De bodega vacía a planta de embotellado de desinfectantes, en tan solo 3 meses

Esta nueva planta de envasado de desinfectantes para manos utiliza una arquitectura de automatización única con tecnología de punta para funcionar al ritmo de los negocios modernos.

Con la demanda de desinfectante de manos más que duplicada en los Estados Unidos, y un crecimiento anual de más del 20% esperado en los próximos años, 2020 presentó a la industria de la limpieza una gran oportunidad financiera. Emerald 66 Enterprises (E66) movilizó recursos para satisfacer esta necesidad, estableciendo un taller en una planta de procesamiento de mezclilla vacía en Seminole, Oklahoma.

En solo tres meses, E66 tenía tres líneas de envasado automatizadas que producían hasta 1 millón de desinfectante en botellas de HDPE para manos a la semana en una instalación compatible con cGMP, y continúa expandiendo sus capacidades centrales a un ritmo rápido. "Cuando decimos que hacemos las cosas rápido", dice el jefe de operaciones de E66, Robert Bodnar, "estamos hablando de días, no de semanas o meses".

Regresemos al verano de 2020 y examinemos las tecnologías y técnicas que E66 y el integrador de sistemas Northeast Automation Company, Inc. (NACI) utilizaron para lograr una ventaja competitiva en un entorno de mercado desafiante. Cuando se contrató a NACI para realizar una operación de embotellado y envasado, la dirección de E66 dejó en claro que tenían que actuar con rapidez. Estaban compitiendo contra una fuerza laboral de alto volumen y bajo salario que operaba manualmente y creían que podían usar la tecnología para hacer más con una fuerza laboral más pequeña y mejor remunerada.

“Cada equipo tenía que ser inteligente porque la administración de E66 está muy interesada en la información”, dice Thomas Coombs, ingeniero principal de NACI. “Teníamos que hacer que cada transportador y cada dispositivo fueran inteligentes”.

Coombs planeó utilizar la informática de punta, una técnica de diseño que agrega capacidades de procesamiento y conectividad de datos de propósito general a las aplicaciones tradicionales de detección y control en tiempo real, para construir un sistema de administración de información al mismo tiempo que amplía las capacidades de producción. Lo hizo utilizando la familia Opto 22 groov de controladores de borde industriales y E / S.

 También es importante señalar que E66 también había determinado que la forma más rápida de construir un nuevo proceso de empaque era adquiriendo una variedad de equipos en una subasta. El estado del equipo a la llegada varió ampliamente, por lo que NACI tuvo que ser creativo para diseñar un sistema cohesivo a la velocidad que necesitaba E66.

 Arquitectura única

Para abordar las circunstancias que enfrentó el equipo, NACI empleó una arquitectura única que permitió que los sistemas de control separados funcionaran juntos y también sentó las bases para los objetivos de adquisición de datos de E66. En el nivel superior, NACI utilizó un controlador industrial programable groov EPIC edge, que combina el control PLC con HMI integrado, OPC UA y funciones de puerta de enlace segura en un solo panel posterior. El controlador EPIC supervisó las líneas de envasado y conectó dispositivos dispares para que pudieran comunicarse libremente a través de un protocolo de comunicaciones común. Cualquier equipo que llegara con un sistema de control desaparecido se integró directamente en esta red como una simple E / S remota.

Desde el almacén vacío hasta el embotellado de desinfectante en 3 mesesNACI fabricó varios de estos paneles VFD para el control de transportadores locales utilizando groov RIO de Opto 22.Cuando las máquinas de envasado tenían controladores funcionales, por otro lado, estos se dejaban en su lugar y se acoplaban libremente al proceso principal mediante los módulos de E / S de borde groov RIO de Opto 22. Estos módulos proporcionan canales de E / S de múltiples señales configurables por software y se alimentan a través de Ethernet (PoE), lo que los hace rápidos de implementar. NACI colocó un módulo en cada pieza de equipo de empaque a su llegada, conectó los cables de E / S e identificó los tipos de señales que el equipo proporcionaba. Estas señales de E / S se integraron luego en la red groov EPIC en paralelo con las conexiones de E / S de PLC existentes, que continuaron funcionando de forma independiente.

