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Modularisierung spart Zeit

Steuerungs- und Leittechnik in 40-jährigem Polytechnikum runderneuert
Modularisierung spart Zeit

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Immer kürzere Innovationszyklen, immer größere Produktvielfalt, immer breiter gestreute Produktionsmengen: Durch eine umfassende Modernisierung der Prozessleittechnik kann Evonik im Technikum in Hanau jetzt die Prozesse einfacher als bisher auf neue Anforderungen abstimmen. Stefan Handel, Projektmanager bei Evonik, erklärt, welche Vorteile insbesondere das neue System bringt.

Wie war das bereits in die Jahre gekommene Technikum in Hanau ausgestattet?

Stefan Handel: Schon vor der Modernisierung war die Technikumsanlage im Industriepark Wolfgang 1 bei Evonik in Hanau auf Flexibilität ausgelegt. Das Technikum wird sowohl von uns selbst genutzt als auch von anderen Firmen. Wir können in dieser Anlage zum Beispiel im Labor entwickelte Syntheseverfahren für die spätere Produktion in Großanlagen optimieren und auch erste Mengen für Bemusterungen neuer Produkte bis zu einem Maßstab von einer Tonne darstellen. Dazu stehen im Technikum insgesamt neun Teilanlagen zur Verfügung. Sechs davon sind ähnlich aufgebaut und ermöglichen es, unterschiedliche Reaktionen für Versuchs- und Musterdarstellungen mit einer kaskadengesteuerten Temperaturregelung der Mantel- und Innentemperatur in einem Reaktionskessel mit angepasster Rührgeometrie durchzuführen. Die übrigen drei Teilanlagen dienen zur Bereitstellung der Infrastruktur und weiteren Prozessschritten.

Für die Zeit, in der das Polytechnikum gebaut wurde, war das ein sehr modernes und vielseitiges Konzept. Allerdings ist die Anlage mittlerweile in die Jahre gekommen. Einige Komponenten entsprachen nicht mehr dem Stand der Technik und mussten ersetzt werden – unter anderem das Scada-System.

Welche Aspekte wurden bei der Modernisierung besonders berücksichtigt?

Handel: Ganz allgemein sehen wir im Markt einen klaren Trend zu immer kürzeren Innovationszyklen und spezifischeren Anpassungen von Produktportfolios. Das gilt auch und gerade für unsere Technikumsanlage. Daher wollten wir ein Anlagenkonzept umsetzen, bei dem wir die Teilanlagen schnell und einfach auf einen neuen Versuch einstellen und erweitern können. Wichtig für einen solchen modulorientierten Ansatz war uns, dass es herstellerübergreifende Schnittstellen für die Verschaltung der Teilanlagen gibt, die eine effiziente Konfiguration, Kommunikation und Integration der Anlagenteile gewährleisten.

Wie haben Sie diese Aufgabe gelöst?

Handel: Wir haben uns für Module Type Package (MTP) entschieden. Im MTP ist eine solche Schnittstelle definiert. Damit lassen sich Prozessmodule oder Teilanlagen informationstechnisch so beschreiben, dass sie leicht in eine übergreifende Automatisierungslösung integriert werden können. Mit MTP haben wir die Möglichkeit, die Teilanlagen im Technikum als Module zu strukturieren, die jeweils eine eigene Intelligenz besitzen. Im zentralen Leitsystem werden diese intelligenten Module zu einem Gesamtprozess zusammengeführt, verwaltet, überwacht und gesteuert. So können wir unsere Prozesse noch flexibler konfigurieren. In einem ersten Schritt wurde angedacht, verschiedene Pumpenmodule per MTP in die Pilotanlage einzubinden.

Welches Leistsystem verwenden Sie im Technikum für die Steuerung der Prozesse?

Handel: Für dieses modulare Konzept nutzt Evonik seit Kurzem Simatic PCS neo von Siemens, denn das Prozessleitsystem hat uns durch seine Offenheit überzeugt, Außerdem unterstützt es das Konzept der modularen Produktion mit MTP-Modulen. So können wir dann hoffentlich zukünftig unsere Teilanlagen mit nur wenigen Klicks und einem Minimum an mechanischen Umbauten verknüpfen. Das Ganze erinnert mich vom Handling her ein bisschen an das Konzept einer USB-Schnittstelle: Anstecken, einige Parameter einstellen, fertig.
Für Evonik war jedoch nicht nur die Möglichkeit einer modularen Produktion bei der Auswahl des neuen Prozessleitsystems entscheidend. Wir möchten mit unserem Technikum auch Vorreiter bei Innovationen sein und die Themen Digitalisierung und Industrie 4.0 weiter vorantreiben. Dafür bietet uns PCS neo als webbasiertes System in HTML eine ideale Basis, mit dem wir zum Beispiel die Virtualisierung von Systemen und den Systemzugriff ohne lokale Client-Installationen umsetzen können.

Welche Schritte waren in der Umpauphase nötig?

Handel: Bevor das neue Leitsystem seinen Betrieb aufnehmen konnte, musste erst das Scada-System komplett abgelöst werden. Dazu lieferte Siemens nicht nur das neue Simatic PCS neo Prozessleitsystem, sondern überarbeitete auch die Anlagenbilder und optimierte die Regelkreise von einer einfachen auf eine Kaskadenregelung. Zusätzlich wurden auch der Anlagenbus und der Terminalbus mit Scalance Switches erneuert und die vorhandenen Automatisierungssysteme, Kommunikationsbaugruppen und Anschaltungen auf den letzten Firmware-Stand aktualisiert. Parallel baute Evonik die Rechner und IO-Systeme auf. Als Systemplattform nutzt PCS neo die CPU AS410 und neun Industrie-PCs von Siemens, davon wurden drei Clients auf virtuellen Maschinen installiert.

