Control-systeemengineers zien zich in Nederlandse fabrieken geconfronteerd met een hardware- en softwarelandschap dat een samenraapsel is uit de meest uiteenlopende technologische tijdperken. Veel kans om de modernste vindingen toe te passen is er niet en het is een enorme uitdaging om de kennis van zowel oude als nieuwe oplossingen op peil te houden. Wat als je nou eens helemaal opnieuw zou mogen beginnen? Systeemintegrator Beenen kreeg die kans toen zij de opdracht binnenhaalden voor de volledige automatisering van Fonterra’s nieuw te bouwen wei-ingrediëntenfabriek in Heerenveen. In juli 2015 werd de fabriek in het bijzijn van koning Willem-Alexander geopend.
We zijn allemaal nieuwe collega’s bij Fonterra,’ vertelt Hans Berghorst tijdens de rondleiding. De vloerbedekking in de kantoren ruikt nog nieuw en ook in de fabriek glimt alles. Berghorst is sinds de inbedrijfname verantwoordelijk voor de productie en Quality Assurance van de Europese Fonterra-fabrieken en was daarvoor, in de nieuwbouwfase, projectdirecteur. Berghorst is al ruim twintig jaar actief in de voedingsmiddelenindustrie en heeft onder meer in Duitsland, Nigeria en China gewerkt. ‘Het was een mooi project,’ merkt hij op. ‘Het wordt in deze omvang niet meer zoveel gedaan.’
Fonterra, een zuivelcoöperatie, is het eigendom van ruim tienduizend Nieuw-Zeelandse boeren. Het bedrijf is verantwoordelijk voor zo’n dertig procent van de wereldwijde zuivelexport. Met een wereldwijd netwerk van kantoren, productievestigingen en technische centra biedt het werk aan ongeveer zestienduizend mensen. In dit netwerk wordt jaarlijks 22 miljard liter melk verwerkt in een breed portfolio van zuivelproducten voor miljoenen consumenten in honderdveertig landen.
De nieuwe wei-ingrediëntenfabriek in Heerenveen produceert drie varianten lactosepoeder en een reeks proteïneproducten, waaronder poeders voor hoogwaardige kinder-, zwangerschaps- en sportvoedingsproducten. De fabriek is gebouwd op een terrein van vijfentwintig hectare en is ontwikkeld in samenwerking met het naastgelegen Royal A-Ware, een Nederlands familiebedrijf actief in de productie, veredeling en verwerking van kaas.
Fonterra bouwde state-of-the-art wei-ingrediëntenfabriek in Heerenveen - Rondleiding Koning door fabriek
De processen van de Fonterra-fabriek beginnen vanuit de wei die afkomstig is uit de kaasmaakprocessen van Royal A-Ware. Tijdens piekproductie zal de fabriek tot 2,7 miljoen liter wei per dag verwerken, met jaarlijkse productiecijfers rond de vijfentwintigduizend ton lactose- en ruim vijfduizend ton proteïneproducten.
‘Fonterra wil haar marktaandeel in de wereld behouden in een groeiende afzetmarkt voor zuivel,’ legt Berghorst uit. In Nieuw-Zeeland hebben we de grenzen van de groei van melkproductie bereikt, daarom zijn we in een aantal gebieden buiten Nieuw-Zeeland bezig met het opzetten van “milk pools”. In China hebben we eigen melkveebedrijven waar we op termijn een miljard liter per jaar gaan produceren. Ook in Zuid-Amerika hebben we een eigen milk pool. In Europa wordt veel kaas gemaakt op basis van goede kwaliteit melk en dat betekent ook goede kwaliteit wei. Het melkquotum is in 2015 afgeschaft dus zijn er groeimogelijkheden. Royal A-ware en Fonterra hebben voor Heerenveen gekozen omdat dat dicht bij de melkleveranciers ligt. En na het afschaffen van het melkquotum zal de groei in melkproductie vooral in de noordelijke provincies plaatsvinden. Bovendien konden we hier een terrein van vijfentwintig hectare aan één stuk kopen, zodat aan onze groeiambities volop invulling kan worden gegeven.’
