Print

Redundance je klíčem k budoucnosti skláren

-- 15.10.09

Kombinace velmi intenzivního a horkého procesu a dlouhých období mezi odstávkami si žádá robustní a odolný řídicí systém. V této aplikaci se využívá redundantní řídicí systém a opětovně byly také použity skříně a kabeláž původního řídicího systému.

Zatímco mnoho závodů s kontinuálními procesy běží po dlouhá období bez odstávek, sklárny bezesporu patří k nejnáročnějším. Závody na výrobu plaveného skla jsou v provozu obvykle kolem 15 let, než se odstaví a než nechají své pece rozžhavené na teplotu 1 650 °C zcela vychladnout. Čištění, opravy a modernizace pecí a výrobních linek se během tohoto období oprav provádějí horečným tempem, protože každá minuta odstávky se projeví ve finančních výsledcích firmy. Nicméně selhání systému může zapříčinit mnohaměsíční odstávku a zničit pec za miliony dolarů. Proto se výrobci spoléhají na úspěšné opravy za studena, které následně umožní zajistit nepřetržitý tok skla.

Při plánování oprav za studena chtějí mít operátoři vše rozvrženo do fází, aby si mohli připravit všechny případně nutné položky. U jedné takové odstávky museli technici v závodě Cardinal Glass Industries ve městě Menomonie ve státě Wisconsin zvažovat mnoho okolností. Vysoko na seznamu priorit byl řídicí systém odpovědný za každý aspekt „horkého konce“ – od zajištění správných směsí surovin až po kontrolu kvality hotového výrobku, která musí splňovat nebo překračovat specifikace zákazníka.

Závod na výrobu plaveného skla v Menomonie nedávno dokončil cyklus opravy za studena za dobu 90 dnů. Mark Gehrke, elektrotechnik této společnosti, hrál klíčovou roli při určování, jaké modifikace řídicího systému budou zapotřebí k tomu, aby závod mohl dalších 15 let dodávat sklo výrobcům oken pro obytnou výstavbu. I když stávající systém splňoval požadavky pro řízení, při představě dalších 15 let provozu si Gehrke uvědomoval, že je nutná modernizace. Potřeboval plně redundantní řídicí systém s otevřenými komunikačními rozhraními a flexibilitou. Chtěl také systém, který by poskytoval komplexní a snadno použitelné údaje o trendech procesních parametrů pro další analýzu. Ale na prvním místě jeho výběrových kritérií stála především spolehlivost.

Redundance vítězí

Po vyhodnocení nabídek řady dodavatelů byl zvolen integrovaný automatizační a řídicí systém společnosti Siemens Energy & Automation. „Redundance systému Siemens PCS 7 byla mnohem lepší než u jiných systémů, na které jsme se dívali,“ říká Gehrke. „Byla jedním z hlavních faktorů pro rozhodování. Implementace redundantního systému Siemens zahrnovala méně kroků. Pokud bychom chtěli přidat I/O u jiných systémů, museli bychom přehazovat jedničky a nuly. Také implementace systému Siemens byla velmi jednoduchá.“

Řešením modernizace, které bylo zvoleno pro závod v Menomonie, byl plně redundantní řídicí systém Siemens Simatic PCS 7, operátorská stanice, technická stanice, frekvenční měniče, I/O Profibus a přes 30 tlakových a teplotních snímačů Sitrans. Za účelem využití digitálního fieldbusu a hladké implementace vyměnila společnost Cardinal Glass elektroniku ve svých stávajících analogových přístrojích typu 4-20 za komunikační moduly Profibus PA. „Profibus nám pomohl zbavit se rozsáhlého ručního nastavování v technické stanici,“ vysvětluje Gehrke. „Také jsme se rozhodli umístit řídicí prvek do všech našich výrobních oblastí, i když bychom mohli pro celou operaci použít jen jediný řídicí prvek. Pro rozdělení jsme se rozhodli z důvodu redundance a možnosti izolovat problémy.“

