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Reines Prozess-Denken

Steuerungstechnik

Reines Prozess-Denken

Destillationsanlagen separieren auf molekularer Ebene Stoffe voneinander, um sie hochrein als Gutprodukt einsetzen zu können. Unlängst wurde die erste Destillationsanlage für die Feinchemie nach einer neuen Programmstruktur gebaut. Dabei kam eine Plattform zum Einsatz, die eine ganzheitliche Programmierung, Parametrierung, Visualisierung und Sicherheitstechnik ermöglicht. Die Verantwortlichen sehen darin einen wichtigen Schritt für die Zukunft von Destillationsanlagen.

Bild: UIC GmbH

Als Entwickler und Fertiger von Dünnschichtverdampfern und Kurzweg-Destillationsanlagen liefert die UIC GmbH in Alzenau bei Aschaffenburg seit über 25 Jahren Laboranlagen, Pilotanlagen und Industrieanlagen. Einem Kunden aus der Feinchemie wurde eine Produktionsanlage nach dem Kurzweg-Destillationsprozess für dessen Fertigung in Deutschland geliefert. Ulrich Jacobs, Leiter Elektrotechnik und MSR-Technik bei UIC, sagt: „Hierbei haben wir erstmals den gesamten Engineering-Prozess mithilfe des neuen Engineering Frameworks TIA Portal von Siemens durchgeführt.“ Die Software-Plattform zeichnet sich dadurch aus, dass Programmierung, Parametrierung, Visualisierung und Sicherheitstechnik mit einem einzigen System realisiert werden können. „Diesen Vorteil wollten wir uns zunutze machen und frühzeitig umsteigen“, sagt Jacobs.

Zusammen mit der APE Engineering GmbH im benachbarten Niedernberg, ein Dienstleister für Automatisierungstechnik, wurde dieser Umstieg bewältigt. Ulrich Jacobs und seine Kollegen sehen in dem Portal eine Reihe von Vorteilen, die die Arbeit künftig erleichtern können. Dazu zählt in erster Linie die gemeinsame Datenbasis innerhalb des Engineering Frameworks, auf die die Programmierung und die Visualisierung zugreifen. So müssen zum Beispiel Variablen nicht mehr aufwändig zugeordnet werden. Umrechnungsprozeduren und Syntaxanpassungen beziehungsweise daraus resultierende Fehler gehören der Vergangenheit an. „Das geht heute spürbar bequemer“, fasst Jacobs zusammen.

Spülprozess überwachen

Das Engineering Framework wurde zum ersten Mal beim Bau einer zweistufigen Vakuum-Destillationsanlage verwendet. Dort sorgen ein Dünnschichtverdampfer und ein Kurzweg-Destillator dafür, dass aus einem flüssigen Ausgangsmedium ein Gutprodukt gewonnen wird. Dieses und der wieder ausgeschiedene Reststoff sind flüssig, was typisch für diese Art von Produktionsanlagen ist. Die Anlage arbeitet mit einem Vakuum von zirka zehn bis drei Millibar und erreicht einen Durchsatz von 500 Kilogramm pro Stunde. Sie ist auf einen Betrieb rund um die Uhr ausgelegt und arbeitet weitgehend unbeaufsichtigt. Die Steuerung übernimmt hierbei eine Simatic S7-315F von Siemens in Verbindung mit einem PC, auf dem die Rezeptverwaltung läuft. „Diese fehlersichere Steuerung haben wir hier zum ersten Mal verwendet, weil es in der Anlage Prozesse gibt, die aus Ex-Schutz-Gründen sicher überwacht werden müssen“, sagt Ulrich Jacobs.

Konkret handelt es sich dabei um den Reinigungsprozess, bei dem ein Behälter über eine Düse ausgespült wird. Da beim Einspritzen Entladungsspannungen auftreten können, muss sichergestellt sein, dass der Behälter mit Stickstoff geflutet ist. Zusätzlich müssen noch einige weitere Bedingungen sicher erfüllt sein, damit kein Risiko entsteht. „Auch hier zeigt sich die Durchgängigkeit des Portals“, sagt Ulrich Jacobs. Denn im Engineering Framework kann auch die gesamte Sicherheitstechnik programmiert werden. Hierfür gibt es vorgefertigte Funktionsbausteine, die über Drag and Drop an die gewünschte Stelle geschoben werden. Für die Anwendung bei UIC hat die APE Engineering GmbH zur Steuerung der komplexen Destillationsprozesse zusätzlich eigene Prozeduren geschrieben.

Aufgrund des notwendigen Explosionsschutzes in der Vakuum-Destillationsanlage wurde die fehlersichere Steuerung Simatic S7-317F von Siemens verwendet. Bild: UIC GmbH

Einfache Visualisierung

In der Destillationsanlage ist eine elektrische Gesamtleistung von 216 Kilowatt verbaut. Diese verteilt sich auf Heizgeräte, Motoren sowie einen Vakuumpumpenstand, bestehend aus Flüssigkeitsringpumpe, Gasstrahler sowie drei Wälzkolbenpumpen. Die Antriebe werden über Abzweige aus Schütz und Schutzschalter sowie mithilfe von Frequenzumrichtern bewegt. Auf Kundenwunsch wurde in der beschriebenen zweistufigen Vakuum-Destillationsanlage der diskreten Verdrahtung der Vortritt vor Bustechnik für die Kommunikation mit der Steuerung gegeben. „Aber grundsätzlich verfolgen wir in unseren Konstruktionen Anlagenkonzepte mit dezentraler Peripherie in Verbindung mit Profinet“, betont der Leiter der Elektrotechnik. Das sei abhängig vom Anlagenkonzept beziehungsweise den Aufgabenschwerpunkten, die mit dem entsprechenden Kunden vereinbart worden sind.

In der beschriebenen Anlage gibt es zumindest die Industrial-Ethernet-Verbindung zwischen der Steuerung, dem Rezept-PC und den beiden Bedienstationen. Bei diesen handelt es sich um zwei Panel-PCs 577 Touch von Siemens. Die Visualisierung mithilfe des Portals hat sich dabei bewährt. Ulrich Jacobs blickt zurück: „Wir standen vor der Entscheidung, für das bisher verwendete Programm ein Upgrading zu machen oder dieses zugunsten des Portals zu überspringen.“ Der Umstieg von Simatic WinCC flexible auf Simatic WinCC Professional hat die Visualisierung der beiden Bedienstationen inklusive der Rezeptverwaltung erleichtert. Allein der Abgleich der Bedienstationen wäre sonst aufwendig gewesen. Durch die mögliche Server-Client-Struktur sei das aber kein Problem mehr gewesen, sagt Jacobs.

Einfacher Umstieg

Der Umstieg von der Programmiersoftware Step 7 Classic Welt für die Steuerung des Simatic Managers auf das TIA Portal war unkompliziert. Die UIC-Mitarbeiter haben das Arbeiten mit der modernen Softwarelösung ohne externen Schulungsaufwand gelernt. Ulrich Jacobs sagt: „Die Programme ähneln sich in weiten Teilen sehr deutlich, so dass man innerhalb weniger Stunden beziehungsweise Tage firm in der Handhabung wird.“ Vor allem in der Programmierung über Drag-and-Drop-Mechanismen sieht er eine spürbare Vereinfachung. Auch sieht er Vorteile für die Zukunft in der gemeinsamen Programmplattform. Jacobs rechnet damit, dass der Entwicklungstrend, wonach Konstruktions- und Programmtools aufeinander zugehen, weiter anhalten wird.