Herr über Ventile und Sensoren

Autor Ulrich Stumpf Vertrieb Deutschland, Bartec

Cytec zählt zu den zehn größten Herstellern von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen der Welt. Das amerikanische Unternehmen erzielte 2012 einen Umsatz von 1,7 Mrd. Euro. Nach einem aktuellen Marktbericht der AVK Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe und des Verbundes Carbon Composites wird die Branche in den nächsten Jahren ein enormes Wachstum vorlegen. Geht man für 2015 von einer weltweiten Produktion von 108 000 t der Faserverbundwerkstoffe aus, sollen es laut Schätzung 2020 bereits 208 000 t sein. Wachstumstreiber sind vor allem Windkraftanlagen, dicht gefolgt vom Einsatzgebiet „Aerospace & Defense“, „Sport/Leisure“ sowie dem Segment „Automotive“, dem das größte Potenzial zugetraut wird.

Das Marktsegment „Aerospace & Defense“, in dem Cytec Engineered Materials aktiv ist, ist stark von der Flugzeugindustrie geprägt. Bis 2030 rechnen beispielsweise Airbus und Boeing mit einer signifikanten Steigerung der Ordereingänge. Die Rede ist von einem Marktvolumen von jeweils ±30 000 neuen Maschinen.

Das Werk von Cytec in Östringen ist darauf spezialisiert, die Kohlenfasern mit Epoxidharz zu Faserverbundwerkstoffen der höchsten Güteklasse zu verheiraten. Dreh- und Angelpunkt der Produktion ist deshalb die Harzherstellung. Ohne sie geht nichts. Anfang des Jahres hat das Unternehmen die Abluftanlage des Mischers runderneuert – von der Verrohrung über die Steuerungstechnik bis zu den Ventilen. Da in diesem Bereich mit einer bunten Palette verschiedenster organischer Lösemittel gearbeitet wird, ist er nach Ex-Zone 1 klassifiziert. Ganze zweieinhalb Wochen Zeit blieben dem Team für den Aufbau der gesamten Anlage. Ziel ist es, die staub- oder lösemittelhaltigen Abgase, die im Prozess entstehen, vorzureinigen und kontrolliert zur Nachverbrennung abzuführen. Sie müssen auf ein Level gebracht werden, von dem man sagen kann, es liegt kein hochexplosives Gemisch mehr vor und es kann verbrannt werden, um die TA-Luft zu erfüllen.

Der Aufbau der Abluftanlage wurde komplett neu konzipiert und mit einer Steuerung auf den aktuellen Stand der Technik gebracht: Dies bedeutet auch andere Rohrquerschnitte, Rohrleitungssysteme, Flussgeschwindigkeiten. Ein Vorteil ist zum einen ein sicherer und kontrollierter Prozess, zum anderen ermöglicht es die Anlage, Lösemittel zurückzugewinnen. Früher wurde das Lösemittel einfach verbrannt. Heute kann das Unternehmen nach drei Schichten 200 kg Lösemittel wieder dem Produktionskreislauf zuführen. Die Vorgängeranlage musste zudem des Öfteren in alle Einzelteile zerlegt und gereinigt werden. Mit der neuen Anlage gibt es keine solchen Produktionsausfälle mehr. Es kann jetzt die Geschwindigkeit geregelt werden, um den Reinigungsprozess zu verbessern. Die Lösemittelrückgewinnung wurde zunächst mit 100 l pro drei Schichten angesetzt. Die Anlage arbeitet also noch effizienter als erhofft.

Die komplette Abluftanlage der Harzherstellung, inklusive aller Ventile und der gesamten Sensorik, steuert und regelt das Ex-Remote-I/O-System Antares von Bartec, das direkt im Ex-Bereich in der Zone 1 und 2 oder Zone 21 und 22 installiert werden kann und nach den aktuellen Richtlinien Atex und IECEx zertifiziert ist. Durch seine flexible Systemzulassung kann der Anwender Antares nach Belieben aufbauen und erweitern, ohne es erneut zertifizieren zu lassen. Bisher mussten Remote-I/O-Systeme im Vorfeld eindeutig geplant und in zertifizierte Ex-e-Gehäuse mit starrer Zulassung eingebaut werden. Antares kommt hingegen mit einem einfachen und kostengünstigen mechanisch geschützten Standard-Industriegehäuse aus. Bei Cytec steuert das System 80 Ventile, 160 Rückmeldungen, etwa 15 Temperaturfühler sowie vier Clamp-on-Ultraschalldurchflussmessgeräte. Hinzu kommen noch zehn Differenzdruckwächter, acht Füllstandsonden, Flussmessungen, Flammensperrenüberwachung, Regelklappen usw.

Aufgrund der großen Leistungsreserven bietet das System effiziente und kompakte I/O-Konfigurationen. Das System kann bis zu 32 mehrkanalige Module über eine einzige Rail Control Unit (RCU) versorgen, woraus sich eine sehr hohe Anzahl von Input/Output-Kanälen ergibt. Die I/O-Module lassen sich wegen ihrer kleinen Bauform platzsparend auf Standard-Tragschienen aufbauen. Die interne Busverbindung wird durch einfaches Zusammenstecken der Module erreicht. Alle I/O-Module sind in der Zündschutzart Ex i ausgeführt. Die Anschlusstechnik am Modul für die ankommenden Signale ist ebenfalls steckbar.

Zentrale Einheit ist die RCU mit Hostkommunikation, Ethernet-Switch, Powermanagement und I/O-Datenverwaltung. Das System unterstützt zahlreiche offene Kommunikationsstandards – von vollständig redundanten Profibus-DP- bis zu Ethernet-Standards wie Profinet, Modbus TCP und Ethernet/IP. Das Team von Cytec hat für das gesamte Werk und seine 13 Steuerungen eine sternförmige Ethernet-Topologie aufgebaut, über die das System von Bartec an eine fehlersichere Steuerung berichtet.

Echte Kommunikationsredundanz bei Profibus DP stellt den unterbrechungsfreien Betrieb mit dem Hostsystem sicher. Dadurch ist eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet, die durch die Hot-Swap-Fähigkeit von RCU und I/O-Modulen weiter gesteigert wird. Zudem lassen sich Standard-Bussysteme direkt ankoppeln, sodass zusätzliche explosionsgeschützte Komponenten, sprich Trennverstärker, überflüssig sind.

Mithilfe der intuitiv zu bedienenden Antares-Designersoftware lässt sich das Remote I/O mit wenigen Mausklicks projektieren und konfigurieren. Der Anwender sieht bereits während der Erstellung seinen realen Systemaufbau in maßstabsgetreuen Bildern. Das Programm überwacht während der Erstellung, dass bestimmte Grenzwerte, z. B. Abstände, Powermanagement und die maximale Datenlänge am Profibus, eingehalten werden. Die Software ist zusätzlich mit einem Konstruktor ausgestattet, der notwendige Ein-/Ausgänge inklusive benötigter Reserven für das optimale, d. h. kostengünstigste System errechnet. Seit der Inbetriebnahme läuft das System ohne Probleme.

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