów jadalnych. Głównym producentem są Zakłady Tłuszczowe Kruszwica, należące do Grupy Bunge, największego na świecie przetwórcy nasion oleistych i producenta konfekcjonowanych olejów roślinnych.
Zastępowanie przestarzałej technologii
ZT Kruszwica prowadzą obecnie działalność produkcyjną w zakładach przetwórczych nasion oleistych w Kruszwicy, Brzegu i Gdańsku. Zakład w Kruszwicy został przejęty od Skarbu Państwa w 2001 r. przez firmę Cereol, francuskiego przetwórcę olejów. Był wówczas jednym z najbardziej zautomatyzowanych zakładów przetwórczych tego typu w Polsce. Jednak spora część urządzeń pochodziła jeszcze z lat 50. ubiegłego wieku. Sterowanie opierało się głównie na ręcznych i pneumatycznych zaworach oraz przestarzałych układach PLC.
ZT Kruszwica chciały również zapewnić stałą wysoką jakość produktu zgodnie z zasadami dobrej praktyki produkcyjnej (Good Manufacturing Practice ? GMP). Celem tej polityki jest sterowanie i zarządzanie procesami produkcji w sposób zapewniający wysoką jakość i możliwość śledzenia przebiegu procesu wszystkich produktów.
Aby spełnić te wymagania, konieczne było zbudowanie w pełni zautomatyzowanego zakładu produkcyjnego, z architekturą wykorzystującą otwarte standardy komunikacyjne do połączenia urządzeń monitorujących i sterujących, systemów i aplikacji w jedną sieć zakładową. Za projekt systemu sterowania produkcją całego zakładu, łącznie ze wszystkimi liniami technologicznymi, odpowiedzialny był Jacek Brauer z ZT Kruszwica, specjalista automatyki przemysłowej i kierownik zespołu projektowego automatyzacji.
W 2002 roku ZT Kruszwica wybrały rozwiązanie automatyzacji oparte na cyfrowej architekturze PlantWeb firmy Emerson z systemem sterowania DeltaV i protokołem HART do komunikacji z siecią inteligentnych urządzeń.
Brauer był przekonany, że zastosowanie cyfrowej architektury pozwoli uzyskać większą efektywność od systemów opartych na sterownikach PLC. Kiedy okazało się, że każdy proces w zakładzie może być sterowany i konfigurowany z jednego stanowiska technicznego, wybór był oczywisty. Brauer chciał jednak zachować możliwość sterowania przez operatora, co umożliwiłoby im kierowanie procesem technologicznym.
Firma wymagała również, aby przyjęte rozwiązanie było zgodne z normą IEC61131-3 w zakresie schematów sekwencyjnych w ramach jednolitego środowiska konfiguracyjnego i jednej bazy danych. System musiał być bardzo stabilny, łatwy do wdrożenia i utrzymania.
Uzyskane usprawnienia
Nowy zakład produkcyjny w Kruszwicy, w porównaniu ze starym, zwiększył produkcję prawie dwukrotnie ? z 700 do 1300 ton dziennie. Udało się to osiągnąć głównie dzięki zainstalowaniu nowych maszyn, m.in. większego ekstraktora, a ponadto cyfrowa architektura pomaga w dalszym zwiększaniu produkcji. Brauer miał możliwość identyfikacji wąskich gardeł procesu technologicznego, co pozwalało na podjęcie działań zwiększających wydajność.
? Usprawnienia te są znaczne i ukazują wartość wykorzystywania zaawansowanych rozwiązań automatyzacji, które pozwalają na sterowanie w wąskich przedziałach tolerancji i niezwykle poprawiają dokładność ? powiedział Brauer. ? Wprowadzenie nowych algorytmów jest niezwykle łatwe, możemy więc bardzo szybko wprowadzać poprawki do procesu technologicznego.
Wyraźne oszczędności
Zastosowanie w nowym zakładzie cyfrowego systemu automatyki pozwoliło na zaoszczędzenie cennych zasobów, zmniejszając zużycie surowców i mediów użytkowych. Na przykład użycie heksanu i wybielaczy zmniejszyło się o 25%. To efekt wciąż modyfikowanych algorytmów systemu DeltaV. Nowy zamknięty system odzyskujący wodę dla procesu zmniejszył zużycie wody o 75%.
Podstawowym wymaganiem każdego zakładu przetwórstwa żywności, czy też produkcji napojów jest łatwy dostęp do wysokiej jakości historycznych danych produkcyjnych. Tak, aby móc śledzić jakość i bezpieczeństwo produktu na każdym etapie produkcji. ? Szczególnie ważna dla nas jest możliwość spełniania wymagań dotyczących śledzenia przebiegu procesu technologicznego, a dodatkową korzyścią, jaką daje system automatyzacji DeltaV, był łatwy dostęp do bardzo wartościowych danych przechowywanych w module historycznym ? stwierdza Brauer. ? Wykorzystujemy te dane do analizy procesu i wykrywania nieprawidłowości lub obszarów do wprowadzenia usprawnień. Obecnie rejestrowany jest każdy pojedynczy pomiar i każde działanie dotyczące całego procesu technologicznego.
