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Einfach, flexibel und skalierbarSIMATIC BATCH: Chargenprozesse effizient automatisieren

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Normgerechte Chargenauto- mati sie rung mit SIMATIC BATCH

Ob in der Polymerproduktion, bei der Herstellung von Tensiden, Pharmazeutika oder Bier –

in vielen Branchen sind Chargen- bzw. Batchprozesse unverzichtbar. Im Hinblick auf Prozess-

führung und Automatisierung stellt die Produktion in Chargen ganz andere Anforderungen als

ein kontinuierlicher Produktionsprozess. Die Wahl eines geeigneten Automatisierungswerk -

zeugs entscheidet über die Wirtschaftlichkeit Ihrer Anlage.

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Steigende Anforderungen an Batch-Prozesse …

Stets gleichbleibende Produktqualität, Nachvollziehbarkeit der Produktion und Reproduzierbarkeit des Prozesses – die Grundanforderungen an Batch-Prozesse sind immer dieselben. Zusätzlich müssen sich Betreiber ständig neuen Herausforderungen stellen: Markt und Verbraucher for-dern Produktvielfalt, Normen werden erweitert, Kontroll-vorgaben verschärft etc. Die Flexibilität der Automatisie-rung, die Verfügbarkeit der Produktionseinrichtungen und eine optimale Anlagenauslastung sind dabei entschei-dende Erfolgsfaktoren – heute und in Zukunft.

… intelligent erfüllen.

Für sämtliche Anforderungen der Chargenautomatisie-rung und alle Herausforderungen des Marktes bietet das Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7 die passende Lösung. Das Softwarepaket SIMATIC BATCH arbeitet rezepturge-stützt und löst selbst hochkomplexe Aufgaben mit wech-selnden Steuerungsabläufen einfach und flexibel. Für die optimale Anpassung an Anlage und Steueraufgabe ist es von Grund auf modular und skalierbar aufgebaut: SIMATIC BATCH kann vom Einplatzsystem bis zum redun-dant ausgelegten Client-Server-System projektiert werden und ist daher von kleinen Laboranlagen bis zu beliebig großen Produktionsanlagen einsetzbar.

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Voll integriert …

SIMATIC BATCH erweitert das Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7 um Funktionen für die Chargenautomati-sierung und nutzt gleichzeitig dessen Grundfunktionalität. So wird die Anlagentopologie im zentralen Engineering- System erstellt, gepflegt und dem Rezeptsystem sowie der Chargensteuerung zur Verfügung gestellt. Die Objekte für die Visualisierung, wie z. B. SFC-Instanzen oder Units, werden automatisch erzeugt. Alle Batch-relevanten Daten werden an den Batch-Server übermittelt, Systemmeldun-gen von SIMATIC BATCH an das Meldesystem geleitet. Die Durchgängigkeit in der Anzeige und Bedienphiloso-phie wird ohne Mehraufwand bei der Projektierung erreicht und erlaubt eine konsequente Navigation, die neben in tui tiver Bedienung auch eine schnelle und sichere Reaktion auf Prozessstörungen gewährleistet.

… bis in die Automatisierungsebene

Die Schnittstelle zur Automatisierungsebene ist standar-disiert. Das Bausteintyp-Instanz-Konzept ermöglicht die zentrale Erweiterung der Kommunikationsschnittstelle mit Ablaufsteuerungen für die Grundfunktionen (SFC-Typen), aus denen die teilanlagenspezifischen Phasen per Drag & Drop erzeugt werden. Wie umfassend die Integration von SIMATIC BATCH ist, zeigt auch die AS-basierte Ausführung der Rezeptlogik. Mit dieser Funktionalität lassen sich Teilanlageprozeduren in das Automatisierungssystem laden. Das erlaubt sehr kurze Schrittwechselzeiten, die speziell bei schnellen Pro-zessen von großer Bedeutung sind.

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PlanningRezept-Editor

Chargen-Report Control Center

Rezepte erstellen und bearbeiten

Der SIMATIC BATCH Rezept-Editor ermöglicht mit seiner grafischen Oberfläche und der verfahrenstechnisch orien-tierten Bedienung eine schnelle und intuitive Erstellung von Rezepten und Bibliotheksoperationen. Darüber hinaus bietet dieses komfortable Werkzeug u. a. Bearbeitungsfunk-tionen für einzelne und gruppierte Objekte sowie eine strukturelle Syntaxprüfung.

