Producción por lotes inteligente: Control modular gracias al SIMATIC PCS neo

Siemens ha lanzado al mercado el nuevo SIMATIC PCS neo. El reciente sistema nace para dar respuesta a los nuevos requerimientos en el contexto de la digitalización y será el núcleo del gemelo digital de Siemens para la Industria de Proceso – donde la ingeniería, la simulación y la automatización se unen para representar el gemelo digital holístico de una planta.

 Una de las principales tendencias del futuro es construir plantas cada vez más modulares. Las plantas químicas y farmacéuticas, así como las de alimentación, se diseñan y construyen cada vez más de esta forma para poder ganar flexibilidad, tener mayor variabilidad del producto y reducir los “time to market”.

En el presente artículo trataremos de describir como el SIMTATIC PCS neo soluciona la automatización modular y crea una nueva generación del control batch: Producción por lotes inteligente.

Producción Modular

La Producción modular consiste en el diseño y construcción de plantas de proceso (químicas, farmacéuticas, etc.) mediante elementos individuales de proceso o módulos con entidad propia desde el punto de vista del proceso. Las principales razones para la construcción de plantas modulares son:

• Reducción del “time to market”. Finalización rápida de plantas individuales a partir de módulos existentes.

  Reducción del “time to repair”. Aumentar la disponibilidad de las plantas realizando una reparación rápida de módulos defectuosos por otros equivalentes.

• Producción de lotes pequeños. Conversión eficiente de plantas intercambiando módulos.

  
  

La producción modular articula la planta siguiendo el modelo físico ISA S88.  

  Figura 1. Modelos Físicos de Planta según ISA-88 y VDI2766.

  Pero introduce nuevos conceptos importantes a destacar:

• Process Equipment Assembly (PEA) Level: Equivale a un módulo de proceso con entidad propia. Puede unirse a otros PEA para formar la planta modular. Incluyen las tareas de automatización, así como la interfaz al nivel de planta. Además, ofrece funciones de automatización a mayor nivel tales como calentar, enfriar, agitar ...

• Modular Plant Level: Incluye a varios PEA. Es autónoma desde el punto de vista del proceso. Incluye automatización propia del proceso combinando los PEA.

  
  

Figura 2. Procedimiento de una receta basada en Process Equipment Assembly.

• Process Orchestration Layer: Es el nivel superior. Su objetivo es orquestrar a los diferentes PEA de forma trasparente a la planta modular. Presenta similitudes a un DCS.

  
  

  Figura 3. Planta Modular.

Estandarización MTP

Con el objetivo de cristalizar la producción modular, ya se ha desarrollado un estándar: NAMUR 148 - VDI/ VDE/NAMUR 2658 (ver Figura 4), cuyas principales características son:

• Desarrollo y especificación de un lenguaje de descripción independiente del vendedor del módulo llamado MTP (Module Type Package) que cubre la absoluta integración transparente con el sistema de control distribuido.
• Desarrollo de las herramientas de ingeniería para exportar e importar los ficheros MTP.Descripción HMI y demás servicios de automatización.

El módulo (package unit) es una entidad con inteligencia propia que provee servicios al nivel superior que realiza las tareas de orquestación con el resto de módulos y sus PEA. El POL es el encargado de suministrar los comandos y leer los estados hacia y desde el módulo/MTP).

  Figura 4. Estándar MTP.

Ingeniería con y sin MTP

La industria de proceso se mueve hacia la modularización de los activos, por lo que implica que un nuevo pensamiento de automatización debe ser creado. Vemos dónde estamos y dónde estaremos en un futuro cercano.

Hoy

• Largos ciclos de vida del producto.
• Ingeniería tediosa por la interconexión e integración de las unidades paquete.Externa validación previo al arranque de la producción.
• Grandes controladores centralizados con interfaces propietarias.

  
  

Futuro

• Ciclos de vida más cortos del producto.

• Orquestración de las funciones de proceso (PEA) pre-ingeniadas y descritas en el Module Type package (MTP) fichero.
• Descentralización de la inteligencia con pequeños controladores y sin interfaces propietarias.

  
  

  Figura 5. Planta Integrada & Planta Modular.

Producción por lotes inteligente

La industria farmacéutica está siendo pionera en el desarrollo del MTP. Ve en este estándar la respuesta a muchos de sus requerimientos. Gracias al MTP y a los sistemas con capacidad de orquestración podremos:

• Construir plantas en tiempos más cortos
• Validar más rápidamente los sistemas.
• Implementar un sistema de control batch independientemente del HW de la unidad paquete.
• Mantener más ágilmente las instalaciones.

  Figura 6. Planta Farmacéutica Modular.

El módulo (package unit) es una entidad con inteligencia propia que provee servicios al nivel superior que realiza

SIMATIC PCS neo y el MTP

SIMATIC PCS neo es la nueva generación de sistemas de control distribuido de Siemens. Nace con una aspiración global y totalmente enfocado a los nuevos requerimientos de la era digital.

  Figura 7. Flujo de Trabajo de SIMATIC PCS neo con MTP.

El estándar MTP está desarrollado desde el principio en SIMATIC PCS neo. Una vez generado el fichero MTP del módulo bajo la plataforma PLC, solo será necesario realizar la importación de toda la información de automatización desde SIMATIC PCS neo que actuará a partir de ese momento como orquestrador de esa “planta modular” y dispondrá de los PEA para realizar e implementar el control batch inteligente. 

  Figura 8. Fichero MTP importado a SIMATIC PCS neo.

Toda la información de automatización de la planta modular estará disponible en SIMATIC PCS neo. No solo ingeniería sino también monitorización.

  Figura 9. Operación del MTP desde SIMATIC PCS neo.

La producción por lotes inteligente será una realidad gracias el MTP. ¡Esperemos que la Generación Alfa, es decir, los nacidos a partir de 2010 , los puros digitales,esten preparados para ello!   

Julio García Pérez,
Responsable Negocio Control y Seguridad 

de Procesos en Siemens España

Págs. 66 a 68.