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Dezentrale Automatisierungssysteme im Hygienic Design

Modernisierung der Prozesspneumatik im Steril-Tanklager.

Dezentrale Automatisierungssysteme im Hygienic Design
Die Ehrmann SE blickt als eine der führenden Molkereien Deutschlands auf eine lange Tradition zurück. Heute überzeugt das Unternehmen mit einem vielfältigen, qualitativ hochwertigen Produktsortiment

Prozess- und verfahrenstechnische Anlagen in der Nahrungs-, Genussmittel- oder Getränkeindustrie sind meist für eine lange Betriebsdauer ausgelegt. Irgendwann kommen aber auch sie in die Jahre. Werden die Wartungsintervalle immer kürzer und Ersatzteile schwieriger zu beschaffen, sind Modernisierungsmaßnahmen unumgänglich. Sie lassen sich auch dazu nutzen, die Anlagenstruktur insgesamt und damit die Produktivität zu verbessern. Kompakte Ventilinseln als dezentrale Automatisierungssysteme für die Ansteuerung der Pneumatik sind hier eine praxisgerechte Lösung. Mit anschlussfertigen Kompaktsystemen in hygienegerechten Edelstahlschaltschränken sind selbst Umstrukturierungen komplexer Anlagen realisierbar, ohne dass es zu langen Stillstandszeiten kommt. Die Modernisierung eines Steril-Tanklagers in einer Molkerei liefert dafür ein Beispiel.

Die Ehrmann SE (vgl. Firmenkasten 1) blickt als eine der führenden Molkereien Deutschlands auf eine lange Tradition zurück. 1920 gründete der Molkereimeister Alois Ehrmann (sen.) seine Molkerei als Ein-Mann-Betrieb. Seitdem hat sich das Unternehmen kontinuierlich weiterentwickelt und überzeugt heute mit einem vielfältigen, qualitativ hochwertigen Produktsortiment nicht nur national, sondern auch international (Bild 1). Damit das auch in Zukunft so bleibt, investiert die Molkerei in die Entwicklung neuer Produkte und immer wieder in die Modernisierung und Optimierung der Produktionsanlagen. Im Jubiläumsjahr 2020 beispielsweise stand die Sanierung der Prozesspneumatik in einem Steril-Tanklager am Standort Oberschönegg auf der Agenda (Bild 2).


Dezentrale Automatisierungssysteme im Hygienic Design
Um die Produktivität zu erhöhen wurde das Steril-Tanklager, aus dem fünf Produktionslinien versorgt werden, modernisiert.

Die Anlage, die für fünf Produktionslinien den Produktzulauf übernimmt, war in die Jahre gekommen. Es kam immer häufiger zu Störungen. Reinhard Huber (Bild 3), Teamleiter Anlagenbau Elektrotechnik, erinnert sich: „Die Fehlersuche war oft schwierig, denn die pneumatische Ansteuerung der rund 400 Prozessventile war in einem zentralen Schaltschrank untergebracht. Die Verfolgung der langen Leitungswege und die Ortung der Fehlerquellen verlangten unserem Wartungspersonal einiges ab.“ Im Zuge der Sanierung sollten deshalb nicht nur Komponenten ausgetauscht und erneuert, sondern auch die Anlagenstruktur optimiert werden, mit dem Ziel die Produktivität zu erhöhen und im Fall der Fälle die Fehlersuche zu vereinfachen. Dezentrale Pneumatik-Schaltschränke in der Nähe der Prozessventile sollten den großen, zentralen Schaltschrank ersetzen.


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Reinhard Huber Teamleiter Anlagenbau - Elektrotechnik: „In enger Zusammenarbeit mit Bürkert ließ sich die Modernisierung der komplexen Prozesspneumatik zügig bewältigen.“

Übersichtlich und ohne lange Leitungen: dezentral statt zentral

Die Rahmenbedingungen für Sanierung und Umstrukturierung der umfangreichen Prozesspneumatik waren allerdings nicht einfach. Der Produktionsprozess ließ nur kurze Stillstandzeiten zu und die Platzverhältnisse an der Steril-Tankanlage waren alles andere als großzügig. In enger Zusammenarbeit mit den Fluidikspezialisten von Bürkert Fluid Control Systems (vgl. Firmenkasten 2) ließ sich die komplexe Aufgabenstellung jedoch bewältigen. Im ersten Schritt wurden die Pneumatikfunktionen analysiert, dann räumlich den entsprechenden Anlagenteilen zugeordnet und schlussendlich so zusammengefasst, dass sie in acht dezentralen Einheiten an der Anlage Platz fanden (Bild 4).


Dezentrale Automatisierungssysteme im Hygienic Design
Für die dezentralen Pneumatik-Steuereinheiten wurden die modular aufgebaute Ventilinseln in hygienegerechten Schaltschränken montiert und vorverdrahtet.