Chargen überwachen und steuern

Das SIMATIC BATCH Batch Control Center (BatchCC) ist die zentrale Komponente für die Verwaltung, Überwachung und Steuerung von Chargenprozessen. Die übersichtliche grafi-sche Bedienoberfläche erlaubt die Abwicklung sämtlicher Batch-relevanter Aufgaben, z. B. das Einlesen und Aktuali-sieren der Anlagedaten der Basisautomatisierung, das Fest-legen von Benutzerrechten für alle Funktionen, die Verwal-tung von Grundrezepten oder das Anlegen von Chargen.

Produktionsaufträge planen

Mit dem BatchCC können Produktionsaufträge und Chargen einzeln angelegt werden. Noch wesentlich mehr Planungsfunktionalität bietet das Optionspaket SIMATIC BATCH Planning: Mit ihm sind Chargen für eine Vielzahl von Produktionsaufträgen bereits im Voraus plan-bar. Zudem können alle Chargen inklusive ihrer Teilanla-genbelegung und eventuellen Belegungskonflikten über-sichtlich dargestellt werden.

Chargen und Rezepte protokollieren

Der SIMATIC BATCH Report dokumentiert die Rezepte und Chargendaten in Form von Protokollen: Chargenproto-kolle enthalten alle erforderlichen Daten für das Nachvoll-ziehen des Prozessablaufs (z. B. Start- und Endzeit, Soll- und Istwerte, Bedieneingriffe, Störmeldungen), während die Rezeptprotokolle alle Strukturen und Sollwerte eines Grundrezepts dokumentieren.

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Optimale Umgebung für Chargenprozesse

Rezeptgesteuerte Fahrweisen müssen in hohem Maße fle-xibel sein – eine große Herausforderung für die Automati-sierungstechnik, zu komplex für eine klassische Lösung mit ausprogrammierten Steuerungsabläufen. Damit Rezeptänderungen keine Anpassung im Automatisie-rungssystem notwendig machen, ist eine Trennung von Automatisierungs- und Rezeptebene erforderlich. Als funk- tionale Einheit decken SIMATIC BATCH und SIMATIC PCS 7 die in der Norm ISA-88.01 beschriebenen Modelle voll-ständig ab. Das physische Modell wird im Engineering von SIMATIC PCS 7 realisiert, die daraus entstehenden Pro-grammstrukturen laufen in den Automatisierungssyste-men ab. Das prozedurale Modell wird in SIMATIC BATCH umgesetzt, die Steuerrezepte laufen in SIMATIC BATCH ab.

Das Anlagenmodell wird SIMATIC BATCH zur Verfügung gestellt. Somit kann darauf das prozedurale Modell in Form von Rezepten wie folgt abgebildet werden:

■Eine Rezeptprozedur läuft auf einer Anlage, um einen Prozess zu steuern und eine Charge eines Produkts herzustellen. ■Eine Teilrezeptprozedur läuft auf einer Teilanlage, um eine Rezeptstufe zu steuern. ■Eine Teilanlage kann zu einem Zeitpunkt nur von einer Charge belegt werden. ■Eine Rezeptoperation oder eine Rezeptfunktion läuft auf einer technischen Einrichtung, um eine verfahrenstech-nische Aufgabe oder technische Funktion zu erfüllen.

Höchste Flexibilität mit System

Die Erstellung von teilanlagen- bzw. apparateneutralen Rezepten, die für mehrere gleichartige Produktionseinrich-tungen verwendet werden können, sichert Ihnen gleich mehrere Vorteile: Der Engineeringaufwand wird erheblich reduziert und die Validierung deutlich vereinfacht. Da die Zuweisung der aktuellen Produktionseinrichtungen auf Chargenebene erfolgt, profitieren Sie zudem von einem Höchstmaß an Flexibilität und von der einfachen Anpas-sung an individuelle Anlagensituationen: Teilanlagen kön-nen manuell ausgewählt werden. Bereits bei der Rezept-erstellung lassen sich bevorzugte Teilanlagen bestimmen. Für eine gleichmäßige Anlagenauslastung können auch die Produktionseinrichtungen ausgewählt werden, die am längsten nicht genutzt worden sind. Teilanlagen können durch eine übergeordnete Steuerung, z. B. ein MES-Sys-tem, vorgegeben werden.