‘Wij maken producten voor de kindervoedingsindustrie, dus moeten we aan de hoogste standaard voldoen.’
‘Onze grondstof is uitsluitend wei, de vloeistof die bij de kaasbereiding ontstaat door het stremmen van de melk. Wei bevat nog veel waardevolle componenten uit de melk, zoals wei-eiwit, melksuiker en mineralen. Via filtratie splitsen we de wei in een eiwitrijke stroom en in een lactoserijke stroom.’
‘Royal A-ware is onze partner op het fabrieksterrein. Zij zijn de leverancier en wij de honderd procent afnemer van de wei. Toen Royal A-ware de kaasfabriek besloot te bouwen zochten ze een partner voor de weiverwerking, terwijl Fonterra op datzelfde moment op zoek was naar kwalitatief hoogwaardige wei. De fabriek van Royal A-ware, op dit terrein, is tegelijk met onze fabriek gebouwd. We moesten immers op hetzelfde moment beginnen met productie. We hebben er niet voor gekozen om dezelfde utilities te gebruiken want de warmtebehoefte in een kaasfabriek is heel anders dan voor de weiverwerking. Maar de afvalwaterzuivering doen we wel samen en we hebben bijvoorbeeld een gezamenlijk kantine en beveiliging. Kortom, alleen daar waar het interessant is delen we faciliteiten.’
‘Wij maken producten voor de kindervoedingsindustrie. Dat is de meest kwetsbare groep, daarom moet je op het gebied van voedselveiligheid aan de hoogste standaard voldoen,’ vertelt Berghorst. ‘De kwaliteit van de wei moet excellent zijn. De waarborging begint al in het voortraject, bij de boer. De melk moet goed behandeld zijn en traceerbaar, er mogen geen pesticiden in zitten en geen antibiotica gebruikt worden. Ons eindproduct gaat over de hele wereld en moet dus aan de strengste regelgeving voldoen.’
‘De hygiëne-eisen binnen de fabriek zijn heel anders dan bijvoorbeeld in een kaasfabriek, waar sprake is van een overwegend nat proces, terwijl je bij poederproductie daarentegen al het vocht wil uitsluiten van je proces. In de kaasfabriek heb je bacteriën nodig om het product te kunnen maken, hier proberen we de bacteriën juist buiten de deur te houden. Dus werken we met overdruk en cleanrooms. Niet iedereen mag zomaar de verpakkingsafdeling in en we gebruiken vingerafdrukscanners voor toegang tot de productieruimtes. Zodoende hoeven mensen geen sleutels of badges te dragen, met het risico dat die in het product zouden kunnen komen. Je kan ook niet zomaar van de natte naar de droge afdeling, dan moet je je eerst omkleden.’
‘Voor het project hadden we een aantal partijen uitgenodigd,’ aldus Berghorst. ‘We hebben systeemintegrator Beenen geselecteerd op kennis en ervaring met projecten van deze omvang en op kwaliteit. Het was een vrij groot contract; er zijn niet veel partijen in Nederland die dat aankunnen.’
Alex van Dalen, Managing Director van Beenen vertelt: ‘Het was wel een bijzondere aanpak van Fonterra. Verschillende equipmentleveranciers hebben ieder een deel van het proces geleverd. Fonterra wilde dat er maar één partij verantwoordelijk was voor de software en installaties in plaats van dat iedere partij zijn eigen systeemintegrator zou meenemen. Nadat we waren geselecteerd, hebben wij nog moeten onderhandelen met de equipmentleveranciers, zoals Tetrapak die de filtratie-installatie leverde. Zij werden verplicht Beenen erbij te betrekken.’
