PLC, HMI i Wireless Ethernet, zwiększają wydajność firmy Blue Bell Creameries

Modernizacja z zastosowaniem bezprzewodowej sieci lokalnej WLAN z modułami Scalance i sterownikami PLC Simatic firmy Siemens zwiększyła wydajność przestarzałego zautomatyzowanego systemu składowania i wyszukiwania oraz ułatwiła szkolenie w obsłudze tego systemu w firmie Blue Bell Creameries, w Texasie USA, producenta lodów.
 Firma Blue Bell Creameries rozpoczęła swoją działalność w Brenham w Texasie w 1907 roku. Chociaż stosowany w firmie zautomatyzowany system składowania i wyszukiwania (ASRS) nie jest aż tak bardzo stary, zaczął już przypominać o swoim wieku – 20-letnie elementy zaczęły zawodzić i powodować znaczne opóźnienia.
Keith Jenkins, projektant systemów przemysłowych w firmie Blue Bell, przedstawił argumenty za przeprowadzeniem modernizacji. Zastąpił pięć sterowników w każdej z trzech jednostek ASRS jednym sterownikiem S7 PLC firmy Siemens i interfejsem człowiek-maszyna (HMI) firmy Siemens z nową bezprzewodową siecią firmy Siemens Scalance W wireless LAN. Układ stał się dla operatorów łatwiejszy w użytkowaniu. Jenkins oszacował, że przez zwiększenie wydajności ASRS firma zyskała ponad półtorej godziny na jeden dźwig dziennie.
W trudnym, wymagającym środowisku magazynu firmy Blue Bell, gdzie panuje stała temperatura -29° C, wymagana jest niezawodność.
– Sterowniki PLC firmy Siemens były najłatwiejsze do programowania, najłatwiejsze w obsłudze oraz najbardziej stabilne – powiedział Jenkins, mający 25-letnie doświadczenie w programowaniu sterowników PLC. Jenkins pracował w firmie AWC, dystrybutora Siemensa.
Sterowniki PLC były zastosowane w napędzie jednostek systemu ASRS, będących dużymi dźwigami z obsługą, które poruszają się po torach, aby przemieszczać palety z lodami po całym magazynie firmy Blue Bell. Każdy z trzech dźwigów był wyposażony w pięć sterowników PLC. Jedna para PLC komunikowała się z terminalem systemu zarządzania magazynem – bazą danych zawierającą informacje o tym, jakie lody są składowane w jakiej lokalizacji w magazynie – i komunikowała się z innymi sterownikami PLC na dźwigu. Pozostałe trzy sterowniki PLC sterowały pionowymi i poziomymi ruchami dźwigu oraz odkładaniem i pobieraniem palet.
Sterowniki PLC miały około 18 do 20 lat, niektóre z nich pracowały z oprogramowaniem opartym na systemie DOS. Były trudności z uzyskaniem części zamiennych do systemu komunikacji opartego na podczerwieni, służącego do komunikacji między dźwigami a serwerem systemu zarządzania magazynem. – Gdyby więcej niż jedno z urządzeń zawiodło, moglibyśmy pozostać bez jednej z naszych jednostek ASRS, co zmniejszyłoby o jedną trzecią naszą wydajność – powiedział Jenkins.
Każdy z dźwigów był wyposażony w jednostkę interfejsu, która: „wyglądała jak terminal kasowy z 1982 roku”, jak powiedział Adam Bailey, starszy inżynier z firmy Premier Automation, integratora systemów do tego projektu. Zielony ekran CRT o wymiarach 6×8 cali sprawiał trudności przy odczycie, a operatorzy musieli także nauczyć się szeregu złożonych komend wprowadzanych poprzez klawiaturę, aby wprawić w ruch jednostki ASRS: F1 dla ruchu w jedną stronę, control/F1 dla ruchu w drugą stronę, shift/F1 dla jeszcze innego ruchu i tak dalej. Dokładne instrukcje były obowiązkowe, uwzględniające wielkość i możliwości środowiska magazynu, z dźwigami poruszającymi się po torze o długości ponad 150 metrów z pełnymi paletami o wysokości ponad 2,1 metra i głębokości ponad 1,2 metra – w sumie ponad 7000 miejsc składowania.
– Szkolenie nowego operatora, aby mógł zacząć pracować, mogłoby zająć dwa do trzech tygodni – stwierdził Jenkins.
Firma Blue Bell doświadczała poważnej awarii systemu ASRS co każde trzy do czterech miesięcy. – Przepalał się bezpiecznik zasilania energią elektryczną lub jeden ze sterowników PLC bądź też inny element wyposażenia ulegał uszkodzeniu – powiedział Jenkins. – Mogło to zająć 30 do 45 minut, czasem godzinę, aby naprawić uszkodzenie, w zależności od tego, co poszło nie tak.
