对溶剂厂的批次生产控制系统进行现代化改造不仅改善了质量控制并增加了收益，而且还通过报警通知功能避免对操作员造成困扰。
智能手机及其他设备中使用的半导体器件具有体积小功能强的优势，不过器件制造过程可能步骤繁琐耗时较长。在此过程中，要保证这些小巧的精密微电子元件具有非常高的纯度，清洁剂将发挥至关重要的作用。
位于加利福尼亚州海沃德的DuPont小批量生产工厂负责数十种半导体清洁剂的生产。但近年来，该厂的批次生产控制系统出现老化迹象。
系统不仅缺乏支持，还产生了各种生产问题，例如，困扰操作员的弹出式警告以及难以管理的各种报警。更为严重的是，通过客户审计发现该系统缺少基于配方的自动化流程，而该流程恰恰有助于改善生产过程中的质量控制水平。
该厂不得不做出抉择：更换老旧的批次生产控制系统，或者维持现状，导致每月损失数千美元的生意。该厂选择升级改造。做出该选择，不仅让工厂改善了质量控制水平，还提高了产量，创造了新的月销量记录。
升级需求
海沃德工厂的大多数老旧控制系统采用手动操作，只有将物料从存储罐批量添加到混合罐是自动化操作。所有其他物料都是由操作员用鼓泵站和固体输送站手动添加。操作员还要负责设定物料在过滤器中的混合和循环时间，并采集产品样品。实现预期的产品后，再由操作员手动送往包装区的灌装系统。该区域的工作人员负责将产品分装到 1 到 5 加仑的容器和 200 加仑的包装袋中。
过多的手动操作增加了出错的风险。例如，操作员可能原本计划将一种物料混合 15 分钟，但由于其他任务的干扰，最终物料混合了 18 分钟。此类情况可能导致产品质量的细微差异。
此外，老旧系统有时还会干扰生产过程。DuPont 自动化和过程控制工程顾问 Nancy Givens 表示：“采用之前的 HMI 配置方式，每次开关阀门时都会收到弹出式警告。如果操作员要打开三个阀门，就会收到三个弹出式警告。这不仅给操作员造成困扰，还增加了出错的几率。杂乱的界面可能导致操作员开/关错误的阀门。”
还有一个问题就是报警。老旧系统采用硬编码和用户自定义相结合的报警设定值。硬编码报警难以管理，操作员通常耗费大量时间来定位具体代码。此外，此类报警也没有应用分配优先级等现代报警功能的最佳实践。
上述问题，以及客户对质量控制的更高要求，使控制系统升级成为必然选择。
第一阶段：控制系统升级
Givens 与系统集成商 TechKnowsion 和罗克韦尔自动化（DuPont 全球联盟供应商）通力合作，规划并执行控制系统升级。该团队分两个阶段实施升级。
第一阶段，他们将批次生产系统的可编程序逻辑控制器 (PLC) 和 HMI 更换为 PlantPAx 分布式控制系统 (DCS)。这需要对老旧 PLC 代码进行逆向工程，以确定新控制代码的要求。Givens 解释道：“我们不满足于仅仅复制或转换代码，我们对照系统的功能需求，对代码进行了大量整理和改进。然后将代码集成到 PlantPAx 过程对象库。多年来，我们根据 DuPont 的具体需求对该库进行了定制。”
控制系统的新 HMI 采用现代可视化风格，提供更好的视觉体验。Givens 指出：“老旧的 HMI 使用多种色彩，可能会造成屏幕杂乱无章。而新的灰度 HMI 以红色突出显示重要项目，对严重问题进行提醒。自从实施新 HMI 后，我做过现场调查，操作员十分清楚关注点在哪里，再没有遗漏任何重要事项。”
第二阶段：批次生产自动化
第二阶段，罗克韦尔自动化全球解决方案团队直接与 DuPont 合作，配置并安装 FactoryTalk Batch 软件，实现全配方控制和顺序自动化。
Givens 和她的团队希望遵循 ISA S88 标准，该标准为批次生产系统的实施搭建框架。采用该标准后要求罗克韦尔自动化团队首先构建生产设备的物理模型，再构建自动化生产阶段的工序模型。这些Phase可以作为构件，更具需要应用于不同配方中。
Givens 表示：“批次生产软件中的Phase管理功能帮助我们明确按照 S88 标准实施系统，节省了大量的时间。各Phase只需配置一次，例如混合或添加阶段，然后便可多次重复使用。相对于面向每个配方分别编写新代码效率显著提高。”
该团队还利用此批次生产软件执行抽样和配方检查等手动流程。该软件将手动Phase集成到自动化阶段中，实现两种操作方式的无缝切换。Givens 表示：“在整个 DuPont 内部，广泛采用此功能。相对于在控制器中编写手动流程代码，此功能易于实现。”
最后，该团队与罗克韦尔自动化配合，安装用于追踪工厂储罐中的物料的软件。该软件取代了原有的纸质登记系统，省去人工库存跟踪工作。
此外，它还集成了自动储罐切换功能。Givens 解释道：“之前，如果储罐在加料阶段用尽物料，操作员必须查看添加了多少物料，再计算储罐还需要多少物料。而现在，软件自动计算需要的物料剩余量，切换储罐，并添加所需物料量，直到达到设定值。”
质量控制和产量
该厂在一周内就实现了新的自动化系统，且仅占用计划的停机时间。这次升级将工厂的过时平台升级为完全受到支持的新平台。并且，新的 HMI 还解决了之前困扰操作员的弹出式警告和报警管理问题。
罗克韦尔自动化过程对象库节省了设计、配置和部署的时间。事实上，Givens 估计工厂的编程配置时间减少了 40%。即便在新系统投入运行后，该库仍可发挥积极的作用。
Givens 表示：“该库有助于实施维护和故障排除工作。如果要访问并更改描述，无需打开工程师站或编程软件，只需在 HMI 中使用面板即可。如果阀门无法打开，操作员可打开面板，然后打开互锁图标，以查看问题的原因。过去，操作员可能不得不组态一张画面来查看阀门互锁情况，或翻阅纸质文档来解决问题。而现在，只需几步简单的操作即可找到答案。”
此外，该批次生产软件将工厂非常有限的自动化程度提升为完整的批次生产自动化水平，其中包括自动化清洁过程。帮助工厂达到 DuPont 客户期望的质量控制水平。通过修改软件来提升不同生产单元之间的协调性后，工厂的产量显著提高。
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