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Gleichbleibende Qualität gesichert

Totally Integrated Automation in der Polymerproduktion
Gleichbleibende Qualität gesichert

Mehr Kontrolle über die Abläufe in seiner Anlage und gleichzeitig ein Höchstmaß an Flexibilität – das waren die Anforderungen, die David Walker als Ingenieur bei Victrex an die Automatisierung der neuen Polymerproduktion bei Victrex plc stellte. Mit dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7 und Totally Integrated Automation verlief die Umsetzung dieser Ziele sowohl bei den kontinuierlichen als auch den diskontinuierlichen Prozessen problemlos.

Überall dort, wo mit aggressiven Medien gearbeitet wird oder besonders gewichtsparende Konstruktionen erforderlich sind, werden viele Bauteile aus Kunststoff gefertigt. Bis vor einigen Jahren begrenzte allerdings die geringe Toleranz gegenüber höheren Temperaturen die Einsatzmöglichkeiten von Polymeren. Doch immer neue Materialien mit immer größerer thermischer und mechanischer Beständigkeit erobern mittlerweile auch Bereiche, in denen Kunststoffe bis vor kurzem nicht verwendet werden konnten, so zum Beispiel als Ersatz für Titan und Edelstahl im Flugzeugbau oder als Oberflächenschutz in Motoren und für medizinische Instrumente. Zu diesen Hochleistungs-Kunststoffen gehört der Thermoplast Polyaryletherketon, den Victrex plc unter dem Markennamen Peek produziert.