"La facilidad con la que puede hacer esto", dice Coombs, "significa que está hablando de media hora de cableado. Su mayor problema es encontrar la documentación del fabricante de la maquinaria de empaque original ".

NACI también diseñó una capa adicional de control independiente del groov EPIC mediante la construcción de un control local limitado en cada módulo groov RIO a través de Node-RED, una plataforma de IoT de código abierto integrada de IBM. Cumpliendo con la ambición de hacer que cada dispositivo sea inteligente, NACI agregó motores, fotocélulas, celdas de carga y otra instrumentación a muchos equipos semiautomatizados y tontos, los conectó a los módulos groov RIO locales y agregó la lógica Node-RED para lograr que trabajen juntos e informen de los datos del proceso hasta el nivel de supervisión.

Un ex ingeniero de Oracle, E66 COO Bodnar ha estado involucrado en gran parte de este diseño. “El proceso de nivel superior en el EPIC es activar dos o tres líneas de envasado. Si entra un transportador y sale otro, es posible que no estén funcionando a la misma velocidad. Tiene taponadoras que funcionan a diferentes velocidades. Tiene impresoras de etiquetas y todos estos componentes diferentes que funcionan a diferentes velocidades, por lo que es un poco agradable poder decir, está bien, ¿qué pasa si usamos los RIO groov para controlar, por ejemplo, los transportadores de entrada y salida y empacadores de cajas y cosas así? Todo son cosas simples, como encender y apagar motores para hacer funcionar un transportador y tratar de igualar la velocidad a la que gira una máquina de llenado. Son como pequeñas islas de automatización".

 La arquitectura adecuada

Esta arquitectura distribuida y débilmente acoplada permitió a NACI ensamblar sus líneas de empaque sin modificar ninguno de los sistemas de control existentes que venían como parte de su equipo comprado. En última instancia, esta estrategia les ahorró tiempo de desarrollo y, en tres meses, Coombs y su equipo tenían 15 equipos en funcionamiento repartidos en tres líneas de envasado.

En este punto de su rápido desarrollo, E66 ahora tiene cinco líneas de envasado, cada una de las cuales representa un proceso de extremo a extremo que incluye transportadores, llenadoras, taponadoras, etiquetadoras de impresión y aplicación, empacadoras de cajas y paletizadores. Igualmente impresionante es la forma en que la gerencia pudo lidiar con algunos golpes inesperados. Por ejemplo, originalmente construyeron su negocio de empaque por contrato en torno al empaque y la distribución para un solo gran cliente. Pero cuando ese cliente sufrió un revés financiero y tuvo que cerrar, E66 tuvo que girar y convertirse en un empacador por contrato para varios clientes. La empresa ahora trabaja con desinfectantes a base de alcohol y agua, así como con una variedad de tipos de empaque, que incluyen PET moldeado por inyección, estirado-soplado y HDPE moldeado por extrusión-soplado. Incluso se están moviendo hacia la auto-fabricación de algunos de los contenedores que llenan.

La automatización pasó de procesar un gran volumen de contenedores de un galón de formulación única a trabajar con una variedad de productos químicos desinfectantes en diferentes tamaños de lote y formatos de empaque: desde contenedores pequeños de dos, cuatro, seis y ocho onzas, bombas manuales y botellas rociadoras en jarras grandes de más de un galón.

Desde el almacén vacío hasta el embotellado de desinfectante en 3 mesesControlador industrial programable groov EPIC edge de Opto 22 y módulo de E / S groov RIO edge. Afortunadamente, la decisión de NACI de utilizar líneas de envasado débilmente acopladas facilitó la modificación de segmentos individuales sin interrumpir la recopilación de datos y la integración de procesos. En combinación con la construcción in situ de paneles eléctricos y el uso de la impresión 3D para la creación rápida de prototipos de nuevos componentes mecánicos para las líneas de envasado, la inversión de E66 en automatización orientada a los bordes les permitió reacondicionarse muy rápidamente y alcanzar el punto de equilibrio de su inversión inicial en seis meses.

“Hay muchas cosas buenas que puede ofrecer en la fabricación que la gente podría admirar, como la calidad o el rendimiento”, dice Bodnar. "Ser ágil no suele estar en esa lista. Pero es divertido ser ágil en su enfoque de la fabricación, y creo que esa es una de las cosas en las que Opto 22 realmente nos ha ayudado ".