Gehrke má za to, že významným důvodem, proč závod v Menomonie dodržel svůj 90denní rozvrh na opravu za studena, bylo to, že mohl vybavit stávající řídicí skříně novým hardwarem. „V podstatě jsme ty skříně vyprázdnili a začali znovu,“ objasňuje. „Zachovali jsme kabelová připojení a svorkovnice jsme umístili do spodní části. Byla to jediná možnost, jak to dokázat včas a v rámci rozpočtu.“

Od kmenárny k řezání

Proces výroby skla plavením začíná přesným smícháním osmi surovin v kmenárně sklárny. Systém PCS 7 komunikuje se dvěma řídicími prvky S7 417, jedním pro manuální operace a vykládku a druhým pro přípravu vsázek. Zároveň jsou k ostatním surovinám přimíchávány střepy (recyklované sklo). Při objemu taveniny, jejíž zpracování je plánováno na tři dny, může sebemenší chyba při přípravě vsázek, ohřívání nebo chlazení znehodnotit mnoho tun výrobku. „Výrobní proces si představte jako řeku,“ přirovnává Gehrke. „Tok obsahuje víry, které se do proudu zařezávají po dny, týdny nebo měsíce. Řídicí systém minimalizuje riziko těchto problémů, které pak také mohou trvat dny, týdny nebo měsíce.“

Když sklo vstupuje do cínové lázně, která je tvářecí sekcí linky, teplota je přibližně 1 200 °C. V cínové lázni sklo vypluje na povrch nádrže roztaveného cínu, kde pak horní válečkové stroje přesně nastavují šířku a tloušťku roztaveného skla. Hliněný kryt otvoru sklářské pece řídí tok roztaveného skla do cínové lázně. Odporové topné články zavěšené nad roztaveným cínem zahřívají různé oblasti proudu, aby byla zajištěna správná tloušťka a šířka. Teplotu cínové lázně udržuje regulátor výkonu Thyro-P, jenž je integrovaný do řídicího systému PCS 7.

Každý horní válečkový stroj je řízen frekvenčním měničem a synchronními motory připojenými k řídicímu systému po sběrnici Profibus. Koordinace mezi pohony, motory a řídicím systémem zajišťuje přesná nastavení pro výrobu skla v toleranci 25 mikrometrů. Zároveň se zde udržuje vnitřní atmosféra dusíku a vodíku pro ochranu před oxidací roztaveného cínu. „Atmosféru na cínové lázni udržujeme pomocí akčních členů a tlakových senzorů Sitrans, jež jsou připojeny přes Profibus PA k řídicímu prvku rizikové oblasti,“ říká Gehrke. „Tento patentovaný proces chrání před defekty a zajišťuje čistý povrch skla.“ Poté, co pás skla opustí cínovou lázeň, vyzvedávací válečky jej navedou do chladicí pece, kde proběhne chlazení.

Chladicí pec, řízená frekvenčními měniči Masterdrive, sklo postupně ochlazuje. Tento řízený proces chlazení, automatizovaný systémem PCS 7 a řídicím prvkem rizikové oblasti, zajišťuje správnou pevnost a schopnost řezat dokončené výrobky – okna o tloušťce 1,6 až 7 mm, která jsou určena pro obytnou výstavbu. Protože jsou frekvenční měniče programovány a komunikují prostřednictvím sběrnice Profibus, technici mohou pohony a konfigurace rychle měnit podle potřeby. Gerhke dále uvádí, že tato schopnost rychle on-line stahovat parametry konfigurace a provádět změny snižuje dobu odstávky a neovlivňuje provoz. A navíc, protože operátoři mohou nyní monitorovat teplotu a stav veškeré jejich přístrojové techniky, se doba odstávky dále snižuje. „Po sběrnici Profibus dostáváme mnohem lepší zpětnou vazbu,“ pokračuje Gehrke. „Operátoři ihned vědí, že na zařízení se vyvíjí závada nebo se přehřívá.

