글로벌 음료 제조업체, 생산량 증대 및 일관성 향상

배경
제품 안전과 일관성은 모든 음료 제조 프로세스의 핵심입니다. 음료 생산업체는 지난 수십 년간 표준이 아닌 배치 시스템을 사용하여 프로세스 품질과 처리량을 유지해 왔습니다.

규제 강화, 숙련된 작업자 감소, 더 다양한 제품에 대한 끊임없는 시장 수요에 직면함에 따라 음료 생산업체는 전보다 더 많은 표준화를 요구하고 있습니다.

증류 음료, 맥주 및 와인을 생산하는 한 글로벌 업체는 일리노이 공장의 생산량을 확대하려는 계획을 세우며 턴키 솔루션을 구현하기 위해 프로세스 설계 회사인 Barnum Mechanical, Inc.에 접촉했습니다. Barnum은 이 새로운 제어 시스템을 구축하기 위해 Industrial Automation Group과 계약을 맺었습니다.

캘리포니아 주의 머데스토에 본사를 둔 Industrial Automation Group은 식음료(F&B) 산업을 위한 프로세스 컨트롤 솔루션을 전문으로 개발하는 회사입니다. 이 회사는 로크웰 오토메이션에서 인정한 시스템 통합업체이자 CSIA(Control System Integrators Association) 인증 회원입니다.

과제
"설치된 기초 자산의 프로세스 효율성을 높이는 것이 이 음료 회사의 핵심 목표였습니다." Industrial Automation Group의 프로그램 관리자인 NinivTamimi의 말입니다. "또한 이 회사는 시스템에 원재료 보관, 중간, 배치 및 병입 탱크를 추가하여 총 생산량을 늘리고자 했습니다."

공장의 대규모 확장으로 열차/트럭 정거장 및 저장 탱크의 수가 약 75%나 대폭 증가했습니다. 이에 따라 혼합실도 확장되었습니다. 병입 시설의 탱크를 추가했고, 기존 탱크 중 일부를 병입이나 원재료 저장에 사용할 수 있는 "유연 탱크"로 전환했습니다.

"이 회사는 운영을 확대함에 따라 "일체형" 배치 솔루션으로 마이그레이션할 계획을 세웠습니다." Tamimi의 설명입니다. "이들은 S88을 준수하는 효율적인 시스템을 설치하길 원했습니다."

ANSI/ISA-88(S88) 표준은 물리적 모델, 절차 및 레시피 관리를 포함한 산업 자동화 시스템의 배치 제어를 위해 일관적인 용어 및 표준을 제공합니다. 기존 시스템은 S88을 준수하지 않았습니다.

"유료 데이터베이스 소프트웨어로 레시피를 저장하고 있었고, 이 회사의 전체 배치 시스템은 VBA(Visual Basic for Application) 코드와 자체 레거시 HMI로 프로그래밍되었습니다." Tamimi의 말입니다. 이 공장의 기존 시스템으로 허용되는 제품 품질을 달성하려면 배치당 두세 번이나 수정해야 했습니다. 배치 수정당 걸리는 테스트 시간은 약 2시간이었습니다. 게다가 이 시스템에는 "장애 복구" 기능이나 중복 기능이 없었습니다.

"따라서 서버가 다운되면 시스템은 두 시간에서 네 시간 정도 꺼져 있었던 거죠." Tamimi의 말입니다. "이 고객은 제품 품질을 개선하는 동시에 시스템 가용성도 높여야 했습니다."

마지막으로 이 회사는 보안을 강화해야 했습니다. 기존 시스템에는 운전자, 감독자, 관리자라는 세 가지 로그인만 사용할 수 있었습니다. 모든 사용자가 로그인 암호를 손쉽게 공유할 수 있었습니다. 이 고객은 새로운 프로세스 시스템에서 사용자별 로그인, 자동 로그아웃, 전자 서명을 통합하도록 지정했습니다.

솔루션
Industrial Automation Group은 로크웰 오토메이션의 현대적 분산제어시스템(DCS)인 PlantPAx® 프로세스 자동화 시스템에 기반한 제어 솔루션을 적용했습니다.

"우리는 PlantPAx 솔루션을 통해 가상화 등 여러 최신 기술을 활용하는 고가용성 시스템을 설계했다"고 Tamimi가 설명합니다. "우리는 이 애플리케이션을 위해 가상 환경을 선택했습니다."

로크웰 오토메이션은 VMware® Ready 소프트웨어로 가상화를 지원하며, 실행 중인 생산 애플리케이션을 다룰 때 서버 가상화 및 VMware vSphere®를 사용할 것을 권장합니다. 서버 가상화는 전체 호스트 운영 체제(OS)에 의존할 필요성을 없애고, 핵심 애플리케이션에 훨씬 더 안정적인 환경을 제공합니다.

이 새로운 시스템에는 프로세스 및 이산 제어를 통신 및 본질적 안전 I/O과 결합한, 정보 기반의 확장형 복합 제어 플랫폼이 포함되어 있습니다. 이 완전 중복형 시스템은 공정 영역의 애플리케이션은 물론 CIP(현장 청소) 스키드도 제어합니다. 위험한 Class 1, Division 1 공정을 위해 원격 제어를 통합하고, 제어실과 배치실에 작업자 워크스테이션을 설치했습니다. 실시간 프로세스 최적화를 위해 제어실에 EWS도 배치했습니다.

또한 PlantPAx 시스템에는 감시 수준 시각화 기능도 있어 운전자가 프로세스 정보를 철저히 파악할 수 있습니다. 데이터 관리, 성능 및 가시성, 생산 관리 소프트웨어는 프로세스 및 배치를 제어합니다.

Industrial Automation Group은 업그레이드 과정에서 공장 가동을 최대로 유지하기 위해 시스템을 단계적으로 구현했습니다. 먼저 새로운 트럭 및 철도역 등의 대용량 액체 수용 영역은 물론, 새로운 대용량 저장 탱크가 라인에 추가되었습니다. 현장 청소 시퀀스도 이러한 자산에 적용되었습니다.

다음으로 새로운 배치 시스템이 추가되었습니다. 이 시스템을 구현하기 위해 120가지의 오리지널 레시피를 다시 작성했습니다. 공장 확장과 이 시스템의 새로운 자산으로 인해 배치 시간을 줄이고 품질을 유지하기 위한 프로세스의 일부로 재료 추가 순서가 수정되었습니다.

"엄격한 테스트 및 품질 관리가 매우 중요했다"고 Tamimi가 말합니다. "우리는 이전 시스템을 제거하기 전에 새로운 시스템이 기존 레시피를 실행할 수 있음을 입증해야 했습니다." 초기 공장 인수 시험(FAT)이 완료되자 팀은 2주의 가동 중단 기간에 새로운 제어 시스템을 통합했습니다. 시스템을 추가로 테스트했고, 필요에 따라 파라미터와 레시피를 조정했습니다.


결과
"이 공장의 전반적인 처리량과 일관성이 향상됐다"고 Tamimi가 설명합니다. "뿐만 아니라 대부분의 운영 및 단위 절차를 공유하기 때문에 배치 시스템으로 새로운 레시피를 더 쉽게 추가할 수 있게 됐습니다."

이 시스템은 레시피 개발을 더욱 간소화할 수 있도록 운전자 입력 또는 기타 정의된 변수를 기반으로 하는 동적 우선 순위 결정을 지원합니다. 배치 소프트웨어 내의 재료 관리자 기능 덕분에 다른 탱크에 동일한 재료가 있는 경우 레시피를 다시 작성할 필요가 없습니다.

시운전 단계에서 Industrial Automation Group은 이 음료 회사가 50가지의 새로운 레시피를 도입하도록 지원했습니다.

이 시스템은 현장 청소 보고도 개선합니다. 모든 시퀀싱을 추적하고 현장 청소 주기가 완료될 때마다 보고서를 자동 생성함으로써 다음 배치가 실행되기 전에 적절한 청소 절차를 문서화합니다.

또한 이 시스템은 제품 일관성도 보장합니다.

"항상 레시피에 정의된 것과 정확히 같은 속성의 원재료가 시스템에 투입되지는 않는다"고 Tamimi가 설명합니다. "이 경우 우리는 시스템의 파라미터를 업데이트하여 레시피별 재료의 양을 자동 조정할 수 있도록 합니다."

이 음료 공장은 PlantPAx 시스템을 배포하여 배치당 수정 한 건 이하라는 목표를 달성했습니다.

마지막으로 이 시스템은 개별 로그인과 전자 서명으로 보안을 한층 강화합니다. 또한 15분 자동 로그아웃을 적용하고, 모든 핵심 항목에 대해 자격증명 재입력을 요구합니다.