In der chemischen Industrie verläuft die Produktion im Allgemeinen kontinuierlich ohne schnellen Wechsel zwischen Produkten. Ursa Chemie, ein mittelständisches Unternehmen aus Montabaur, stellt sich der Herausforderung, auf Kundenwunsch auch kurzfristig chemische Stoffe und Materialien herzustellen. Ein modernes Scada-System unterstützt die Flexibilität des Produzenten.

Große Hersteller chemischer Produkte verfügen über Anlagen, die auf die Massenproduktion eines Stoffes ausgerichtet sind, aber flexibles, schnelles Wechseln des Fertigungsvorgangs nicht erlauben. Für diese Massenproduktion werden auch Zusatzstoffe und Grundstoffe in geringen Mengen benötigt, deren Produktion im eigenen Haus sich für die Betreiber großer Chemiefabriken meist nicht auszahlt. Jedoch sind die Anforderungen an diese Vorprodukte genauso hoch wie an die Endprodukte, das heißt: einwandfreie Qualität und Rückverfolgbarkeit müssen jederzeit gewährleistet sein. Eine weitere Herausforderung stellt sich durch die Umgebungsbedingungen. Entflammbare Gase und Dämpfe setzen zwingend Geräte voraus, die für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zertifiziert sind.

Ursa Chemie aus Montabaur in der Nähe von Koblenz stellt Vor- und Zwischenprodukte für die chemische Industrie her. Die Ausstattung und die produktionstechnischen Möglichkeiten stehen denen großer Chemieunternehmen in nichts nach, so dass vom einfachen Mischprodukt bis zum komplexen Reagenzprodukt alle Chemikalien hergestellt und verarbeitet werden können.

• Umstellung der Kessel von manueller Bedienung hin zur automatisierten Fertigung

• die hohe Flexibilität in der Produktion und die Möglichkeit, schnell auf kurzfristige Anfragen von Kunden zu reagieren, sollen gewahrt werden

   

focus erarbeitete ein Konzept, wie die bei chemischen Prozessen notwendigen Automatisierungsschritte bspw. „Rühren“ und „Heizen“ in sogenannte Basics zerlegt und definiert werden können. Ein Basic verfügt über Parameter, die dem herzustellenden Produkt angepasst werden müssen. Diese Parameter werden in einer SQL-Datenbank gespeichert. Bei neuen Prozessen müssen sie lediglich richtig kombiniert und mit den jeweiligen Parametern versehen werden und der Produktionsprozess kann starten.

Die eingesetzte Scada-Software greift auf dieselbe SQL-Datenbank zu, in der das Produktionsplanungssystem von Ursa die Reihenfolge der Basics und die dazugehörigen Parameter festlegt. Die Anbindung an die Produktionsdatenbank war dank der offenen Schnittstellen einfach. Dabei reichen die Darstellungsmöglichkeiten in WinCC von einer Übersicht aller Kessel mit den wichtigsten Informationen auf einen Blick bis zu einer detaillierten Darstellung einzelner Kessel mit Daten zu Ventilstellungen, Temperaturen, Füllmenge und weiteren Betriebsdaten.

Die URSA Chemie GmbH (UCM) mit Sitz in Montabaur ist ein mittelständisches Unternehmen für die Lohnfertigung in der chemischen Industrie. Ihr Leistungsspektrum umfasst Chemieproduktion, Kosmetikproduktion, Labor, Wareneingangskontrolle für Rohstoffe sowie Qualitätskontrolle von Fertigprodukten. Für die Kosmetikproduktion bietet das Unternehmen GMP-orientierte Produktionsmöglichkeiten. Die Wareneingangs- und Qualitätskontrollen erfolgen u. a. mittels IR-Spektroskopie, Gaschromatografie, Spektralfotometer, Trockensubstanzmessung und elektronischer Dichte- und Brechungsindex-Messung.

Für die bestehende Ex-Produktion in der Mehrproduktanlage Montabaur wurde ein Prozessleitsystem benötigt, welches sowohl im Ex-Bereich, als auch außerhalb der Ex-Produktion, bedient werden kann. An die benötigte Automatisierungs- und Prozessleittechnik wurden hohe Ansprüche gestellt, da alle Komponenten für den Betrieb im Ex-Bereich ausgelegt sein müssen. Vor allem wurde eine hohe Flexibilität der Automatisierungslösung gefordert, da der Aufwand für Produktwechsel in der Anlage möglichst gering gehalten werden sollte.

