Wenn sich Vorteile addieren

Prozessautomation

Monitoring - Durch ein neues Automationssystem mit konsequent digitaler Infrastruktur realisierte die Glencore Magdeburg GmbH nicht nur den Sprung zur nächsten Technologie-Generation, sondern auch eine präzisere Prozesssteuerung bei erhöhter Anlagenverfügbarkeit.

01. Juni 2017
Ein Automatisierungssystem hilft Ertrag und Wirtschaftlichkeit zu steigern.
Bild 1: Wenn sich Vorteile addieren (Ein Automatisierungssystem hilft Ertrag und Wirtschaftlichkeit zu steigern. )

Die Glencore-Gruppe ist einer der größten Rohstoffhändler weltweit. Das Unternehmen mit 160.000 Mitarbeitern und 90 Niederlassungen in 50 Ländern beschäftigt sich mit der Produktion, Veredelung und Verarbeitung von landwirtschaftlichen Produkten, aber auch Metallen, Mineralien und Energieprodukten. Teil der Gruppe ist die Glencore Magdeburg GmbH, ein Hersteller von Biodiesel und zertifizierter Produzent von Rapsöl für den Futter- und Lebensmittelmarkt. Den Bau eines neuen Werkes am Standort Magdeburg nahm das Unternehmen zum Anlass, auch in der Prozesssteuerung neue Wege zu gehen und bei der Prozessautomation konsequent auf Profibus PA zu setzen. Die Umsetzung vor Ort übernahm dabei die Elcon automation & engineering GmbH aus Herten, die bereits über umfangreiche Erfahrung mit der Projektierung, Planung, Installation und Inbetriebnahme von Kommunikationsinfrastrukturen zur Prozesssteuerung im Chemiebereich verfügte.

Bei der Wahl der Feldbusinfrastruktur für die neue Anlage überzeugte Elcon die Projektverantwortlichen von Glencore von Profibus PA und der FieldConnex-Baureihe von Pepperl+Fuchs. Die einzelnen Komponenten dieser Baureihe bieten nicht nur optimale Voraussetzungen für eine schnelle und zielsichere Installation vor Ort. Sie tragen darüber auch ganz entscheidend zu einer vereinfachten Projektierung der gesamten Infrastruktur bei. Davon ist zumindest Elcon-Geschäftsführer Thorsten Bille überzeugt, unter dessen Regie die Umsetzung des Glencore-Projektes lief.

Einfach aber effektiv

Da man es bei Rapsöl und seinen Folgeprodukten mit leicht entflammbaren Prozessmedien zu tun hat, mussten für die Prozessanlage in Magdeburg auch Vorkehrungen für den Betrieb von Feldinstrumenten im explosionsgefährdeten Bereich getroffen werden. Konkret: Die Feldbusinfrastruktur musste die Instrumentierung in allen Bereichen anbinden – von der Zone 0 bis zur Zone 2. Darüber hinaus gab es neben der Gefährdung durch Gas auch Bereiche mit hoher Staubentwicklung, zum Beispiel die Produktannahme.

Elcon nutze dafür eine Feldbus-Topologie mit High-Power-Trunk und Anbindung der Ex-Bereiche über Segment-Protektoren und Feldbarrieren. Das ermöglichte die Umsetzung einer von der Struktur her relativ einfachen Lösung, die den erforderlichen eigensicheren Anschluss von Feldgeräten erlaubte.

Der Umstieg von einer konventionellen diskreten Verkabelung auf Profibus PA war natürlich für Glencore ein technologischer Quantensprung. War man bisher große Schaltschränke gewohnt, in denen eine hohe Systemvarianz herrschte und unterschiedliche Standards aufeinander trafen, zeichnete sich die Feldbus-infrastruktur durch durchgängig transparente Strukturen und einen hohen Standardisierungsgrad aus. Das sparte nicht nur Platz, sondern erlaubte auch eine schnelle und äußerst flexible Installation. So konnte beispielsweise mit kompakten Verteilerkästen gearbeitet werden, die in unmittelbarer Nähe zum Prozess einfach im Freien aufgestellt wurden und die Umsetzung einer problemlos nachvollziehbaren, transparenten Struktur bei minimalem Verkabelungsaufwand erlaubten.

Ein entscheidender Vorteil einer digitalen Vernetzung über Profibus PA ist der Zugriff auf sämtliche Daten der Instrumentierung und darüber hinaus auch der physikalischen Feldbusebene direkt von der Leitwarte aus.

Alle Informationen an einer Stelle

Dazu gehören nicht nur Informationen über den aktuellen Status jedes einzelnen Feldgerätes, sondern auch umfassende Diagnose- und Konfigurationsdaten. Das bedeutet unter anderem, dass bei Ventilen die Abweichung zwischen Soll- und Istwert automatisch erfasst und überwacht werden kann. Erreicht die Abweichung einen einstellbaren Schwellwert, deutet dies auf ein Anbacken oder andere Ursachen hin, die sich in einer Schwergängigkeit des Ventils äußerten. Dabei wird die Zeit, die das Ventil für das Verfahren benötigt, bewusst ausgeblendet, um Fehlalarme während einer Sollwert-Änderung zu unterdrücken.

Außerdem erhalten Instandhaltungsteams ein sinnvolles Mehr an Information, die sie in die Lage versetzt, proaktiv einzugreifen, um für einen ungestörten Anlagenbetrieb zu sorgen. Wobei die Diagnosedaten nicht nur aus der Ferne aufrufbar sind. Sie fließen auch unmittelbar in eine elektronisch geführte Feldgeräte-Dokumentation ein und stehen jederzeit blitzschnell zur Verfügung, wenn es zum Beispiel um Austausch und Neukonfiguration einer Komponente geht. Im neuen Glencore-Werk III geschieht dies über Pactware in Verbindung mit der Advanced-Diagnostics-Funktionalität von Pepperl+Fuchs.

