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Optimale Antriebsleistung

Frequenzumrichter
Optimale Antriebsleistung

Die Lactoprot International AG, eine 100%ige Tochter der österreichischen Artax AG, ist weltweit einer der führenden Produzenten von Milchproteinen für den Einsatz in Lebensmitteln sowie in Non-Food-Produkten. 2003 erwarb Lactoprot Deutschland eine Molkerei im norddeutschen Leezen und stellte die Produktion auf Kasein und Kaseinate um. Daneben produziert das Werk Sahnepulver und verarbeitet weitere, stark eiweißhaltige Lebensmittel. Für die notwendige Drehzahlregelung der Maschinen sorgen Frequenzumrichter der VLT-5000-Baureihe.

Torsten Harders

Kasein und die daraus durch Veredlung gewonnen Kaseinate finden vor allem als Emulgator und Stabilisator Einsatz. In Lebensmitteln dienen sie beispielsweise zur Strukturverbesserung von Produkten wie Joghurt, Getränken oder Fleisch, zur Stabilisierung von Dressings, als Proteinersatz oder zur Erhöhung des physiologischen Nährwerts durch hochwertiges Eiweiß.
Gewonnen wird das Kasein, das circa 3 % der Milchtrockenmasse ausmacht, direkt aus der Milch. Dazu wird bevorzugt Magermilch mit Salzsäure versetzt. Dabei fallen die Milchproteine aus, die mithilfe eines Dekanters und einer Filtrationsanlage abgetrennt werden. Das auf diese Weise gewonnene Kasein wird gewaschen, über einen zweiten Dekanter geführt und anschließend getrocknet. Das zu einem feinen Pulver gemahlene Kasein wird am Ende des Produktionsprozesses in Säcke abgefüllt. Der gesamte Prozess wird zentral über eine Leitwarte gesteuert.
Umrüstung auf Kaseinproduktion
Im Jahr 2003 entschied sich Lactoprot zur Übernahme einer Molkerei im norddeutschen Leezen, die für eine Produktion des Kaseins umgerüstet werden sollte. Als Partner für Planung, Schaltschrankbau und Entwicklung des Prozessleitsystems entschied sich Norbert Luft, Betriebsleiter des Lactoprot-Werks, für die autec Gesellschaft für Automatisierung und Steuerungstechnik mbH in Alt-Mölln. Gemeinsam erarbeiteten die Unternehmen ein Pflichtenheft, das die Rahmenbedingungen für die Anlagen festlegte. Danach plante, baute und installierte autec die Schaltschränke und entwickelte ein durchgängiges Steuerprogramm, das eine übersichtliche Bedienung und Steuerung der Anlage erlaubt. Besonders vorteilhaft erwiesen sich die detaillierten Kenntnisse der Abläufe, die eine Simulation des gesamten Programms bereits vor der Implementierung in der Anlage erlaubten und damit Fehler vor der endgültigen Inbetriebnahme eliminierten. Heute sind alle Regelkreise in die grafische Oberfläche des Leitsystems integriert. So gewinnen die Operatoren jederzeit schnell eine Übersicht über den aktuellen Status der Anlage. Dies erlaubt gegebenenfalls eine schnelle und flexible Regelung zur manuellen Anpassung des Produktionsprozesses. Insgesamt führten die gute Betreuung und das große Know-how schnell zur gewünschten Kapazität der Kaseinproduktion. Sie betrug 2004 bereits 60 Mio. kg verarbeitete Magermilch und wurde im Jahr 2005 auf 90 Mio. kg gesteigert.
Die Steuerung erfolgt zentral über eine Leitstelle. Alle Pumpen und Motoren sind durch Danfoss-Frequenzumrichter der Baureihe VLT 5000 drehzahlgesteuert. Zum Einsatz kommen Umrichterleistungen zwischen 2,2 und 160 kW. autec und Lactoprot entschieden sich für die VLT-5000-Geräte, weil diese äußerst zuverlässig arbeiten und wartungsfrei sind. Weiterhin bietet Danfoss eine 24-Stunden-Hotline an 365 Tagen an und ein umfangreiches Servicenetz, das mit eigenen Technikern oder speziell geschulten Partnerfirmen in ganz Deutschland kurze Reaktionszeiten garantiert.
