Rastreo contínuo de batches y producto con migración

Proyecto de migración de hardware en la planta procesadora de alimentos en Bramsche, Alemania

Leiber GmbH es un renombrado fabricante de productos alimenticios y alimentos para animales y ha utilizado por años la más moderna tecnología de automatización de plantas con el fin de mantener su planta productiva consistentemente (incluyendo los componentes de control) a la vanguardia de la tecnología. ProLeiT está apoyando a la compañía con éstas medidas para mejorar la seguridad de la planta y en particular para asegurar un rastreo contínuo de batches y de producción en la planta procesadora de alimentos de acuerdo al IFS (International Food Standard).
 
 

Planta procesadora de alimentos Leiber GmbH

Leiber GmbH fué fundada en 1954 y hasta la fecha continúa siendo una empresa 100% familiar. La planta produce desde 1994 adicionalmente a alimentos para animales, también productos alimenticios en forma de saborizantes y suplementos alimenticios. La base para la producción de saborizantes y sumplementos alimenticios es la levadura de cerveza, la cual se obtiene de las grandes cervecerías. De la levadura se extraen proteínas, aminoácidos, carbohidratos y vitaminas en su estructura natural mediante un procedimiento de desintegración enzimática natural y posteriormente son procesados para obtener diversos productos finales. En relación a los suplementos alimenticios o productos que ayudan al sistema imunológico, tales como betaglucan, el proceso de producción debe ser documentado contínuamente y la asignación de la materia prima debe ser posible a lo largo de todo el proceso de producción. Con el fin de poder cumplir con éstos requerimientos de acuerdo a la Regulación EU 178 / 2002 (General Food Law), Leiber GmbH se decidió por el sistema de control de procesos modular por batches PlantiT de ProLeiT cuando se vió ante la necesidad de reemplazar el controlador existente Alfa Laval, sistema que además cumple con el GMP,

Meta del proyecto de migración

La planta de alimentos Lieber GmbH en Bramsche que debía ser automatizada es una planta multi-ruta y multi producto que manufactura levadura y debía ser equipada con un sistema moderno sistema de control por batches. La planta emplea la levadura para poducir semiconcentrados en la pimera etapa del proceso, de los cuales se extraen los productos finales. Tanto para los semiconcentrados como par los productos finales existen ordenes de manufactura  SAP en forma de un plan de producción semanal.

La idea era crear un sistema que pudiera satisfacer los estatutos regulatorios en relación a las buenas prácticas de manufactura y al mismo tiempo ser lo suficientemente flexible para migrar parres integrales del hardware instalado. Lor requerimientos individuales eran:

• Control y monitoreo del proceso basado en estándares de control de procesos con adquisición de datos de producción relativa a órdenes y batches.
• Administración de recetas y procesamiento empleando interfaces de usuario gráficas.
• Administración y procesamiento de órdenes, incluyendo vistas multiniveles detalladas de ordenes actuales por medio de listas y matrices de batches
• Documentación de ordenes y batches de todos los datos relativos a los mismos, necesarios para asegurar el rastreo integrado de batches
• Administración de almacén y materiales con administración maestra de datos, vista general de inventarios, movimientos de almacén, registro preciso de todos los movimientos de materiales e inventarios relativos a batches y órdenes

Una demanda adicional del sistema de control de procesos de ProLeiT era el despliegue de parámetros de proceso relevantes relacionados a órdenes y datos característicos (checkpoints) para la evaluación detallada subsecuente de procesos de producción. Este desplegado puede suceder automáticamente o en forma de introducciones manuales que pueden ser introducidas durante una orden activa o subsecuentemente (resultados de laboratorio) para ordenes finalizadas. Cuestiones típicas para la evaluación de los datos desplegados pueden ser por ejemplo valor pH, contenido de la sustancia seca, temperatura del producto dentro de un período o un número particular de órdenes terminadas. Estos análisis del proceso no son empleados solamente para el aseguramiento de la calidad sino simultáneamente también como base para la optimización de futuros procesos.

Con el fin de llegar a una solución para éste reto se empleó en sistema de control de procesos PlantiT de ProLeiT AG, el cual tiene una arquitectura cliente-servidor basada en la plataforma Microsoft. La arquitectura modular de PlantiT y la configuración central basada en bases de datos son la base para una escalabilidad casi ilimitada desde sistemas stand alone hasta sistemas multiservidor.

Módulos PlantiT

Adicionalmente a funciones básicas de control de procesos tales como control de operador y monitoreo (DirectiT) o adquisición de datos de producción (acqui iT), el sistema también cuenta con una administración de batches innovativa que cumple con el standard ISA S88.

Plant Batch iT es un sistema para los requerimientos específicos de procesos por batches tomando en consideración aspectos de la adminsitración de materiales. La herramienta de configuración Configuration Client parametriza la estructura tecnológica de la planta. Aquí se configuran los parámetros específicos de la unidades de la planta, así como las fases necesarias, operaciones y recetas. De ésta manera emerge un modelo de planta para la creación de directrices de producción y recetas de control. El servidor Batch iT ejecuta funciones de coordinación centrales, las directrices de producción (recetas básicas) son creadas y administradas empleando el Administrador Plant Batch iT. Plant Batch iT posee un elemento administrador de materiales con rastreo de batches integrado, de ésta manera asegura una documentación contínua de todos los datos de proceso y flujo de materiales.