Tato diagnostika nám umožňuje zasáhnout ještě předtím, než přístroj selže.“ Při výstupu z chladicí pece je sklo po celé šířce testováno na správnou tloušťku. Pokud je jakákoli část skla mimo specifikace, je automaticky označena a odeslána k recyklaci do kmenárny. Navíc je na lince umístěna laserová inspekční komora, která dovoluje ještě podrobnější celoplošnou analýzu (100 % povrchu skla) zaměřenou na detekci defektů a deformací. Počítačem řízené příčné řezačky narýhují sklo podle příslušných objednávek zákazníka.

Hlavní linka poté naláme sklo v rýhách a upraví hrany podle specifikací. Odpadní sklo je pak přemístěno do kmenárny, kde se použije jako střepy pro plnění. Dokončené výrobky jsou posléze nasměrovány na jednotlivé linky, kde jsou baleny a odesílány výrobcům oken a dveří pro obytnou výstavbu. „Během celého procesu mohou operátoři sledovat parametry, k nimž dříve neměli přístup,“ hodnotí stávající situaci Gehrke. „Nyní mohou sami resetovat chyby a analyzovat trendy procesních dat. Dříve se museli s těmito problémy obracet na mne.“

Nepřetržitá spolehlivost

Chris Granley je technologický manažer závodu v Menomonie a jeho hlavním úkolem je zajistit, aby vše v závodě běželo nepřetržitě až do následující opravy za studena plánované za dalších 15 let. „Spolehlivost řídicího systému Siemens PCS 7 na mne udělala velký dojem,“ konstatuje. „Od přechodu na nová zařízení jsme s řídicím systémem na horkém konci neměli žádné problémy.“ Líbí se mu nové systémové nástroje, zejména zobrazování trendů, diagnostika a alarmové funkce pro monitorování běhu systému a diagnostiku případných problémů s procesním zařízením.

Mark Kehne, vedoucí výroby tohoto závodu, se také naučil využívat tento systém při plnění svých výrobních cílů. Kehne, který se v tomto kontextu sám označuje za konečného uživatele, úzce spolupracuje s Gehrkem na zvýšení kvality a objemu výroby. „Náš nový proces je mnohem přímočařejší,“ svěřuje se Kehne. „Používám tento systém jako nástroj, který mi pomáhá řešit problémy a provádět analýzu jejich hlavní příčiny. Systém PCS 7 významně omezil potenciál vzniku chyb. Pokud vidí, že se něco pohybuje určitým směrem, když se to má pohybovat jinak, buď automaticky problém kompenzuje, nebo upozorní na situaci operátora.“ Kehne říká, že nyní dosahuje výsledků rychleji a může uzavřenou smyčku vyladit snadněji. Podle jeho slov bývaly zásahy do výroby často příliš rychlé nebo příliš pomalé. Stávalo se, že operátoři občasné změny parametrů kompenzovali přehnaně nebo nedostatečně.

„Nyní se mohu obrátit na Marka Gehrkeho a společně dosáhneme našich cílů s menším počtem iterací téhož zásahu, než tomu obvykle bylo před opravou za studena,“ dodává Kehne. „Nový řídicí systém je mnohem lepší než ten, který jsme měli dříve.“ „Spolehlivost je nejdůležitějším aspektem řídicího systému,“ připomíná Gehrke. „Systém PCS 7 splnil všechna naše očekávání, pokud jde o spolehlivost. Nejenže funguje bez chyby, ale také pomáhá rychle řešit problémy v závodě. Je příjemné, že už vám nikdo nevolá v jednu hodinu po půlnoci ohledně problému ve výrobě, který naši operátoři nyní mohou napravovat sami.“ „Řídicí systém PCS 7 dnes spolehlivě automatizuje celý horký konec výrobního procesu a poskytuje údaje o trendech, provádí diagnostiku a zajišťuje komunikaci potřebnou pro udržení chodu závodu po dalších 15 let,“ pochvaluje si systém Gehrke.

Moin Shaikh je marketingový manažer pro automatizaci procesů společnosti Siemens Energy & Automation. Kontaktujte jej na adrese moin.shaikh@siemens.com.

 

 

Autor: Moin Shaikh


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI