Fabricante global de bebidas amplia capacidade e melhora consistência

Histórico
A segurança e a consistência do produto são fundamentais para qualquer processo de fabricação de bebidas. Há décadas, os produtores de bebida usam sistemas de lote não padrão para ajudar a manter a qualidade do processo e a produtividade.

Com cada vez mais regulamentações, um pool cada vez menor de trabalhadores habilidosos e demanda de mercado inflexível por mais variação de produtos, os produtores de bebida precisam de mais padronização do que nunca.

Quando um produtor global de bebidas destiladas, cerveja e vinho quis expandir a capacidade de sua fábrica em Illinois, ele recorreu à empresa de projeto de processo Barnum Mechanical, Inc. em busca de uma solução pronta para operar. A Barnum trabalhou com o Industrial Automation Group para criar o novo sistema de controle.

Localizado em Modesto, Califórnia, o Industrial Automation Group é especializado em soluções de controle de processo para o setor de alimentos e bebidas. A empresa é um integrador de sistemas reconhecido pela Rockwell Automation e um membro certificado pela Control System Integrators Association (CSIA).

Desafio
“Melhorar a eficiência do processo da base instalada era o principal objetivo dessa empresa de bebidas”, disse NinivTamimi, gerente de programas do Industrial Automation Group. “Além disso, ela queria aumentar a capacidade total adicionando armazenamento de matérias-primas, produtos intermediários, lotes e tanques de envasamento ao sistema que utilizava.”

A expansão da fábrica foi significativa e aumentou a quantidade de estações de trem/caminhão e tanques de armazenamento em cerca de 75% na área de recebimento. Houve um aumento semelhante na sala de misturas. Na área de envasamento, foram adicionados tanques e alguns tanques existentes foram transformados em “tanques flexíveis”, que podiam ser usados para envasamento ou armazenamento de matérias-primas.

“Durante a expansão das operações, a empresa pretendia migrar para uma solução de lote completa”, explicou Tamimi. “Eles queriam instalar um sistema eficiente compatível com S88.”

O padrão ANSI/ISA-88 (S88) fornece um conjunto consistente de terminologia e normas de controle de lote em sistemas de automação industrial, incluindo o modelo físico, os procedimentos e a gestão de receitas. O sistema existente não era compatível com S88.

“Um software de banco de dados comercial era usado para armazenamento de receitas, e todo o sistema de lote estava programado com código Visual Basic for Application (VBA) e uma IHM em obsolescência”, disse Tamimi. Para alcançar uma qualidade do produto aceitável com o sistema existente, a fábrica geralmente precisava implementar duas ou três correções por lote. O tempo de teste de cada correção de lote era de aproximadamente duas horas. Além disso, o sistema não tinha “recuperação de falha” nem recursos redundantes.

“Como resultado, se um servidor parasse de funcionar, o sistema poderia ficar parado de duas a quatro horas”, disse Tamimi. “Além de melhorar a qualidade do produto, o cliente precisava aumentar a disponibilidade do sistema.”

Finalmente, a empresa precisava de uma segurança melhor. O sistema existente tinha apenas três logins: operador, supervisor e administrador. As senhas de login podiam ser compartilhadas com facilidade entre todos os usuários. O cliente especificou que o novo sistema de processo incorporasse um login específico por usuário, desconexão automática e assinaturas eletrônicas.

Solução
O Industrial Automation Group aplicou uma solução de controle com base no sistema de automação de processo PlantPAx®, um SDCD moderno da Rockwell Automation.

“Com uma solução PlantPAx, podíamos projetar um sistema de alta disponibilidade que aproveitasse muitas tecnologias mais recentes, como a virtualização”, explicou Tamimi. “Escolhemos um ambiente virtual para esse aplicativo.”

A Rockwell Automation oferece suporte para virtualização com o software VMware® Ready e recomenda o uso de virtualização de servidor, além de usar o VMware vSphere® ao lidar com aplicativos de produção em tempo de execução. A virtualização de servidor remove a dependência de um sistema operacional host completo e fornece um ambiente muito mais estável para aplicativos essenciais.

O novo sistema inclui uma plataforma de controle multidisciplinar, expansível e habilitada por informações que combina controle discreto e de processo com comunicação e E/S intrinsecamente segura. O sistema totalmente redundante controla as aplicações nas áreas de processamento e os skids de limpeza no local. O controle remoto foi integrado para processamento perigoso de Classe 1 e Divisão 1. Instalaram estações de trabalho do operador na sala de controle e nas salas de lote. Uma estação de trabalho de engenharia também foi colocada na sala de controle para otimização do processo em tempo real.

Além disso, o sistema PlantPAx inclui recursos de visualização para supervisão com o objetivo de fornecer aos operadores informações ideais sobre o processo. Gestão de dados, desempenho e visibilidade e o software de gestão de produção fornecem controle de processo e lote.

Para manter a fábrica funcionando o máximo possível durante todo o processo de atualização, o Industrial Automation Group implementou o sistema em fases. Primeiro, as áreas de recebimento de líquido a granel, incluindo as novas estações rodoviária e ferroviária, e os novos tanques de armazenamento em massa foram colocados em operação. As sequências de limpeza no local também foram aplicadas a esses ativos.

Depois, o novo sistema de lote foi adicionado. Para implementar o sistema, 120 receitas originais foram recriadas. Devido à expansão da fábrica e aos novos ativos no sistema, a ordem de adição de materiais foi revisada como parte do processo para diminuir o tempo do lote e manter a qualidade.

“Testes rigorosos e controle de qualidade eram extremamente importantes”, disse Tamimi. “Precisávamos conferir se o novo sistema conseguiria executar as receitas existentes antes de encerrar o sistema antigo.” Assim que o teste de aceitação de fábrica (FAT) inicial terminou, a equipe integrou o novo sistema de controle durante um encerramento de duas semanas. O sistema foi testado novamente e os parâmetros e receitas ajustados conforme necessário.


Resultados
“A fábrica melhorou a produtividade e a consistência em geral”, disse Tamimi. “Além disso, a empresa pode adicionar novas receitas com mais facilidade com o sistema de lote, pois a maioria das operações e muitos procedimentos unitários são compartilhados.”

Para simplificar ainda mais o desenvolvimento de receitas, o sistema permite a priorização dinâmica com base na entrada do operador ou outras variáveis definidas. Graças ao gerenciador de materiais do software de lote, as receitas não precisam ser reescritas quando o mesmo material está em um tanque diferente.

Durante a fase de comissionamento, o Industrial Automation Group ajudou a empresa de bebidas a introduzir 50 receitas novas.

O sistema também melhora o relatório de limpeza no local. Ele rastreia todo o sequenciamento e gera relatórios automaticamente depois de cada ciclo de limpeza no local para documentar os procedimentos de limpeza adequados antes da execução do próximo lote.

Além disso, o sistema ajuda a garantir a consistência do produto.

“As matérias-primas nem sempre entram no sistema com as mesmas propriedades exatas definidas na receita”, explicou Tamimi. “Quando necessário, podemos atualizar os parâmetros no sistema, o que ajustará automaticamente a quantidade de ingredientes para cada receita.”

Com o sistema PlantPAx em vigor, a fábrica de bebidas alcançou a meta de fazer no máximo uma correção por lote.

Finalmente, o sistema ajudou a melhorar a segurança com logins individuais e assinaturas eletrônicas. O sistema também impõe uma desconexão automática de 15 minutos e exige que as credenciais sejam inseridas novamente para todos os itens críticos.