Übertragung der Prozessdaten an die Antriebe
Alle Prozessdaten der Produktion überträgt das gesamte System mittels Profibus-Schnittstellen an die einzelnen Antriebe. Die Berechnung zur Einstellung des pH-Werts erfolgt durch das Leitsystem in Abhängigkeit von der Temperatur. Ansonsten errechnet sich die Drehzahl der einzelnen Antriebe innerhalb der Anlage nach dem Füllstand des Dekanters, der permanent überwacht wird. Je höher der Füllstand ist, desto mehr Kasein befindet sich innerhalb des Prozesses und desto höher sind die Drehzahlen der einzelnen Antriebe. In Abhängigkeit davon regelt das Programm des Leitsystems automatisch die Drehzahlen der Pumpen innerhalb der Filtration, Trocknung und aller weiteren Systeme nach. Ziel ist ein konstanter Anlagendurchsatz.
Kernstück der Anlage ist ein Dekanter, auch als Vollmantel-Schneckenzentrifuge bezeichnet, der die Molke und sonstigen Bestandteile der Milch vom Kasein trennt. Sein Funktionsprinzip ist relativ einfach: Durch ein Einlaufrohr wird das zu trennende Gemisch in den Dekanter eingeleitet. Nach einer Vorbeschleunigung gelangt es dann in die Trommel, wo es weiter auf die volle Drehzahl beschleunigt wird. Die Feststoffe setzen sich durch die Zentrifugalkräfte als zylindrischer Ring an der Trommelinnenwand ab. Eine Förderschnecke dreht sich mit einer etwas geringeren Drehzahl relativ zur Trommel und fördert den abgesetzten Feststoff zum Trommelende, wo er dann herausfällt.
Bei Lactoprot regeln VLT-5000-Frequenz-umrichter die Drehzahl der Trommel und der Schnecke. Die Vorgabewerte ermittelt das Leitsystem aus dem Füllstand des Dekanters. Der Trockenstoffgehalt ergibt sich aus der Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Förderschnecke, die direkten Einfluss auf die Aufenthaltszeit der Feststoffe in der Trommel hat.
Mit einheitlichem Bedienkonzept ausgestattet
In der gesamten Anlage arbeiten die Frequenzumrichter der VLT-5000-Reihe, die für einen Leistungsbereich von 0,75 bis 400 kW erhältlich und mit einem einheitlichen Bedienkonzept ausgestattet sind. Gerade in kompakten Anlagen, erlauben die kleineren Geräte in Buchform eine hohe Integrationsdichte innerhalb der Schaltschränke, da sie Seite an Seite installiert werden können. Sämtliche Frequenzumrichter nutzen das bewährte Regelverfahren VVC+ für eine optimale Drehzahlregelung der angeschlossenen Motore. Für einen Anlauf unter Last liefern die Frequenzumrichter bis zu 200 % Startmoment und 160 % Übermoment für eine Minute. Gerade in Anlagen mit zentralen Schalträumen, wie es auch bei Lactoprot der Fall ist, ist der Einsatz von geschirmten Motorleitungen bis zu 150 m Länge vorteilhaft. Die Schaltschränke können so zentral aufgebaut werden und sind nicht den widrigen Bedingungen im Feld ausgesetzt.
Natürlich sind alle Umrichter mit Zwischenkreisdrosseln ausgestattet. Unabhängig von Netzspannungsschwankungen innerhalb der Anlage, liefern sie volle Ausgangsleistung. Eine Überdimensionierung der Umrichter ist nicht erforderlich, was die Kosten deutlich senkt. Außerdem halten alle VLT 5000 die PELV-Norm ohne zusätzliche Trennelemente, wie beispielsweise Relais, ein. Für die Einhaltung der EMV-Normen sorgen die integrierten EMV-Filter.
Seit Inbetriebnahme wurde die Anlage kontinuierlich erweitert bzw. optimiert. Auch bei der Erweiterung setzten die beteiligten Unternehmen wieder auf die Frequenzumrichter VLT 5000.
Halle 10.1, Stand M11
dei 432

Achema 2006
Frequenzumrichter VLT 5000
Lactoprot International AG
autec Gesellschaft für Automatisierung und Steuerungstechnik mbH

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