Bürkert hat für solche Anwendungen eine praxisgerechte Plattform entwickelt, die sich bereits in vielen ähnlichen Anwendungsbereichen im Hygienic-Bereich bewährt hat:

Für die dezentralen Pneumatik-Steuereinheiten wurden die modular aufgebauten Ventilinseln (Typ 8652, Bild 5) mit jeweils bis zu 48 Ventilfunktionen mit der AirLINE-Quick-Adaption in hygienegerechten Schaltschränken (Typ 8614) montiert und vorverdrahtet. Weitere optionale Baugruppen, z.B. Filterregler, Drucküberwachung oder Netzteil, komplettierten die Schränke. Für Ehrmann wurde zudem ein Leerfeld vorgesehen, wo sich zusätzliche Komponenten unterbringen ließen. „Für solche Sonderwünsche hat Bürkert immer ein offenes Ohr, was wir bei der Zusammenarbeit besonders schätzen,“ betont Huber.


Dezentrale Automatisierungssysteme im Hygienic Design
Ventilinsel Typ 8652 AirLINE mit jeweils bis zu 48 Ventilfunktionen.

Kompakt und diagnosefreundliche Pneumatikschränke

Die Baumaße der Pneumatikschränke sind relativ klein und alle außenliegenden Teile bestehen aus beständigem Edelstahl. Damit ist das anschlussfertige, geprüfte und zertifizierte HD-Automatisierungssystem optimal für den Einsatz nah an den Aktoren und Sensoren mitten im hygienesensiblen Prozessumfeld des Steril-Tanklagers geeignet. Dadurch reduziert sich der Aufwand für die Verschlauchung deutlich, denn die Wege zu den Aktoren sind im Vergleich zu früher viel kürzer. „Unser Wartungspersonal freut sich zudem über die Übersichtlichkeit der dezentralen Struktur“, so Huber weiter. Am Display der Ventilinseln sind alle wichtigen Informationen zum Prozess, wie z.B. aktuelle Schaltzustände von Pilot- und Prozessventil oder die Erkennung von Kabelbruch, für den Anwender direkt vor Ort verfügbar. Diese Daten werden über Profinet aber auch an die Anlagensteuerung weitergeleitet, was einen schnellen Überblick über die Anlagenfunktion ermöglicht.

Die Ventilinseln sind standardmäßig mit allen gängigen pneumatischen Prozesssicherheitsmerkmalen ausgestattet. Eine besondere Sicherheitsfunktion sind beispielsweise Rückschlagventile im Entlüftungskanal. Sie verhindern, dass Ventile durch Druckspitzen im Entlüftungskanal ungewollt aktiviert werden. Das sorgt für eine hohe Prozesssicherheit. Durch die Hot-Swap-Funktion lassen sich zudem einzelne Ventile bei laufendem Betrieb unter Druck und bei anliegender Spannung wechseln. Es gibt also auch in solchen Fällen keinen Produktionsstillstand.

Zügige Inbetriebnahme: Umbau in zwei Schritten

Produktionsstillstand war auch beim Umbau ein zentrales Thema. Ihn galt es so kurz wie möglich zu halten. Die HD-Schaltschränke mit den Ventilinseln wurden zwar anschlussfertig geliefert und vor Ort mussten lediglich noch Druckluft, Stromversorgung und Bussystem angeschlossen werden. Aber auch das braucht natürlich Zeit und Manpower. Um die Stillstandzeiten möglichst kurz zu halten, wurde das Steril-Tanklager deshalb in zwei Schritten umgerüstet. Zunächst wurden vier dezentrale Steuerschränke installiert, während ein Teil der Funktionen über die alte Pneumatik-Steuerung weiterlaufen konnte.


Dezentrale Automatisierungssysteme im Hygienic Design

Nach abgeschlossener Inbetriebnahme und erfolgreichem Test der ersten vier Ventilinseln kamen dann die anderen vier Steuerschränke an die Reihe. „Unsere Techniker haben den Umbau zügig bewerkstelligt“, freut sich Huber. „Wir hatten weniger als drei Tage Einbußen bei der Produktionskapazität.“ Bei Ehrmann haben die technischen Mitarbeiter die Umrüstung selbst durchgeführt. Prinzipiell unterstützt Bürkert mit seinem erfahrenen Serviceteam aber auch in dieser Inbetriebnahmephase die Anwender. Im Steril-Tanklager gab es jedoch aufgrund der beengten Raumverhältnisse wenig Raum für zusätzliche Techniker. Neben den Schaltschränken finden bei Ehrmann noch weitere Bürkert-Produkte wie beispielsweise pneumatisch betätigte 2/2-Wege-Schrägsitzventil CLASSIC und ELEMENT sowie Steuerköpfe für den hygienischen Bereich ihren Einsatz.

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