Un fabricant de boissons étend sa capacité et améliore la cohérence

Contexte
La sécurité et la cohérence du produit sont essentielles dans tous les procédés de fabrication de boissons. Pendant des décennies, les fabricants de boissons ont utilisé des systèmes de lot non standard pour maintenir la qualité des procédés et le rendement.

Face à la multiplication des réglementations, à la baisse du nombre d'ouvriers compétents et à la demande permanente du marché de déclinaisons des produits, les fabricants de boissons ont plus que jamais besoin de standardisation.

Lorsqu'un fabricant mondial de boissons distillées, de bière et de vin a voulu étendre les capacités de son usine de l'Illinois, il a contacté l'entreprise de conception de procédés Barnum Mechanical, Inc. pour obtenir une solution clé en main. Barnum a engagé Industrial Automation Group pour son nouveau système de commande.

Basé à Modesto (Californie), Industrial Automation Group est spécialisé dans les solutions de contrôle des processus pour l'industrie agroalimentaire. L'entreprise est un intégrateur système Rockwell Automation reconnu et un membre certifié de la Control System Integrators Association (CSIA).

Défi
« L'amélioration de l'efficacité des procédés de la base installée était un objectif clé pour cette entreprise de boissons », explique Niniv Tamimi, gestionnaire de programme chez Industrial Automation Group. « Ils avaient également prévu d'augmenter leur capacité totale en ajoutant des réservoirs de stockage de matières premières, intermédiaires, de lots et de mise en bouteille dans leur système. »

L'expansion de l'usine a été importante et a augmenté les stations de wagons/camions et les réservoirs de stockage d'environ 75 % dans la zone de livraison. La salle des mélanges a subi un agrandissement semblable. Dans la zone d'embouteillage, des réservoirs ont été ajoutés et des réservoirs existants ont été transformés en « réservoirs flexibles » pouvant être utilisés pour l'embouteillage ou le stockage de matières premières.

« Au fur et à mesure qu'elle développait son activité, l'entreprise prévoyait de migrer vers une solution par lots de type tout-en-un », explique M. Tamimi. « Elle voulait installer un système efficace, conforme S88. »

La norme ANSI/ISA-88 (S88) fournit un ensemble cohérent de termes et de normes pour le contrôle de lots dans les systèmes d'automatisation industrielle, dont le modèle physique, les procédures et la gestion des recettes. Le système existant n'était pas conforme à la norme S88.

« Le stockage des recettes s'effectuait dans un logiciel de base de données commercial, et tout leur système de lots était programmé avec du code VBA (Visual Basic for Applications) et leur IHM existante », indique M. Tamimi. Pour obtenir une qualité de produit acceptable avec le système actuel, l'usine devait souvent effectuer deux ou trois corrections de lot pour chaque lot. Pour chaque correction de lot, le temps de test était d'environ deux heures. De plus, le système n'avait pas de fonctionnalités redondantes ou de basculement.

« Ainsi, si un serveur tombait en panne, le système pouvait être indisponible pendant deux à quatre heures », souligne M. Tamimi. « En plus d'améliorer la qualité du produit, notre client devait augmenter la disponibilité du système. »

Enfin et surtout, l'entreprise recherchait une sécurité améliorée. Le système existant n'avait que trois connexions : Opérateur, Superviseur et Administrateur. Les mots de passe pour les connexions pouvaient être facilement partagés entre tous les utilisateurs. Le client avait indiqué que le nouveau système de procédé devait inclure une connexion spécifique à l'utilisateur, une déconnexion automatique et des signatures électroniques.

Solution
Industrial Automation Group a appliqué une solution de commande s'appuyant sur le système d'automatisation des procédés PlantPAx®, un système de contrôle-commande moderne de Rockwell Automation.

« Avec une solution PlantPAx, nous avons pu concevoir un système haute disponibilité capable d'exploiter de nombreuses technologies récentes, comme la virtualisation », note M. Tamimi. « Nous avons choisi un environnement virtuel pour cette application. »

Rockwell Automation prend en charge la virtualisation avec le logiciel VMware® Ready et recommande l'utilisation de la virtualisation de serveur et de VMware vSphere® avec les applications de production d'exécution. La virtualisation de serveur supprime la dépendance à un système d'exploitation (SE) hôte complet et fournit un environnement beaucoup plus stable pour les applications critiques.