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Integration von SIMATIC BATCH in das Engineering-System

Rezept- prozedur

Einzelsteuer-einheit

Technische Einrichtung

Teilanlage

Anlage

Rezept - operation

Rezept - funktion

Teilrezept-prozedur

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Funktionalitäten nach Maß – für maximale Effizienz

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Rezepterstellung

SIMATIC BATCH unterstützt das prozedurale Modell der ISA-88 vollständig. Rezeptprozeduren mit ihren unterla-gerten Teilrezepten, Rezeptoperationen und -funktionen werden mit SIMATIC BATCH formuliert. Mit dem Rezept-editor steht Ihnen dafür ein komfortables Werkzeug zur Verfügung. Nutzen Sie ihn, um Produktionsabläufe auf unterschiedliche Produkte umzustellen, neue Produkte einzuführen oder um bestehende Abläufe zu optimieren. Für diese Aufgaben sind keine Programmierkenntnisse erforderlich.

Über die intuitive dialoggeführte grafische Bedienober-fläche wird der Prozess vollständig abgebildet, beispiels-weise durch simples Einfügen von Teilrezeptprozeduren, Rezeptoperationen, Rezeptphasen, Transitionen, Schleifen etc. Verfahrenstechniker oder Rezeptersteller nutzen dabei Batch-Objekte, z. B. Produktionseinrichtungen, Teilanlagen oder technologische Funktionen, die vom SIMATIC PCS 7 Engineering System zur Verfügung gestellt werden. Eine erneute Projektierung entfällt. Strukturelle Syntax- sowie Plausibilitätsprüfungen sorgen für zusätz-lichen Bedienkomfort und Sicherheit.

Bei der Grundrezepterstellung lassen sich Ausnahmebe-handlungen festlegen, die beim Auftreten von Störungen während der Batchproduktion für einen definierten Son-derablauf sorgen. Der Rezepteditor erlaubt eine verfah-renstechnisch orientierte Erstellung und Modifizierung von Grundrezepten und Bibliotheksoperationen. Die Hilfe von Systemtechnikern ist dafür nicht erforderlich. Grund-rezepte und -funktionen werden an einer zentralen Stelle gespeichert und dort geändert. Rezeptoperationen lassen sich mithilfe einer Bibliothek ebenfalls komfortabel zentral verwalten. Von dort aus können sie als Referenz in Rezept-prozeduren eingefügt werden. Auch hier bedeutet die zentrale Änderbarkeit eine deutliche Vereinfachung von Engineering und Validierung.

Chargensteuerung

Auf Basis der apparateneutralen Grundrezepte lassen sich über das BatchCC Chargen anlegen, starten und steuern. Strukturelle Änderungen sind zur Laufzeit einer Charge möglich. Dies bedeutet, dass Abläufe, also Steuerrezepte, online geändert und zur Reproduzierbarkeit in das Grundrezept rückgespeichert werden können. So leistet SIMATIC BATCH vor allem im experimentellen Bereich und bei der Optimierung von Produkten wertvolle Dienste. Bedieneingriffe während der Chargenproduk- tion, wie z. B. das Unterbrechen und Fortsetzen von Rezeptabläufen, sind über das BatchCC ebenso möglich wie das direkte Öffnen von Detailinformationen aus SFC-Instanzen. Operator-Anweisungen und -Dialoge unterstützen die Anlagenfahrer bei der Produktionsüber- wachung mit Hinweisen auf manuelle Eingriffe, beispiels- weise „Probe nehmen“, und ermöglichen gleichzeitig die Eingabe von Prozesswerten, wie z. B. Laborwerten.

Mit dem BatchCC lassen sich einzelne Produktions - aufträge und Chargen anlegen. Das Optionspaket SIMATIC BATCH Planning erweitert die Planungsfunktio- nalitäten des Basissystems und ermöglicht eine voraus- schauende Planung für eine Vielzahl von Produktionsauf- trägen. Das Anlegen oder Aufteilen der Chargen für einen Produktionsauftrag kann, abhängig von der Vorgabe der Chargenanzahl oder der Produktionsmenge, entweder manuell oder automatisch erfolgen.

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Lückenlose Protokollierung und Anbindung an die Unternehmensleitebene

Aufgrund vertrieblicher oder rechtlicher Anforderungen zur Sicherung von Qualitätsstandards müssen heutzu-tage immer mehr Anlagen validiert werden. SIMATIC BATCH unterstützt Sie dabei mit einer Reihe von Funktio-nalitäten gemäß GMP (Good Manufacturing Practice) und ist konform zu den Vorgaben der FDA (Food and Drug Administration). Die nachvollziehbare und reprodu-zierbare Produktion wird durch umfangreiche Protokol-lierungsmöglichkeiten sichergestellt: Chargenprotokolle enthalten für den Qualitätsnachweis und die Erfüllung gesetzlicher Auflagen alle erforderlichen Daten für das Reproduzieren des Chargenprozesses.