Bindeglied zwischen dem übergeordneten ERP-System und der Prozessleittechnik ist eine Applikation, basierend auf SIMATIC WinCC V7.0. Die Applikation wird im Ex-Bereich über spezielle Thin Clients bedient, welche sich über das RDP-Protokoll auf die WinCC-Server verbinden. Vernetzt sind die Clients über spezielle Lichtwellenleiter, welche ebenfalls für den Ex-Bereich ausgelegt sind. Außerhalb des Ex-Bereichs werden zur Anbindung an das WinCC-Server-System Standard-PC ́s genutzt. Die beiden WinCC-Server mit Windows Server 2008 R2 wie auch die dezentrale Peripherie sind voll redundant. Als SPS ist eine S7-417H im Einsatz, die ebenfalls voll redundant ist. Für eine chargenorientierte Datenerfassung wird das Modul PM-Quality der Firma Siemens verwendet.

Das Programm zur Steuerung der Anlage und damit zur Herstellung der jeweiligen Produkte ist modular und daher sehr flexibel aufgebaut. Einzelne Sequenzen werden über die Herstellvorschriften, die vom übergeordneten ERP stammen, mit Parameterwerten bestückt. Je nach Produkt werden diese einzelnen Sequenzmodule zu einer Batch-Sequenz zusammengefasst. Damit ist es theoretisch möglich, jedes Produkt in der Anlage, bestehend aus 13 Edelstahl-Kesseln und 7 Nebenanlagen, herzustellen. Die bidirektionale Datenanbindung an das ERP ist über ein SQL-Datenbanksystem realisiert. Hier sind neben den produktspezifischen Parametern auch Alarme und Anlagenstati abgelegt.

Weiterhin waren eine Energiedatenerfassung der Anlage sowie die Integration der hauseigenen Überwachungstechnik (Zutrittskontrolle, Brandmeldeanlage, Einbruchmeldeanlage) in das neue System, basierend auf EIB/KNX-Komponenten, Teil dieses Projekts.

Die URSA Chemie GmbH mit Sitz in Montabaur wurde 1970 von den Firmen Zschimmer & Schwarz GmbH & Co. Chemische Fabriken, Lahnstein und URSAPHARM Arzneimittel GmbH, Saarbrücken gegründet.

URSA Chemie ist ein modernes, innovatives Unternehmen, welches sich mit der Herstellung von chemischen und kosmetischen Produkten beschäftigt. Zufriedenheit der Kunden, Schutz der Umwelt sowie die Zufriedenheit der Mitarbeiter sind die obersten Ziele des Unternehmens, die durch konsequente Prozess- und Mitarbeiterorientierung die Basis für eine kontinuierliche Verbesserung (KVP) der Geschäfts- und Umweltleistung darstellen.

Die Aufgabe bestand in der Automatisierung einer kompletten Produktionsanlage für Kosmetikprodukte und Additive. Die gesamte Produktion besteht aus fünf Produktionskesseln und sechs Rohstofftanks. Sowohl das Rohstofflager als auch die fünf Produktionskessel sollten mit einer eigenen PC-gestützten Visualisierung ausgestattet werden. Die Rezepturverarbeitung sollte über ein vom Betreiber eigens entwickelten Produktionsplanungssystem die Produktionsaufgaben und Rezepturschritte an die Anlagensteuerung übergeben. Die Aufgabe wurde mit einer zentralen SPS (Siemens S7-400) und einem Datenserver für die Visualisierung (Wizcon Supervisor) gelöst.

Zur Steuerung der fünf Kessel und des Tanklagers sind sechs verteilte Clients der Visualisierung im Einsatz. Der Datenaustausch zwischen Visualisierung und Produktionsplanungssoftware ist über einen eigens für diesen Einsatz entwickelten Softwarebaustein realisiert. Über eine textbasierte Schnittstelle werden sowohl die Produktionsaufträge vom Planungssystem abgeholt, als auch die Ergebnisse der einzelnen Produktionsschritte an das Planungssystem und die nachgelagerte Qualitätsprüfung zurückgegeben. Die textbasierten Daten werden über die offene C–Schnittstelle der Visualisierung Wizcon Supervisor mit der zentralen SPS ausgetauscht .

Durch diese offene Architektur liegt die gesamte Produktionsplanung, bis herunter zur Parameterebene einzelner Produktionsschritte, in der Hand des Betreibers. Dadurch ist eine Erweiterung der Funktionalität schnell und ohne Programmieraufwand an der Schnittstelle zwischen planender und ausführender Instanz der Produktion zu realisieren.

Der komplette FAT (Factory Acceptance Test) erfolgte mit Unterstützung der Simulationssoftware WinMod, mit welcher die E/A-Ebene der SPS simuliert wurde. Dadurch konnten der Zeitaufwand und somit auch die Kosten, sowohl für den FAT als auch für die spätere Inbetriebnahme, erheblich reduziert werden.