Ulepszenia automatyzacji są również pomocne w oszczędzaniu energii. Jednym z przykładów jest wprowadzenie nowych punktów pomiarowych temperatury na wymienniku ciepła. Zamiast jednego przetwornika temperatury działają teraz cztery. Większa ilość danych z dodatkowych przetworników wykazała tylko 50% wydajność wymiennika ciepła. Poprawki wprowadzone do programu sterującego działaniem tej części procesu podniosły wydajność wymiennika do 90%, dając oszczędności w wysokości 77?000 euro rocznie.
W zależności o zapotrzebowania, ZT Kruszwica produkuje od 50 do 60 rodzajów produktów, włącznie z dwiema odmianami oleju butelkowanego (prasowany i ekstrahowany), oraz asortymentu margaryn i składników żywności. W sumie rocznie produkowane jest około 100?000 ton oleju, 50?00060?000 ton margaryny i 40?00050?000 ton składników żywności.
Mimo że zakład działa w trybie pracy ciągłej, wykorzystuje również quasi-system wsadowy z wieloma recepturami do produkcji różnych produktów końcowych. Produkty te wysyłane są przez specjalny system rurociągów, połączeń i zaworów regulacyjnych do oddzielnych zbiorników. Proces ten jest w pełni zautomatyzowany, wykorzystuje ponad 100 zaworów regulacyjnych marek Baumann i Fisher oraz ponad 950 zaworów dwustanowych On/Off, wyposażonych w siłowniki Emersona El-O-Matic, wszystkie te zawory sterowane są przez automatyczny system. System ten zapewnia wydajne i czyste środowisko dystrybucji produktów.
Opisywany system ma 6200 punktów We/Wy i podłączonych jest do niego 1000 urządzeń HART, takich jak przetworniki, zawory itp. Na przykład ZT Kruszwica zamiast dotychczasowych przepływomierzy o zmiennym przekroju (rotametrów), zastosowały przepływomierze masowe Coriolisa firmy Micro Motion, które mogą mierzyć przepływ zanieczyszczonego, surowego oleju. Przepływomierze Coriolisa są również wykorzystywane do pomiarów natężenia przepływu i gęstości surowego oleju między kolejnymi etapami oczyszczania, gdyż są to urządzenia dokładne, niezawodne i bardzo proste w użytkowaniu. Media użytkowe są mierzone przez przepływomierze Vortex firmy Rosemount i elektromagnetyczne przepływomierze kołnierzowe.
Koszty UR w porównaniu ze starym zakładem zmalały o 50%. ? Wszędzie w całym procesie zainstalowaliśmy punkty pomiarowe i wykorzystując system Delta, możemy szybko zidentyfikować ewentualne problemy z poszczególnymi maszynami ? stwierdził Brauer. ? Nie mamy zbyt dużo czasu, aby monitorować oddzielnie wszystkie urządzenia w czasie rzeczywistym, lecz możemy obserwować trendy danych pomiarowych w celu szybkiej identyfikacji i usunięcia usterek.
Mała ekipa automatyków
Ze względu na to, że wykonanie całego projektu automatyzacji zostało podjęte głównie przez dwuosobowy zespół w składzie Jacek Brauer i Zbigniew Klesyk, bardzo ważną sprawą było uzyskanie wsparciaprzy konfiguracji systemu sterowania. ZT Kruszwica chciały same skonfigurować proces produkcyjny i system sterowania. Tak więc Brauer podjął się samodzielnego wykonania większości prac związanych z programowaniem i konfiguracją. Było to możliwe jedynie ze względu na cyfrową architekturę oraz możliwość komunikowania się poprzez wykorzystanie urządzeń HART rozmieszczonych w systemie.
Brauer przystąpił do programowania systemu zaledwie po jednodniowym szkoleniu w zakresie konfiguracji. Język sekwencyjny systemu okazał się bardzo łatwy w adaptacji do potrzeb zakładu i umożliwił stworzenie własnych narzędzi programowych do automatycznego generowania strategii sterowania. Do sprawdzania błędów czujnika przepływomierzy oraz sprawdzania i rekalibracji urządzeń do pomiarów poziomu używane jest obecnie oprogramowanie serwisowe. Jest ono również używane do monitorowania stanu urządzeń krytycznych, w szczególności tych zainstalowanych w obszarach zagrożonych. W strefach zagrożonych demontaż przetworników jest utrudniony, więc program AMS Suite znacznie ułatwia ich konfigurację.
Firma Emmerson zapewniła, podczas początkowego rozruchu zakładu, pełne wsparcie dla urządzeń polowych, lecz była przekonana co do możliwości wewnętrznego rozwiązania wszystkich kwestii systemu sterowania, bez jakiejkolwiek potrzeby wsparcia na miejscu.
? Najszybszy rozruch, który obejmował około 250 punktów We/Wy, zajął tylko dwie godziny i został wykonany przez osobę z naszego personelu, bez żadnej pomocy czy to specjalisty automatyka, czy też programisty ? zauważył Brauer. ? W przeciągu trzech lat uruchomiliśmy 30 nowych procesów, tylko z dwuosobowym zespołem inżynierskim, i w każdym przypadku możliwości Delta znacznie redukowały czas rozruchu.
W pełni zautomatyzowany zakład umożliwia Zakładom Tłuszczowym Kruszwica osiągnięcie maksimum ze swoich urządzeń i zwiększenie produkcji. Możliwość dostępu do danych historycznych procesu w połączeniu z dążeniem do ciągłego ulepszania produkcji pozwoli na uzyskanie jeszcze lepszych wyników w przyszłości.
CE