Rezeptprotokolle enthalten sämtliche Rezeptkopfdaten, Rezepttopologie, Einsatzstoff-, Stoffausstoß- und Para-meterliste sowie Verfahrensvorschriften.

BATCH Report dient dem Erstellen von Rezept- und Char-genprotokollen. Anzeige und Ausdruck der Report-Daten erfolgen über BatchCC oder den separat ablauffähigen Chargenviewer.

Für die effektive Integration von Produktprozessen und Warenwirtschaftssystemen und die Koordinierung aller herstellungsrelevanten Betriebsmittel und Anwendun-gen kann SIMATIC BATCH an die Unternehmensleitebene angebunden werden. Für die Anbindung an Manu-facturing Execution Systeme (MES) wie SIMATIC IT von Siemens werden interne Systemschnittstellen genutzt. Die Anbindung an andere MES gelingt einfach über das Application Programming Interface SIMATIC BATCH API. Diese offene Schnittstelle für kundenspezifische Erweite-rungen bietet Zugriff auf Daten und Funktionen von SIMATIC BATCH und ermöglicht die Programmierung individueller branchen- oder projektspezifischer Applikationen.

Nachvollziehbare und reproduzierbare Produktion

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SIMATIC BATCH bedeutet für Sie: ■Flexibilität: Die Konfiguration ist jederzeit erweiterbar; somit kann der Anlagenbau nach individueller Betriebs-planung mehrstufig erfolgen. ■Verfügbarkeit: Die redundant auslegbare Architektur ermöglicht den ungestörten Betrieb bei Ausfall einer Komponente. ■ Innovation: Eine versionierte Rezeptverwaltung unter-stützt Sie bei der Optimierung von Produkten und Produktionsabläufen. ■Reproduzierbarkeit: Durch die rezeptbasierte Chargen-steuerung wird unter eindeutig definierten Produktions-bedingungen die gleiche Produktqualität erreicht. ■Nachvollziehbarkeit: Anhand des Chargenprotokolls ist die Nachvollziehbarkeit der Produktionsabläufe chargen-spezifisch gewährleistet. ■Effektive Ressourcennutzung: Differenzierte Belegungs-strategien von Teilanlagen machen die Anlagenaus-lastung planbar und können zur Erhöhung der Produktivi-tät Ihrer Anlage und zur Minimierung der Energiekosten maßgeblich beitragen. ■Ergonomie: Das durchgängige Visualisierungs- und Mel-dekonzept unterstützt Anlagenfahrer mit zielorientierter Navigation anlagenweit. ■FDA-konforme Validierung: Der Nachweis, dass der Pro-duktionsprozess die Akzeptanzkriterien im praktischen Einsatz reproduzierbar erfüllt, wird erleichtert durch:• zentrale Benutzerverwaltung mit Zugangskontrolle

über SIMATIC Logon •Audit Trails (Änderungslogbuch) • elektronische Unterschrift gemäß 21 CFR Part11• systemunterstützte Versionierung von Rezeptobjekten • konsequente Standardisierung

Siemens AG Industry Sector Industrial Automation Postfach 48 48 90026 NÜRNBERG DEUTSCHLAND www.siemens.de/automation

Die Informationen in dieser Broschüre ent halten lediglich allgemeine Beschreib ungen bzw. Leistungs merk male, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Wei- terentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünsch- ten Leistungs merkmale sind nur dann ver bindlich, wenn sie bei Vertrags schluss ausdrück lich ver einbart werden.

Alle Erzeugnisbezeich nungen können Marken oder Erzeugnis namen der Siemens AG oder anderer, zu liefern der Unternehmen sein, deren Benutzung durch Dritte für deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann.

Aktuelle Informationen zu SIMATIC PCS 7: www.siemens.de/simatic-pcs7

Änderungen vorbehalten 08/11 Bestell-Nr.: E20001-A233-P280 Dispostelle 06303 2100/34619 MI.AS.PS.XXXX.52.1.10 WS 08115.0 Gedruckt in Deutschland © Siemens AG 2011