En el caso de la planta de alimentos de Leiber GmbH, ésto significa que aún en la etapa de pesaje de la levadura recién llegada, cada porción puede ser identificada automáticamente en el sistema de batches empleando el peso, proveedor, número de entrega de batch y fecha de recepción. Estos identificadores únicos de la levadura entrante acompañan al batch durante todo el proceso en la planta y son complementados con datos de calidad del laboratorio en cada una de las etapas del proceso. Aún en los casos de procesos de mezclado de diferentes batches de materia prima, aditivos combinadores (como por ejemplo enzimas) y el proceso de autolisis, etc. se retiene los datos de las cantidades prooprcionales de los materiales básicos individuales dentro de los productos finales y su correlación directa con número de entrega del batch. Un reto particular en relación al rastreo contínuo concerniente al proyecto de migración era la transición de un proceso de batch puro (autolisis enzimática) a un proceso contínuo de preparación de levadura. Mediante el modelado de batches con delineación precisa del batch, coordinado estrechamente con Leiber GmbH, se pudo asegurar que aún con una transición tan compleja, no se perdió la asignación del batch en el administrador de materiales Plant Batch iT.

Control de niveles  /  enlace a subsistemas existentes

Dentro del marco del proyecto se reemplazó en controlador existente SattCon200 de ABB (anteriormente Alfa Laval) con un Simatic S7-400. Adicionalente se automatizó una línea separadora, en donde se transfirieron las tareas de control de un controlador SattCon 5 a un Simatic S7-300. La comunicación entre ambos PLCs y el servidor redundante tiene lugar mediante Ethernet.

Con el fin de minimizar los costos del proyecto se conservaron los módulos de entrada / salida de campo y se anlazaron con el nuevo sistema de control via interfaces de Profibus DP. En el caso de los módulos más nuevos de entrada / salida de ABB, se pudo reemplezar el adaptador para ControlNet (200 ACN) por adaptadores Profibus del tipo 200 APB 12. Una proporción grande de las señales de campo sin embargo estaba conectada a los módulos entrada / salida del SattCon, para los cuales ABB no provée adaptadores apropiados. En éste caso se encontró un fabricante sueco para éstos módulos, quien provée una tarjeta (PBI) especialmente desarrollada para ésta aplicación. Esto significó que la tarjeta existente de comunicación en el bastidor del PLC se reemplazó con la tarjeta PBI. Tras la conección del adaptador Profibus al hardware del Simatic S7-400 se pudo tener acceso directo a las señales de campo. 
 
 

Bastidor de SattCon 35 con tarjeta PBI

Adicionalmente a los dos PLCs en la planta de productos alimenticios se conectaron otros dos controladores Simatic S7-400 vía Ethernet. La comunicación entre la planta de productos alimenticios y la de alimentos sirve para intercambiar datos de recepción de camiones (materia prima, proveedor, placa del vehículo, identificación de pesaje, localidad de pesaje y recepción) en una báscula común de pesaje de camiones y para intercambiar datos binarios y analógicos adicionales (control de bombas y válvulas, consulta de nivel de tanques, etc.). Gracias a la nueva red integral Ethernet instalada en toda la planta fué posible realizar un intercambio comprensivo de señales.

Control de Batches

La planta de productos alimenticios exigió fuertemente al sistema de control por batches debido a que el proceso de fabricación contiene tanto elementos de batch como elementos contínuos. Por éso los materiales salientes se presentan batch tras batch en forma de batches individuales en contenedores de autolisis y los batches individuales se incian en intervalos diferidos. De ésta manera se obtiene desde el punto de vista de batches un procesos casi contínuo. El inicio del pedido tiene lugar automáticamente en un momento definido por la planeación de producción (fecha y hora). De ésta manera el inicio de un pedido puede también tener lugar cuando el personal operador está ausente.

Debido a que cada orden pasa por diversas secciones de la planta en el transcurso de su fabricación y a que diversos pedidos están activos al mismo tiempo, es necesaria una sincronización exacta en el sistema. Se deben reservar secciones de la planta para un determinado pedido durante el período de su producción y posteriormente deben ser liberadas de nuevo, de tal manera que estén disponibles para el siguiente pedido. En caso de que haya momentos en que las secciones no estén reservadas para un determinado pedido activo, debe ser posible, por ejemplo, iniciar un proceso de CIP (Cleaning In Place) de manera flexible. 

 
 

Gráfica del proceso de autolisis

Estos procesos de producción optimizados en tiempo exigen cada vez más del rastreo de batches en tanto más pedidos entren en actividad al mismo tiempo en la planta. Esto significa que el programa de aplicación debe ejecutar flexiblemente las contabilizaciones ocasionadas por las modificaciones de las combinaciones fuente  /  destino durante el pedido en marcha, es decir contenedores fuente de los cuales se retira materia prima y contenedores destino a los cuales se envía producto final.

Todo el control de batches tiene lugar en el sistema de control de procesos Plant iT a través de la herramienta central, el administrador Batch iT, el cual provée esencialmente las siguientes funciones:

• Generación y administración de recetas incluyendo control de versión y transferencia de listas de planta desde sistemas superpuestos como por ejemplo SAP / R3
• Creación y procesamiento de órdenes / pedidos a través de una lista central de ordenes
• Monitoreo y control de ordenes activas a través de la matriz de batches y las listas de batches
• Monitoreo y control de todos los recursos relevantes a los procesos en relación a su estado y disponibilidad para el procesamiento de pedidos
• Creación y archivamiento electrónico de reportes de batches
• Acceso a reportes de batches activos o archivados o su exprotación para procesamiento poesterior (Excel de Microsoft)

Conclusión

Es un hecho que gracias al empleo del sistema de control de procesos y batches Plant iT de ProLeiT se logró el mapeo del complejo proceso de fabricación de la planta de productos alimenticios de Leiber GmbH, así como la implementación del rastreo contínuo de batches, aún bajo la transición de un proceso de batches a un proceso contínuo. Esto asegura el prerequisito vital de aseguramiento de la calidad permanente en Leiber GmbH.