Kühle Koordination
Batch-Automatisierung für die Eiscreme-Rezepturverwaltung
Beim Bau der weltweit größten Eiscremeproduktionsanlage, die auch zur Kreation neuer Sorten verwendet wird, installierte ein Hersteller eine Batch- und Prozessmanagementlösung, die zahlreiche Rezepturänderungen unter Einhaltung aller Compliance-Vorgaben automatisch verwaltet.
Als sich die Geschäftsleitung eines Eiscremeherstellers für den Bau einer neuen Anlage mit erheblich höheren Kapazitäten entschied, wandte sie sich an Cybertrol Engineering in Minneapolis, einen Solution Partner von Rockwell Automation. Die neue Anlage sollte erheblich größer werden als alles, was sie bis dahin gebaut hatten. „Und in der Tat, jetzt, da sie fertig ist, ist es die größte Eiscreme-Produktionsanlage der Welt“, freut sich Ben Durbin, P.E., President, Cybertrol. Wesentlich für den Erfolg des Projekts war die enge Zusammenarbeit Cybertrols mit dem Kunden und die Integration der Besonderheiten aller Produktionsstätten. Ben Durbin erläutert: „Wir haben jede Produktionsstätte besucht, die Best Practices des gesamten Unternehmens ermittelt und diese mit unserer Expertise sowie der Hard- und Software von Rockwell Automation in ein funktionierendes System übertragen, das den höchsten Standards entspricht.“
Flexibilität als Schlüssel zum Erfolg
Zur Batch-Automatisierung und zum Prozessmanagement empfahl Cybertrol dem Kunden aus mehreren Gründen die FactoryTalk Batch Software. „Eines der Hauptkriterien, die eine Eiscremeanlage für Neukreationen erfüllen muss, ist die schnelle Abänderung der Produktzusammensetzungen“, so Durbin weiter. „Und Neukreation bedeutet in diesem Zusammenhang wirklich neu.“ Die neue Anlage nimmt häufige Änderungen an den Produktrezepturen vor und testet neue Zusammensetzungen. Das erfordert einen sehr flexiblen Produktionsbetrieb, der die 40 derzeitigen Rezepturen des Unternehmens mit Hunderten möglicher Inhaltsstoffe verwalten kann. Durbin erläutert weiter: „Zu diesem Zweck haben wir ein Rezepturplanungssystem zusammen mit der FactoryTalk Batch Software gekoppelt. Dies ermöglicht es jeder Anlage, Rezepturen aus einer zentralen Rezeptdatenbank automatisch zu laden.“ Die Rezeptdatenbank ist dafür verantwortlich, die Rezepturen an alle Anlagen zu senden. Anschließend interpretiert jede einzelne Anlage die Rezepturen entsprechend der vorhandenen Ausrüstung bzw. Equipment. So können in einer Anlage gewisse Inhaltsstoffe automatisch zugefügt werden, während bei anderen einige Schritte von Hand erledigt werden müssen. „Diese anlagenspezifischen Regeln können festgelegt und über ein Planungs-Interface in der Anlage eingeplant werden. Gekoppelt mit dem FactoryTalk Batch Server werden die Batches automatisch auf dem Batchserver eingeplant“, fügt Durbin hinzu. Wenn neue Rezepturen umgesetzt werden, muss deshalb nicht die Programmierung im System geändert werden – vorausgesetzt die Hardware der Anlage bleibt gleich und lediglich die Inhaltsstoffe werden in anderer Weise kombiniert. „Letztlich handelt es sich ja nur um anders zusammengestellte, automatisch heruntergeladene Daten aus der zentralen Unternehmensrezepturdatenbank“, erläutert Durbin. „Das System interpretiert die generelle Unternehmensrezeptvorschrift automatisch, und erlaubt dem Betrieb die Freigabe einer neuen aktiven Werks-Masterrezeptur.“ Die Batch Software kann auch das Equipment dynamisch verwalten – dadurch können Anlagenkomponenten, für den Fall das mehrere Batches aktiv sind, belegt bzw. zusammengeschaltet werden. „Ist ein Batch aktiv, welcher als nächstes die Sahnedüsen benötigt, so gibt die Batch Software diese erst für diesen Batch B frei, wenn der zuvor aktive Batch A die Sahnedüsen nicht mehr braucht.“, erklärt Durbin. Die starke Integration der Batch Software und den ControlLogix L75 programmierbaren Automatisierungssteuerungen (PAC) als auch die dynamische Equipmentverwaltung vereinfachen den Code im PAC erheblich. FactoryTalk Batch und die ControlLogix PAC-Software erfüllen den ISA-88-Standard zur Steuerung von Batch-Prozessen. Nach diesem Standard entwickelte Systeme erlauben flexible Produktionsprozesse.
Softwarelösungen
Die Automatisierung aller Prozesse blieb nicht ohne Herausforderungen. So gibt es 18 Produktionslinien und zwölf Batch-Prozesse. „Die gesamte Anlage läuft 24 Stunden, sieben Tage die Woche das ganze Jahr über. Eine Herausforderung war z.B. die Verfügbarkeit des Batching-Systems auf dem Zentralserver. Aus diesem Grund haben wir FactoryTalk Batch in einer fehlertoleranten VMware-Umgebung installiert, um die Software von einzelnen Hardwareausfällen oder Netzwerkstörungen unabhängig zu machen“, so Durbin. VMware ist ein Encompass-Partner von Rockwell Automation, der Virtualisierungssoftware liefert. Für die Anlage wurde außerdem eine elektronische Datenhistorisierung gefordert. Aus diesem Grund zeichnet die integrierte Protokollierungsfunktion sämtliche Daten, wie den Empfang von Rohstoffen, CIP-Daten (Clean-in-Place für Lebensmittelanlagen) und die Aktivitäten der Batching-Komponenten, auf. Durbin dazu: „Die automatische Protokollierungsfunktion sendet sämtliche Daten an eine Datenbank, aus der wir für den Kunden alle erforderlichen Berichte zu Produktion, Entwicklung, Qualität oder Forschung und Entwicklung erstellen konnten.“ Diese Technologie ermöglicht mehr Ertrag und reduziert den Abfall im Vergleich zu anderen Anlagen des Unternehmens. „Wir nahmen Laborproben jeder eingehenden LKW-Lieferung Molkereizutat und verwendeten die exakten Ergebnisse zur genauen Klassifizierung unserer Batch-Zutaten. Wir sind davon ausgegangen, dass jede LKW-Ladung anders ist. Mit diesen Daten war immer die exakte Komponente in den Mischtanks vorhanden, was Verbesserungen in der Qualität zur Folge hatte.“, erläutert Durbin. Das Unternehmen plant bereits einen weiteren Ausbau der neuen Produktionsstätte. „Dabei geht es vor allem um die Verbindung einiger kleinerer Werke zu einer großen Produktionsstätte. Ziel ist es, die Effizienz zu verbessern und die Möglichkeit, wesentlich größere Batches zu bearbeiten und größere Produktionsmengen länger produzieren zu können“, so Durbin abschließend.