Alles unter einem Dach
Das Unternehmen mit Sitz in Lancashire, Großbritannien, das ursprünglich zu ICI Advanced Materials gehörte, ist seit 1987 weltweit der einzige Hersteller von Peek. Mitte der neunziger Jahre beschloss Victrex, seine Produktion zu erweitern und umzugestalten, um die steigende Nachfrage nach Peek decken zu können. Vor kurzem wurde das Projekt mit der erfolgreichen Inbetriebnahme einer neuen Schmelzfiltration und Pelletierung abgeschlossen.
Damit läuft jetzt der gesamte Herstellungsprozess für Peek in der Produktion in Großbritannien ab. Dies ist ein wesentlicher Schritt zu mehr Effizienz des gesamten Prozesses, da bislang das Rohgranulat von Peek in den Niederlanden von einem Vertragspartner zu Pellets weiterverarbeitet wurde. Jetzt lässt sich der gesamte Aufwand für den Transport von Granulat und Pellets einsparen. David Walker, Chemieingenieur bei Victrex und verantwortlich für die Installation und Automatisierung der neuen Pelletieranlage, sieht in der einfacheren Produktion der Pellets auch einen der zentralen Gründe für den Bau der neuen Anlage. „Obwohl das Peek-Granulat auch direkt als Zusatz für extrudierbare Gemische eingesetzt wird, ist es in vielen Bereichen einfacher, mit dem pelletierten Material zu arbeiten.“
Die neue Anlage besteht aus zwei parallelen Linien. Jede Linie besitzt einen eigenen Extruder, der ein kontinuierliches Band extrudierten Materials produziert, das dann in der Schmelzfiltration zunächst aufgeschmolzen und filtriert wird, um eventuelle Verunreinigungen zu entfernen. Anschließend erfolgt die Abkühlung des Extrudats unter Reinraumbedingungen auf einem Förderband, bevor es in Pellets geschnitten, gesiebt und von anhaftendem Staub befreit wird. Zuletzt wird das Produkt in Chargen aufgeteilt, kontrolliert und abgepackt.
Zuverlässige Qualität
Alle Abläufe werden dabei vom Prozessleitsystem Simatic PCS 7 gesteuert und überwacht. Eine ganz zentrale Aufgabe des Leitsystems ist es, eine gleichbleibend hohe Qualität der Peek-Pellets sicherzustellen. Da Peek in vielen überaus kritischen Bereichen wie etwa in der Humanmedizin oder dem Flugzeug- und Automobilbau eingesetzt wird, muss immer gewährleistet sein, dass der fertige Kunststoff stets die gleichen Eigenschaften besitzt. Insbesondere während der Extrusion des heißen Kunststoffes sind alle wichtigen Prozessdaten wie Temperatur, Druck und Extrusions- und Bandgeschwindigkeit, kontinuierlich auszuwerten und zu archivieren, um später für eine schnelle Fehleranalyse und Prozessoptimierung zur Verfügung zu stehen.
Jede der beiden Produktionslinien läuft völlig unabhängig und besitzt eine eigene Operator Station und ein separates Visualisierungssystem. Um die Zahl und Dauer der Anlagenstillstände auf ein absolutes Minimum zu reduzieren, wurden alle kritischen Bereiche redundant ausgeführt. „Gleichzeitig wollten wir erreichen, dass wir die Abläufe besser bewerten und überwachen können,“ erklärt David Walker, „insbesondere eine Trendanalyse ist für eine Optimierung der Produktionskapazität und Produktqualität von entscheidender Bedeutung. Mit PCS 7 können wir alle Schwankungen innerhalb unserer Anlage verfolgen, die Werte beider Linien miteinander vergleichen und den Prozess und unser Produkt ständig verbessern.“
Der große Vorteil von Simatic PCS 7 als Bestandteil des Siemens-Automatisierungskonzeptes Totally Integrated Automation ist, dass kontinuierliche Prozesse, wie die Extrusion des Polymers, und Batch-Prozesse, wie etwa das Abpacken der Pellets, von einem Prozessleitsystem gesteuert werden können. Auch außerplanmäßige diskontinuierliche Abläufe, wie zum Beispiel das Hochfahren des Extruders oder die Steuerung der Dosierstationen, über die während der Pelletierung Zusatzstoffe per Hand zugegeben werden können, wurden in PCS 7 implementiert. Jeder der Batch-Routinen ist ein eigenes Kontrollfenster innerhalb der zentralen Prozessvisualisierung zugeordnet. Durch die Flexibilität und Leistungsfähigkeit des Systems war Victrex sogar in der Lage, die Steuerung des Förderbandes ebenfalls über Simatic PCS 7 zu realisieren und so die Controller des Bandherstellers zu ersetzen.
Leistung, die überzeugt
In den Augen von David Walker ist es eine der größten Stärken von Simatic PCS 7, dass das System sowohl kontinuierliche als auch diskontinuierliche Prozesse sozusagen „unter einem Dach“ steuern kann. „Natürlich hat bei unseren Überlegungen während der Auftragsvergabe das Preis-/Leistungsverhältnis eine wichtige Rolle gespielt – und gerade hier hat uns PCS 7 überzeugt. Die Softwareintegration haben wir so bei keinem anderen Hersteller gesehen.“ Gleichzeitig wollte Victrex aber auch ein Automatisierungssystem, das sich einfach handhaben lässt und das ohne großen Aufwand an neue Anforderungen angepasst werden kann. Während der Inbetriebnahme lag die gesamte Softwareentwicklung und -implementierung noch in den Händen von Siemens. Parallel dazu führte Siemens Schulungen durch, in denen sich die Victrex-Mitarbeiter nicht nur mit der Bedienung der Anlage vertraut machten, sondern auch lernten, wie sie die Softwareroutinen anpassen können. „Dieser Ansatz hat sich sehr bewährt,“ erklärt David Walker, „da wir auf diese Weise nicht nur die erforderlichen Modifikationen durchführen können, sondern gleichzeitig auch unser eigener Systemintegrator sind.“
Die neue Anlage ging problemlos in Betrieb und arbeitet zur vollen Zufriedenheit des Kunden. Durch die Erweiterung konnte Victrex seine Produktionskapazität auf gut 770 Tonnen Peek pro Jahr steigern und gleichzeitig die Effizienz und Zuverlässigkeit seiner Produktion verbessern.
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