‘We wilden duidelijkheid over wie aanspreekbaar was voor wat,’ zo legt Hans Berghorst uit. ‘De equipmentleveranciers hadden ook zelf de automatisering kunnen doen, maar wij wilden dat één partij over alles heen de software leverde. We hebben deze aanpak eerst met de equipmentleveranciers overlegd. Iedereen was het ermee eens en daarna zijn we een partij voor de automatisering gaan selecteren.’
Alex van Dalen: ‘We kregen vijf opdrachten en hebben daar ook vijf projecten van gemaakt, die waren ingedeeld naar de deelprocessen filtratie, lactosebereiding, eiwitbereiding, CIP [Cleaning In Place] & utilities en verpakken.’ Uiteindelijk lag de eindverantwoordelijkheid voor de deelprojecten bij de procesleveranciers, terwijl Beenen de overkoepelende software en elektrische installaties voor de hele fabriek deed.
Hans Berghorst: ‘Met de E&A-engineering lagen we op het kritieke pad. Hoewel de equipmentkeuze al in een vroeg stadium gemaakt was, konden we pas met de E&A-engineering starten toen alle details van de definitieve layout en bijvoorbeeld leidingtracés bekend waren. Je kan pas kabels gaan trekken als alle apparatuur geïnstalleerd is. Daarom lag er veel druk op de systeemintegrator. Beenen had hier in de piek honderd man aan het werk en in de laatste weken waren ze vierentwintig uur per dag aanwezig, in twee ploegen van twaalf uur. We hadden elke dag planning-coördinatie. Alle partijen willen tegelijk hun apparatuur naar binnen hijsen, dat kan natuurlijk niet, de ruimte is er niet en het is gevaarlijk voor de zeshonderd man die in de bouwtijd in de fabriek rondliepen. Daarom hadden we één partij die het interne transport deed.’
‘We wisten dat we vanaf 2 december 2014 wei zouden gaan ontvangen, dat legde heel veel druk op de contractors. Beenen had last van vertraging, veroorzaakt door andere leveranciers,’ vertelt Berghorst. ‘In december 2013 sloten we met Beenen de principeovereenkomst, in februari 2014 lag het contract er, maar toen moest Beenen nog de procesbeschrijvingen krijgen van equipmentleveranciers.’
‘Bij de start hadden we niet verwacht dat het ook echt in negen maanden zou gaan lukken. Onze ervaring bij andere opdrachtgevers is dat vijftig procent uitstel op de planning heel normaal is, maar zo was het hier niet,’ concludeert Van Dalen. ‘We hebben nog wel even discussie gehad over de manier waarop het functioneel ontwerp moest worden gemaakt, de Fonterra-methode was anders dan we gewend waren. Het voordeel was echter dat we er bij het ”FAT-ten” snel doorheen konden. We waren overigens blij dat de opdracht tot aan de commissioning liep. Onze ervaring is dat we in fixed-price-projecten leeglopen op de commissioning. Als er problemen optreden door de equipment, dan moet je vaak dagen wachten. Daarom wilden we die fase niet voor een vaste prijs aannemen. Tijdens de commissioning zijn onze mensen op afroep ingehuurd, de commissioning zelf werd gedaan door het Nieuw-Zeelandse engineeringteam van Fonterra, dat hier veel ervaring mee heeft.’
Hans Berghorst: ‘In Nieuw-Zeeland zagen we dat een slechte commissioning altijd tot veel productieverlies leidde en dat een goede commissioning zich dus snel terugverdient. Onze nieuwe medewerkers in Heerenveen hadden bovendien nog geen ervaring met het lactoseproces. Het ervaren team bracht dus veel toegevoegde waarde.’
‘Het is de eerste Fonterrafabriek waar we in filtratie een totaal koud proces hebben,’ vertelt Berghorst. ‘Het is state-of-the-art. Er zit geen verhittingsstap in het filtratieproces en in de lactosebereiding hebben we patenten van Fonterra toegepast. Ook hebben we veel aandacht besteed aan de waterhuishouding en warmtewinning. In de miljard kilo wei die we per jaar binnenkrijgen, zit maar een klein percentage droge stof. Het water dat overblijft, winnen we terug om het te hergebruiken als schoonmaakwater en ketelwater en we leveren een deel terug aan de kaasfabriek. De verwarming en airconditioning draaien ook op de restwarmte en restkoude van de Fonterra-fabriek.’