Le nouveau système comprend une plate-forme de commande compatible informations évolutive et pluridisciplinaire, qui associe le contrôle des procédés et la commande discrète avec une communication et des E/S à sécurité intrinsèque. Le système entièrement redondant contrôle les applications dans les zones de traitement, ainsi que dans les réservoirs de nettoyage en place (NEP). Une commande à distance a été intégrée pour le traitement dangereux de Classe 1, Division 1. Des postes de conduite ont été installés dans la salle de commande et les salles de lots. Une station de travail d'ingénierie a également été prévue dans la salle de commande pour l'optimisation des procédés en direct.

De plus, le système PlantPAx comprend des fonctionnalités de visualisation au niveau de la surveillance qui fournissent aux opérateurs des données optimales sur les informations relatives aux procédés. La gestion des données, les performances et la visibilité, et le logiciel de gestion de la production assurent le contrôle des procédés et des lots.

Pour que l'usine continue à fonctionner autant que possible tout au long de l'actualisation, Industrial Automation Group a mis en place le système par phases. Tout d'abord, les zones de livraison du liquide par lots, comprenant les nouvelles stations ferroviaires et routières, ainsi que les nouveaux réservoirs de stockage par lots, ont été mis en ligne. Des séquences NEP ont également été appliquées à ces actifs.

Ensuite, le nouveau système de lots a été ajouté. Pour mettre en place le système, 120 recettes originales ont été recréées. En raison de l'extension de l'usine et des nouveaux actifs dans le système, l'ordre d'ajouts de matière a été révisé dans le cadre des procédés, afin de diminuer la durée de production du lot et de maintenir la qualité.

« Il était extrêmement important de mettre en place des tests et un contrôle qualité rigoureux », souligne M. Tamimi. « Nous avons dû prouver que le nouveau système pouvait exploiter les recettes existantes avant de retirer l'ancien. » Une fois les tests de validation en usine initiaux terminés, l'équipe a intégré le nouveau système de commande au cours d'un arrêt de deux semaines. Le système a été testé de manière plus poussée, et les paramètres et les recettes ont été adaptés si nécessaire.


Résultats
« L'usine a globalement amélioré le flux de production et la cohérence », explique M. Tamimi. « De plus, l'entreprise peut ajouter de nouvelles recettes plus facilement dans le système de lot, car la plupart des opérations et des procédures d'unité sont partagées. »

Pour simplifier davantage le développement de recettes, le système permet d'effectuer une hiérarchisation dynamique d'après les entrées opérateur ou d'autres variables prédéfinies. Grâce au gestionnaire de matière du logiciel de lots, il n'est pas nécessaire de réécrire les recettes si la même matière se trouve dans un autre réservoir.

Pendant la phase de mise en service, Industrial Automation Group a aidé l'entreprise de boissons à introduire 50 nouvelles recettes.

Le système améliore également les rapports NEP. Il suit tout le classement et génère automatiquement des rapports à la fin de chaque cycle NEP, afin de documenter les procédures de nettoyage appropriées avant le lancement du lot suivant.

De plus, le système aide à assurer la cohérence du produit.

« Lorsqu'elles entrent dans le système, les matières premières n'ont pas toujours exactement les mêmes propriétés que celles qui sont définies dans la recette », explique M. Tamimi. « Si cela se produit, nous pouvons mettre à jour les paramètres du système, qui ajustera automatiquement les quantités d'ingrédients pour chaque recette. »

Une fois le système PlantPAx en place, l'usine de boissons a atteint son objectif d'une seule correction de lot par lot.

Enfin, cette solution a permis de renforcer la sécurité avec des connexions individuelles et des signatures électroniques. Le système impose également une déconnexion automatique après 15 minutes et requiert une nouvelle saisie des informations d'identification pour tous les éléments critiques.