Celem wsparcia firma AWC poprosiła firmę Premier Automation i Baileya o pomoc w zaprojektowaniu rozwiązania.
– Firma Blue Bell chciała mieć zintegrowane rozwiązanie, w którym wszystkie elementy pochodzą od jednego producenta – powiedział Bailey.
Propozycja firmy Premier obejmowała jeden sterownik PLC Simatic S7-300 firmy Siemens zainstalowany na każdym z dźwigów, w celu zastąpienia wszystkich dotychczasowych sterowników PLC, wraz z interfejsem człowiek-maszyna (HMI) SCD1297 firmy Siemens, z 12-calowym, kolorowym ekranem dotykowym. Przyjęta konfiguracja wymagała również zastosowania bezprzewodowej przemysłowej sieci lokalnej z modułami Scalance – Scalance Industrial Ethernet Wireless LAN oraz stację rozproszonych we/wy Simatic ET 200M remote I/O firmy Siemens, celem zastąpienia dotychczasowego systemu komunikacji na podczerwień. Koszt tego rozwiązania wynosił około połowy ceny propozycji konkurencyjnej.
Instalacja, integracja
Wykonując instalację, Jenkins, Bailey i jego zespół musieli pracować szybko.  Magazyn firmy Blue Bell działa ponad 18 godzin dziennie, z wyjątkiem przerwy od piątkuwieczorem do popołudnia w niedzielę.
– Pracowaliśmy około dwudziestu godzin, pierwszego dnia i drugiego – twierdzi Adams. Po zainstalowaniu i testowaniu pierwszej jednostki w lutym 2007 roku firmy Blue Bell i Premier spędziły około miesiąca na jej testowaniu i wprowadzaniu ulepszeń. Zespół zastosował taką samą procedurę do modernizacji drugiego dźwigu w marcu oraz trzeciego w kwietniu.
Firma Premier zintegrowała sterowniki PLC firmy Siemens z istniejącym systemem zarządzania magazynem firmy Blue Bell. System ten powstał w wyniku lat pracy firmy Blue Bell nad optymalizacją tras w całym magazynie w celu określenia najbardziej efektywnej lokalizacji każdej palety.
– W tej bazie danych zawarty był olbrzymi zasób wiedzy i zdobytych doświadczeń, musiało to być zachowane – stwierdza Bailey.
System zarządzania magazynem znajdujący się w biurach magazynu pracuje na serwerze z aplikacjami windowsowymi Microsoft. Mając wyposażenie sieci WLAN firmy Siemens, utworzenie sieciowego połączenia Ethernet z tym serwerem było bardzo prostą sprawą. Bailey wybrał sterownik dostarczony przez firmę trzecią, który pozwala na porozumiewanie się sterowników PLC z serwerem Microsoft Windows. Język programowania S7 firmy Siemens ułatwił translację mapy magazynu (zwykły plik tekstowy), tak że sterowniki PLC mogły bez problemu z niej korzystać. Firma AWC zmodernizowała encodery, których zadanie polega na śledzeniu pozycjonowania dźwigu magazynowego.
Dotykowy panel operatorski HMI
Operatorzy systemu ASRS przekonali się, że panel dotykowy HMI jest prosty w użytkowaniu. – Tylko dotyka się jednego przycisku i dźwig porusza się tam, gdzie powinien – stwierdził Jenkins, zwracając uwagę, że operatorzy mogą teraz również przechodzić z łatwością z jednej strony na drugą, aby zobaczyć, co jest ustalone w programie.
– Ułatwienie wykonywania operacji daje oszczędność czasu ruchu każdego dźwigu.Wprowadzenie każdej komendy trwa 5 zamiant 15 sekund. Daje to 90-minutowy wzrost wydajności każdego z trzech dźwigów. Przez 18,5-godzinny dzień pracy oszczędność wynosi 4,5 godziny. Łatwość użytkowania skraca czas szkolenia operatora z tygodnia do 23 dni – powiedział Jenkins.
– Inne korzyści to zwiększony czas nieprzerwanej pracy i większa niezawodność – twierdzi Jenkins. – Zmniejszyły się również nasze zapasy części zamiennych, nie musimy już poszukiwać elementów wyposażenia, które możemy użyć jako części zamienne.
Serwisowanie nowego wyposażenia jest łatwiejsze. W sierpniu 2009 r., po około roku, Jenkins wymienił pionowe i poziome koordynaty używane w systemach ASRS. – Zajęło mi to około godziny i ruszyliśmy – stwierdził.
– Według mnie, łatwość serwisowania stanowiła największą korzyść – powiedział Bailey – Niezawodność była dobra, ponieważ nie miałem żadnych zgłoszeń.
CE