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Standort: Lemförde, Deutschland

Segment: Anlagenbau, Chemietechnik

Aufgabe: Modernisierung der Automatisierungstechnik einer Förderanlage mit der Prämisse, die Ströme jedes einzelnen Antriebs zur schnelleren Fehlererkennung messen zu können.

Lösung: SmartWire-DT intelligente Verbindungstechnik auf Geräteebene, Motorschutzschalter PKE, Profinet- Gateway.

Ergebnis: Mit Hilfe der Eaton-Technologie kann BASF seine Anlagenverfügbarkeit steigern. Denn dank der direkten Messung der Stromwerte an den Antrieben lassen sich Störungen schneller lokalisieren und beheben. In diesem Fall wird im Überlastfall nicht der Motorschutzschalter ausgelöst, sondern lediglich das zugeordnete Schütz abgeschaltet. Die softwareseitige Abschaltung eines Antriebs bei Überstrom bietet die Möglichkeit, dass der Bediener selbstständig viele Störungen beheben und quittieren kann – so ist die Anlage schneller wieder in Betrieb.

Mit SmartWire-DT und den PKE-Motorschutzschaltern können wir Fehler schneller erkennen und beheben. Das reduziert Bereitschaftseinsätze von Betriebselektrikern.

Thomas Büch, BASF

Intelligentes Verdrahtungssystem reduziert Ausfallzeiten in der Kunststoffproduktion. Im BASF-Werk Lemförde stellt das Fasstransportsystem ein entscheidendes Element in der Prozesskette dar: Steht die Förderstrecke, so steht die gesamte Produktion. Nach einer Modernisierung der 25 Jahre alten Anlage ermöglicht SmartWire-DT im Zusammenspiel mit Eaton Motorschutzschaltern die einfache Stromessung jedes einzelnen Antriebs und unterstützt damit eine vorbeugende Wartung. Im Störfall können die betroffenen Antriebe kontrolliert abgeschaltet werden, bevor der Motorschutzschalter auslöst. Im Störfall können die betroffenen Antriebe kontrolliert abgeschaltet werden, bevor der Motorschutzschalter auslöst.

Hintergrund

Polyurethan (PU) ist einer der vielseitigsten Kunststoffe: In Sportschuhen sorgt er für eine optimale Dämpfung, dient als Karosserieverkleidung im Autobau, isoliert Kabel oder dämmt Wände und Dächer von Gebäuden.

Markt- und Technologieführer für PU-Systeme in Europa ist das 1962 gegründete Unternehmen BASF Polyurethanes GmbH ansässig in Lemförde bei Osnabrück. Rund 1.500 Mitarbeiter erwirtschaften hier einen Umsatz von über 2 Mrd. Euro.

Ein wesentlicher Nervenstrang des Werks stellt die Fassförder-Anlage dar: Sie transportiert 200-Liter-Fässer mit Fertigprodukten und Rohstoffen von zwei Produktionshallen zum Fasslager beziehungsweise vom Lager zur Produktion.

"Hinter der Anlage steht eine ganze Kette an Prozessen. Es gibt dabei keine Puffer zwischen den einzelnen Prozessschritten. Wenn das Fördersystem ausfällt, bricht der gesamte Produktionsprozess zusammen," unterstreicht Claus Buhrmester vom Werks-Team Maintenance Systems die Bedeutung der Anlage.

 

Herausforderung: Automatisierung aktualisieren

Allerdings entsprach das Fasstransportsystem nach 25 Betriebsjahren nicht mehr den heutigen Anforderungen, wie Thomas Büch vom Technical Team Site Engineering Lemförde erläutert: "Die Anlage wurde von drei SPSen gesteuert, die aufgrund der Ersatzteilsituation ausgetauscht werden mussten, die Sicherheit war nicht mehr auf dem aktuellen Stand der Technik und wir hatten bis dato keine Anlagenvisualisierung. Zudem fehlte die Möglichkeit der Handbedienung, um im Störfall den Fehler zu beheben."