Jede Komponente langfristig im Blick

Advanced Diagnostics bietet noch einen weiteren Vorteil: Der ständige Zugriff auf den Zustand der physikalischen Feldbusebene bildet auch die technische Voraussetzung für proaktive Wartungskonzepte im Bereich der Feldbusinstallation selbst. Auch das trägt zu einer deutlich verbesserten Anlagenverfügbarkeit bei. Mithilfe entsprechender Asset-Management-Lösungen lassen sich problematische Entwicklungen weit im Vorfeld erkennen und die betreffenden Komponenten im Rahmen routinemäßiger Wartungsarbeiten austauschen. Unerwartete Anlagenstillstände und die damit verbundenen wirtschaftlichen Folgen werden damit zur absoluten Seltenheit.

In Zusammenarbeit mit den Mitarbeitern vor Ort realisierte Elcon eine genaue Feinabstimmung der Systemmeldungen der neuen Glencore-Prozessanlage. Dadurch wird das Personal in der Leitwarte vor einem Overkill an Informationen geschützt, denn es werden nur solche Meldungen aktiviert, die sich nachhaltig auf den Prozessablauf auswirken können.

Vorbeugend handeln

Anders gesagt: Der Anlagenfahrer erhält eine übersichtliche grafische Darstellung der gesamten Prozessanlage mit allen entscheidenden Indikatoren und kann sich im Problemfall bis auf das einzelne Feldgerät durchschalten. Das Wartungspersonal wiederum weiß genau, wie es um den Zustand der gesamten Anlage bestellt ist und kann bei erkennbaren Problemen vorbeugend handeln. Ein typisches Beispiel ist ein Regelventil, von denen es bei der Verarbeitung von flüssigen Medien unzählige gibt. Ein einziges Ventil kann über 100 Diagnosemeldungen liefern. Kein Mensch kann eine solche Informationsmenge im Blick behalten, um eine kritische Situation rechtzeitig zu erkennen. Elcon entwickelte daher eine grafische Darstellung, die auf einen Blick zeigt, wie es mit den wirklich prozessentscheidenden Parametern des Ventils aussieht. Kritische Messwerte werden rot hervorgehoben und das Wartungspersonal kann gezielt entscheiden, ob eine sofortige Reaktion erforderlich ist oder das Problem bei der nächsten routinemäßigen Wartung angegangen werden soll. Die Fülle an Informationen, die von den einzelnen Feldinstrumenten einer Prozessanlage ausgehen, sagen nicht nur etwas über den Zustand des einzelnen Gerätes aus. Sie unterstützen nicht nur proaktive Wartungskonzepte für eine höhere Anlagenverfügbarkeit. Ganz im Sinne von Industrie 4.0 lassen sie sich auch gezielt auswerten, um Daten in Informationen zu übersetzen und daraus Wissen, Erfahrungen, Erkenntnisse zu gewinnen.

Höhere Präzision für mehr Ertrag

So sieht man zum Beispiel bei Glencore den nächsten Entwicklungsschritt darin, das langfristige Verschleißverhalten einzelner Anlagenbestandteile zu analysieren. Ein Beispiel dafür ist die Veränderung der Pumpenkennlinien, die Performanz von Wärmetauschern oder der Durchsatz von Rohrleitungen. Sind diese Parameter bekannt, bestehen nicht nur beste Voraussetzungen für eine proaktive Wartung. Es wird auch eine proaktive Prozesssteuerung möglich, die alle Veränderungen einbezieht. Ein Schlüssel dafür sind anschauliche Prozessgrafiken, die die funktionalen Zusammenhänge sichtbar machen und dem Anlagenbetreiber genau die Key-Performance-Indizes in die Hand geben, die für einen vorausschauenden Betrieb der Anlage entscheidend sind. Bei Glencore sind das vor allem die Temperaturen bei einzelnen Prozessschritten. Steht dem Anlagenfahrer eine übersichtliche Grafik zur Verfügung, die den Temperaturverlauf durch die gesamte Anlage darstellt, werden Veränderungen bereits erkennbar, bevor diese zur Überschreitung von Grenzwerten führen und damit Qualitätsprobleme auslösen können.

Alle diese Konzepte beruhen nicht nur auf dem Zugriff auf unzählige Prozessparameter. Sie werden auch durch die Tatsache unterstützt, dass die Übertragung von Prozesswerten in digitaler Form deutlich präziser ist als die herkömmliche analoge Anbindung von Instrumenten an das Automationssystem. Elcon setzte daher auf ein digitales System ohne Kompromisse. Dabei werden beispielsweise FieldConnex-Temperaturmultiplexer eingesetzt, um auch analoge Feldinstrumente nahtlos in das System einzubinden.

Die damit erreichbaren Vorteile können sich sehen lassen. So fuhr die durchgängig digitale Kommunikationsinfrastruktur im Magdeburger Glencore-Werk III dazu, dass die Messungenauigkeit um 0,5 Prozent verbessert werden konnte. Das klingt vielleicht recht bescheiden, doch hier geht es um ein jährliches Produktionsvolumen von 250.000 Tonnen flüssigem Endprodukt. Wird um nur 0,5 Prozent genauer gemessen, entspricht das also einem Volumen von 1.250 Tonnen im Jahr. Das entspricht 20 randvollen Kesselwagen.

Erschienen in Ausgabe: 04/2017