‘Een belangrijk systeem in de poederfabriek is de luchtbehandeling. Er is een constante luchtvochtigheid, temperatuur en flow nodig. In bepaalde delen van de fabriek hebben we een proces van adiabatische koeling toegepast, wat resulteert in een zeer laag energieverbruik. Zodoende kunnen we met weinig energie veel koude genereren.’
‘Veel van onze operators komen uit de zuivelsector en brengen hun specifieke ervaring mee naar Fonterra. Hier doen we sommige dingen anders want Fonterra heeft eigen standaards voor de automatisering. In onze fabrieken over de hele wereld gebruiken we dezelfde symbolen en kleuren voor procesonderdelen op de HMI-schermen. Bij ons zijn de schermen rustig, grijs, zonder schreeuwende kleuren. Daar moeten de mensen aan wennen. De systemen geven alleen die informatie die op dat moment nodig is.’
Alex van Dalen bevestigt dat het overal gelijk is. ‘Dus als de monteur in filtratie kijkt, dan werkt het daar exact hetzelfde als in de koelbehandeling. Bij andere fabrieken is het voor de technische dienst haast ondoenlijk om de kennis van uiteenlopende methoden te onderhouden. Standaardisatie werkt voor operators ook goed.’ Fonterra bereikt die uniformiteit bovendien door in alle fabrieken hardware en systeemsoftware van dezelfde leverancier toe te passen. Van Dalen: ‘Binnen Fonterra is Rockwell de standaard voor plc en SCADA. Beenen heeft voorgesteld om ook de frequentieregelaars en MCC’s [red.: motor control centers] van Rockwell te nemen. Hiermee bereik je een groot voordeel bij engineering en is de onderhoudbaarheid eenvoudiger.’ Op de vraag of Fonterra niet huiverig is voor een “vendor lock-in” antwoordt Hans Berghorst: ‘Nee, want Fonterra Nieuw-Zeeland heeft een innige band met Rockwell, een echt partnership. De symbolenbibliotheek is een Fonterra-bibliotheek. Om die te ontwikkelen hebben we een partnerleverancier gekozen. We stoppen er veel kennis in en willen dat niet met te veel partners delen. We hebben duidelijke afspraken over prijsgaranties.’
Alex van Dalen: ‘We moesten alle bibliotheken van Fonterra gebruiken voor het opbouwen van de software. Fonterra schrijft engineeringstandaarden voor, bijvoorbeeld voor plc’s, bekabeling, veiligheidssystemen enzovoort. Zo’n wereldwijde standaardisatie is voor de voedingsmiddelenindustrie vooruitstrevend. Fonterra heeft een projectengroep die projecten over de hele wereld uitrolt. Dat team heeft onze medewerkers ondersteund bij het maken van bijvoorbeeld de softwaredesignspecificatie. Doordat er standaarden zijn, hadden we geen tijdrovende discussies. We kwamen wel dingen tegen die nog niet in de bibliotheek zaten. Die hebben we via Nieuw-Zeeland laten goedkeuren en toevoegen.’
Berghorst noemt nog een voordeel: ‘Door standaardisatie kan je werken met lagere voorraden reserve-onderdelen en voorraadkosten optimaliseren.’ Van Dalen: ‘Het project is op tijd opgeleverd en we hebben daarna een serviceovereenkomst afgesloten. Inmiddels zijn de eerste uitbreidingen en modificaties ook al weer uitgevoerd. Met een dergelijke fabriek ben je nooit klaar, het kan altijd beter.’