So beschloss das Team von Thomas Büch, die Automatisierungstechnik zu modernisieren. Dabei sollten die insgesamt rund 50 Drehstrommotoren für die Förderstrecke und die zwei integrierten Lifte weiterhin genutzt werden.

 

Lösung: Strommessung an jedem Antrieb

Im Rahmen der Modernisierung wurden die bisherigen drei Anlagenteile mit ihren jeweils eigenen Steuerungen zusammengefasst, sodass heute eine zentrale SPS die gesamte Anlage steuert. "Dadurch hat sich zum einen der Aufbau der Automatisierungsarchitektur vereinfacht, zum anderen sparen wir durch das Zusammenlegen der drei Schaltschränke wertvollen Platz in unseren Hallen“," so Büch.

Die Lösung beinhaltet Bedienpanels, die an den kritischen Punkten der Anlage installiert sind und auf denen die Anlage visualisiert wird. Über das Panel können die Mitarbeiter an der Anlage direkt sehen, wenn es zu einer Störung oder einem Stillstand kommt. Das bedeutet unter anderem, dass ein Mitarbeiter in der Produktion erkennen kann, wenn die Fässer im Lager nicht von der Transportanlage genommen werden oder ob irgendwo anders ein Stau auftritt. Aber auch für die vorbeugende Instandhaltung sind die Panels wichtig, wie Buhrmester betont: "Das System zeigt auch die Art der Fehler an. So können wir zum Beispiel unterscheiden, ob es sich um einen Laufzeitfehler aufgrund eines Überstroms oder aufgrund häufigen Ein- und Ausschaltens handelt." Infolgedessen verfügt das Instandhaltungsteam über wertvolle Informationen, um frühzeitig aktiv zu werden und Antriebe oder Mechanik zu prüfen.

Um diese Fehlererkennung zu ermöglichen, hat das BASF Team besonderen Wert auf eine Strommessung an den Antrieben gelegt. "Das war für uns der wesentliche Grund, die Anlage im Schaltschrank mit dem intelligenten Verbindungssystem SmartWire-DT zu verdrahten," so Büch. Es verbindet die einzelnen Schaltgeräte und Antriebe nicht jeweils über eine Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung mit der Steuerung, sondern alle Teilnehmer werden mit Hilfe von Gerätesteckern an einen achtpoligen Leiterstrang angeschlossen. Die SmartWire-DT-Leitung versorgt dabei die angeschlossenen Geräte mit Strom und übernimmt gleichzeitig die Datenkommunikation. Das vereinfacht die Verdrahtung im Schaltschrank erheblich.

"Durch den Einsatz der Systemwerkzeuge und -komponenten sind Verdrahtungsfehler praktisch ausgeschlossen," so Thomas Gern, Abteilungsleiter Industrieanlagentechnik bei Elektro-Anlagen-Technik EAT. Der in Wallenhorst ansässige elektrotechnische Dienstleister hat die Schaltschränke für die BASF-Anlage gebaut. "Die Stückprüfung des Schaltschranks kann daher innerhalb sehr kurzer Zeit und im Rahmen der Software-Verifizierung erfolgen. Nach einer kurzen Systemeinweisung bei uns im Hause konnten unsere Schaltschrankschrankbauer im Vergleich zu einem konventionellen Aufbau die Verdrahtung innerhalb der halben Zeit fertigstellen." Zudem spart das System Platz im Schaltschrank. Für die Ansteuerung der Schütze und die Rückmeldungen von Schützen und Motorschutzschaltern sind keine Ein- oder Ausgänge an der SPS erforderlich. Alle Eingangssignale werden über SmartWire-DT eingesammelt und an die SPS übertragen, Ausgangsinformationen der Steuerung werden über SmartWire-DT direkt im Schaltgerät verarbeitet.

"Die beste Visualisierung nutzt nichts, wenn die wichtigen Informationen aus dem Feld fehlen", bringt Buhrmester den aus seiner Sicht als Anlagenbetreiber entscheidenden Vorteil von SmartWire-DT auf den Punkt.

Das System liefert diese Informationen auf eine einfache und kosteneffiziente Art, denn im Zusammenspiel mit den Motorschutzschaltern PKE bietet es die Möglichkeit der Strommessung jedes einzelnen Antriebs – und das ohne zusätzliches Equipment.