Das hört sich nach einer Menge Arbeit an. Wieviel Zeit stand Ihnen für die Umrüstung zur Verfügung?

Handel: Das Projekt stand unter einem erheblichen Zeitdruck. Vorgabe war, dass drei Monate nach Projektstart auf einer der Teilanlagen die terminierte Produktion laufen musste, und nur gut einen Monat später sollten auch die übrigen Teilanlagen umgerüstet sein. Daher führte Siemens parallel zum Engineering bereits die erste Factory Acceptance und Site Acceptance Tests durch, was dank des Multiuserkonzepts von Simatic PCS neo problemlos funktionierte. Das Einrichten der „Zero-Installation-Clients“ erfolgte ebenfalls ohne viel Aufwand. Nur an die Domäne angebunden, und nach der Installation des Browsers wie z. B. Chrome hat man direkt Zugriff auf das System. Zusätzlich erleichterte Simatic Virtualization as a Service (SiVaaS) das Set-up des Servers, das Erstellen virtueller Clients und die Installation und Konfiguration der Betriebssysteme. Und so konnte die erste Teilanlage in Hanau nach der Modernisierung wie geplant im Februar 2020 die Produktion aufnehmen. Auch die weiteren Anlagen sind mittlerweile erfolgreich umgerüstet.

Welche Vorteile brachte die Modernisierung für die Praxis?

Handel: Für mich hat sich das Projekt schon jetzt gelohnt. Mit PCS neo haben wir etliche neue Funktionen, mit denen wir das Prozessleitsystem deutlich einfacher administrieren können als bisher. Alle Benutzerinformationen sind zentral in einem Active Directory in der PCS neo Domain abgelegt, wir können die Anlagen zentral über die Administration Console warten und haben so auch ein komplettes Inventar den installierten Hard- und Softwarekomponenten.
Auch im Betrieb sorgt PCS neo für mehr Transparenz. Über den Process Historian können wir alle Prozessdaten langfristig archivieren, und zusätzlich lassen sich in PCS neo die täglichen Berichte für jede Teilanlage und das gesamte Technikum einfach und automatisch erzeugen.

Simatic PCS neo macht dabei das gut 40 Jahre alte Polytechnikum nicht nur fit für eine noch flexiblere Zukunft, sondern unterstützt auch das Team bei seiner täglichen Arbeit. In PCS neo können mehrere Nutzer weltweit gleichzeitig an einem Projekt arbeiten. Dadurch lässt sich das Engineering parallelisieren und einzelne Teilanlagen können effizient in Betrieb genommen werden. Im Vergleich zur vorherigen Lösung lässt sich eine modulare Versuchsanlage jetzt deutlich schneller konfigurieren. Das spart also richtig Zeit. Die Überlegungen bei Evonik gehen bereits weiter. Hanau soll als zentraler Hub für alle lokalen Technikum-Pilotanlagen ausgebaut werden. Weitere Standorte, wie z. B. Marl könnten hinzukommen. Hier denkt man über PCS neo als Orchestrierungsleitsystem nach.

Siemens AG, 40468 Düsseldorf


Autorin: Sonja Umbach

Vertical Marketing Manager for Chemical Industries, Siemens AG


Auf einen Blick: Webbasiertes Prozessleitsystem

Die Systemsoftware Simatic PCS neo ermöglicht Unternehmen der Prozessindustrie die globale, webbasierte Zusammenarbeit beim Engineering und im Betrieb. Anwender profitieren von einer intuitiv zu bedienenden grafischen Oberfläche (GUI): Jede Anwendung ist mit nur wenigen Klicks erreichbar. Die Workbench von Simatic PCS neo ermöglicht jederzeit einen einfachen Wechsel zwischen der Engineering- und Monitoring-&-Control-Ansicht. Das durchgängig objektorientierte Datenmodell erhöht die Effizienz und Qualität über den gesamten Anlagenlebenszyklus.

Der Zugriff auf alle Informationen ist zu jeder Zeit und von jedem Standort einfach und schnell über eine geschützte Internetverbindung möglich. Ein webbasiertes, paralleles Arbeiten einer beliebigen Anzahl von Anwendern erfordert daher keine lokale Softwareinstallation. Die Basis dafür legt eine klare Rechte- und Rollenverwaltung. Konsistente Informationen stellen das objektorientierte Datenmanagement sowie ein klares Session-Konzept zu jeder Zeit sicher. Simatic PCS neo besitzt eine offene und flexible Architektur, in der modulares Engineering mit der Unterstützung von Module Type Packages (MTP) fest integriert ist. Höchste Skalierbarkeit ermöglicht den Einsatz der Leittechnik von kleinen Prozessmodulen bis hin zu den größten Anlagen der Welt. Möglich wird dies durch eine maximale Wiederverwendbarkeit von Engineering Codes für ein einfaches Scale-up und die Anpassung an unterschiedliche Anlagengrößen.

Simatic PCS neo wird den Anforderungen der Norm IEC 62443 entsprechen. Es setzt das bekannte mehrstufige Sicherheitskonzept „Defense-in-depth“ nachhaltig um. Darüber hinaus erfüllt das System die in der Charter of Trust definierten Vorgaben. Die System-Software von Simatic PCS neo nutzt das Hardware-Portfolio und die Applikationsarchitektur des umfangreichen Prozessleitsystems Simatic PCS 7 Version 9.

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