‘De motorstarters in het Motor Control Center (MCC) zijn via ethernet/IP aangesloten op de plc,’ aldus Harry van Boven, Field Business Leader van Rockwell. ‘Via deze verbinding worden deze gestart en gestopt en alle informatie over de conditie van de motor is direct beschikbaar voor de operators op hun scherm in de controleruimte. Bij storingen kunnen ze hiervandaan direct zien wat de reden is en deze eventueel resetten. Het is niet meer nodig om vooraf extra I/O punten te reserveren, omdat alle data direct toegankelijk is via het netwerk. De motorstarters en frequentieregelaars maken gebruik van Auto Device Configuration (ADC), dit betekent dat alle parameterinstellingen bij een storing automatisch door de controller teruggezet worden in bijvoorbeeld de nieuwe frequentieregelaar, zonder dat hier iemand van de technische dienst voor nodig is. ADC is standaardfunctionaliteit die men zelf niet van tevoren hoeft te engineeren, maar alleen hoeft te configureren, wat tijd en kosten bespaart. Voorheen moest men vooraf de I/O specificeren en was het moeilijk om er later extra functies bij te bouwen. Nu alle data beschikbaar is via het netwerk in de software kun je veel meer informatie uit het MCC krijgen. Het in het MCC ingebouwde ethernet/IP-netwerk maakt het MCC samen met de software intelligent. Dit biedt ook voordelen met betrekking tot de uitwisselbaarheid, je kunt de nieuwe motorlade plaatsen in het MCC en met dezelfde software de parameters configureren en dan werkt het. Deze voordelen merk je vooral na de installatie, op de lange termijn. De initiële kosten zijn misschien hoger maar het is allemaal veel gemakkelijker te onderhouden en uit te breiden, waardoor de totale kosten uiteindelijk lager zullen uitvallen.’
Alex van Dalen: ‘Alles zit op ethernet, zodoende kan je data verzamelen op één plek. Maar we hebben nog niet echt de instrumenten toegepast, zoals die bij Smart Industry genoemd worden, die zelf aangeven wanneer ze onderhoud nodig hebben. Die zijn ook nog bijna niet te verkrijgen, maar de basis ligt er wel voor. Stel dat Fonterra over vijf jaar de voedingen wil vervangen, dan kunnen wij voedingen plaatsen die intelligent zijn. Zo’n intelligente voeding geeft bijvoorbeeld niet alleen zelf aan wat het ampèrage is, maar ook de staat van de condensatoren, de temperatuur en de verwachte levensduur. Als bepaalde parameters in de voeding tekenen geven van ouderdom, dan weet je: Over een jaar gaat het kapot dus ik ga nu nieuwe bestellen en die over negen maanden vervangen.
En je hebt temperatuuropnemers die zelf aangeven wanneer ze gekalibreerd moeten worden. Vroeger kon je uit zo’n apparaat alleen een temperatuur uitlezen, een analoog signaal, zonder extra informatie. Het concept van “Smart Industry” is vooral van belang voor onderhoud, het maakt predictive maintenance mogelijk. Stel dat Fonterra bijvoorbeeld over tien weken een bedrijfsstop inplant, dan kan het hoofd TD in het systeem zien welke instrumenten aangeven dat ze binnen zes maanden onderhoud nodig hebben. Die kun je vervangen tijdens de stop, zodat je niet ongepland stil komt te liggen.
Fonterra is vierentwintig uur per dag, zeven dagen per week in productie en wil dus zo stilstand zoveel mogelijk vermijden. Smart Industry kan daar een belangrijke bijdrage aan leveren.’
Blijf op de hoogte van het laatste IA-nieuws en ontvang tweewekelijks een e-mail.
In deze editie onder andere: ‘Techniek promoten’, ‘Verschuivende polen’ en ‘ATEX, alles duidelijk?’
Bent u nog niet bekend met Automatie | PMA? Vraag dan hier uw proefabonnement aan en ontvang 2 gratis proefnummers.
© 2022 Automatie | PMA. All rights reserved.