Er nennt aber noch einen weiteren Vorteil: "Ohne diese Strommessung würde bei einer Überlast der Motorschutzschalter auslösen. In diesem Fall wird im Überlastfall nicht der Motorschutzschalter ausgelöst, sondern lediglich das zugeordnete Schütz abgeschaltet."

Die Freigabe des Schalters erforderte bisher einen Betriebselektriker. Nachdem die Überlastsituation beseitigt ist, kann der Motor über die Steuerung wieder eingeschaltet werden, ohne dass Wartungspersonal den Schutzschalter zunächst rücksetzen muss. "

In der normalen Tagschicht stellt dies kein Problem dar, doch im Lemförde-Werk wird in Früh- und Spätschicht gearbeitet – das heißt, außerhalb der normalen Schicht musste immer ein Betriebselektriker von zuhause ins Werk fahren, wenn ein Motorschutzschalter ausgelöst hat. Heute kommuniziert die Anlage über SmartWire-DT den Strom direkt an die SPS, sodass die Förderanlage angehalten werden

kann, noch bevor der Motorschutzschalter den Antrieb abschaltet. Auf diese Weise ist der Produktionsmitarbeiter vor Ort ertüchtigt, viele Störfälle – zum Beispiel ein verklemmtes Fass – selbst zu beheben, den Fehler über das Bedienpanel zu quittieren und die Anlage wieder hochzufahren.Mit der Modernisierung wurde die Anlage zudem in verschiedene Sicherheitsbereiche eingeteilt. Wurde früher irgendwo in der Anlage der Not-Aus-Schalter betätigt, war nur die Quittierung von einer zentralen Stelle aus möglich. Um diesen aufwendigen Prozess zu optimieren, sind heute über die Powerfeed-Module, die im SmartWire-DT-System die Schaltgeräte mit Strom versorgen, Sicherheitszonen gebildet worden. Ein Modul versorgt jeweils die Antriebe eines Sicherheitsbereiches. Bei einem Nothalt wird das jeweilige Powerfeed-Modul abgeschaltet, sodass die Anlage nur in diesem Bereich steht. Die Quittierung ist über die Bedienpanel vor Ort möglich.

"Grundsätzlich haben wir die Sicherheitstechnik massiv nachgerüstet," sagt Büch. „Neben zusätzlichen Lichtschranken wurden vor allem viele Zaunelemente montiert. Das macht das Bedienen der Anlage allerdings nicht unbedingt einfacher – man braucht daher eine vernünftige Handebene und eine Visualisierung, um im Fehlerfall nicht in die Anlage klettern zu müssen.“ Dazu wurde das System mit einem Handbedienpanel mit Totmann-Funktion ausgestattet, sodass bei einem Stillstand der Instandhalter vor Ort die Anlage manuell steuern kann, um einen Fehler zu beheben. Die gesamte Sicherheitstechnik kommuniziert über Profinet. Daher entschied sich Büch, das SmartWire-DT-System mit einem entsprechenden Gateway ebenfalls über Profinet an das übergeordnete System anzubinden.

 

Ergebnis

"Dank der Modernisierung der Anlage konnten wir bereits einige Bereitschaftseinsätze unserer Betriebselektriker einsparen," resümiert Büch. "Zudem ist die Anlage nach einer Störung mit Überstrom wesentlich schneller wieder verfügbar. Leicht überhöhte Stromwerte zum Beispiel bei mechanischen Defekten werden schneller erkannt und können so rechtzeitig behoben werden. Gerade bei Antrieben, die in der Regel nur wenige Minuten pro Fördertakt geschaltet sind, wäre eine Früherkennung durch klassische Motorschutzschalter kaum möglich." Instandhalter Buhrmester ergänzt: "Mit den Informationen von jedem einzelnen Antrieb können heute tatsächlich die Ursachen einer Störung gefunden und behoben werden. Das ist das Entscheidende, was uns weiterhilft – die Nachhaltigkeit der Reparatur."