Metas ambiciosas

A medida que el proceso de E66 se expande, también lo hacen sus ambiciones de construir una infraestructura de datos. Además de utilizar Node-RED para aumentar el proceso de producción, E66 ha comenzado a aprovechar las funciones de conectividad centrales de la plataforma para mover datos de cada dispositivo groov a bases de datos relacionales y de series de tiempo, software financiero y otros sistemas conectados. Y dado que Node-RED es una aplicación gratuita de código abierto, E66 también la está agregando a sus sistemas de back-end para que puedan enviar datos al sistema de control.

 "Es posible que desee avanzar mucho en un dispositivo o incrementar algo en función de una fecha que sea algo arbitraria, basada en un evento de negocios, no necesariamente en un evento de máquina", explica Bodnar. “Puede enviarlo al sistema de control con bastante facilidad, o simplemente obtener datos resumidos del sistema de control y publicarlos en sus sistemas comerciales. Le brinda una forma muy liviana de ejecutar un bus o concentrador operativo ".

 Por ejemplo, E66 compró una máquina envolvedora de tarimas independiente que utilizaba un diseño de placa de circuito patentado y ofrecía solo una interfaz de operador limitada. Sin embargo, al agregar celdas de carga, conectarlas a un módulo groov RIO y alimentar esos datos a Node-RED, E66 podría verificar fácilmente el peso en función del contenido de la paleta conocida y comunicar el número de paleta, el número de lote, el peso de envío y la fecha a su base de datos central para crear conocimientos de embarque automáticamente.

Desde el almacén vacío hasta el embotellado de desinfectante en 3 mesesE66 ahora puede procesar una variedad de productos químicos desinfectantes en diferentes tamaños de lote y formatos de empaque.Bodnar, quien describe su carrera como un intercambio entre empresas gigantes de integración de aplicaciones empresariales (EAI), como Oracle, y empresas de fabricación y productos de consumo, quedó impresionado por la facilidad con la que E66 podía integrar datos comerciales y operativos.

"He hecho cosas de redes inteligentes para un montón de ciudades y cosas así en los grandes sistemas de integración", dice Bodnar. “Tendríamos múltiples buses de datos empresariales para datos operativos, informes de datos, datos de back-office o para comunicarnos con diferentes tipos de dispositivos. Estaba pensando en lo increíblemente difícil que fue. Hubiera sido mucho más fácil con Node-RED en un dispositivo Opto".

 A medida que crece la demanda, E66 continúa expandiendo su automatización y diversificando su negocio. Se está adaptando para dar cabida a nuevas funciones como moldeo de contenedores en el sitio, mezcla de productos a granel y procedimientos de control de calidad adicionales.

Bodnar dice que está desafiando la norma de la industria de invertir en una construcción multimillonaria para una instalación automatizada y, en cambio, está "poniendo la suficiente automatización para duplicar mi negocio, literalmente, lo que hará el año para la empresa". Y luego puedo convertirme en eso. Y no voy a tener que volver atrás y romper y reemplazar todo ... Modificaremos las cosas, pero no tendré que botar nada de lo que hago porque puedo escalarlo".

Recientemente, E66 también ha creado una lucrativa división de tecnología que está utilizando dispositivos groov para desarrollar equipos de llenado para la exportación al extranjero. En un ejemplo, utilizando groov EPIC y RIO, NACI llevó un diseño de mezclador en línea desde el concepto hasta la implementación en aproximadamente cinco días, incluida una interfaz de operador móvil construida con el servidor HMI integrado de EPIC, llamado groov View. Según las estimaciones de Thomas Coombs, NACI implementó los controles en unas cuatro horas para un sistema que E66 se venderá por 50.000 dólares.

 “La fluidez y dinámica de la fabricación moderna requiere una respuesta extremadamente rápida a las cambiantes demandas del mercado”, añade Coombs. "Con groov EPIC y groov RIO, Opto 22 coloca los datos de fabricación dinámicos en la línea de producción de borde y en los sistemas empresariales simultáneamente en tiempo real".

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