Mit seinen schlüsselfertigen Anlagen für die Lebensmittelindustrie erreicht der Maschinen- und Anlagenbauer Schröder eine sehr hohe Prozesssicherheit. Die auf die Anwenderanforderungen ausgelegte Prozesssteuerung garantiert eine optimierte Fabrikation und ein lückenloses Prozesscontrolling. Dabei sorgen die Frequenzumrichter VLT 5000 für die geforderte Sicherheit im Antriebsbereich. Die Anbindung der Antriebe an die überlagerte Prozesssteuerung mit Profibus DP stellt eine vollständige Datendurchgängigkeit sicher.
Tina Grasnick und Michael Liese
Alles aus einer Hand und natürlich vollautomatisch, heißt die Devise, mit der die Hersteller von Lebensmitteln immer mehr Produkt- und Prozessverantwortung an den Lieferanten der Prozessanlage delegieren. Die Lübecker Schröder GmbH & Co. KG plant und liefert schlüsselfertige Anlagen zur kontinuierlichen Herstellung von Margarine und Speisefett, Majonäse, Dressings, Ketschup, Teigen und Fett- bzw. Zuckerfüllmassen.
Eckpfeiler der Produktion
Die anwenderspezifischen Ein- und Ausgangsbedingungen sind stets die Eckpfeiler des Fabrikationsablaufs. Verfügbare Rohstoffe, Rezepturen und die gewünschten Endprodukte bestimmen den Prozess. Für die Entwicklung neuer Nahrungsmittelprodukte ist es erforderlich, eine Vielzahl von Testreihen durchzuführen und Produktmuster für die Marktertestung zu erarbeiten. Die Durchführung der notwendigen Versuche wird beispielsweise auf Pilotanlagen von Schröder realisiert. Letztere sind mit Danfoss-VLT-5000-Frequenz-umrichtern ausgestattet, um den hohen Anforderungen an die Antriebstechnik gerecht zu werden. Insbesondere die Dosiertechnik erfordert einen großen Regelbereich bei gleichzeitig hoher Reproduzierbarkeit. Mit diesen Anlagen im Kleinstmaßstab ist es möglich, die hochwertigen Markenartikel des Kunden vor der Markteinführung durch intensive Testreihen zu optimieren sowie den kontinuierlichen Produktionsprozess zu simulieren.
Strukturierung der Phasen
Ziel der Tests ist die Strukturierung der Phasenaufteilungen für den Produktionsprozess mit kontinuierlichen, massegesteuerten Dosierungen für jede Einzelphase. Ferner werden die erforderlichen verfahrenstechnischen Schritte – Mischen, Dispergieren, Erhitzen, Kühlen, Entlüften, Kristallisieren und Emulgieren – im Detail definiert. Die Auslegung der Komponenten und Systeme berücksichtigt besonders die zu verarbeitenden Trockenstoffanteile von bis zu 40 % mit Schüttgewichten zwischen 0,2 bis 2,0 kg/l. Zum Teil waren Frucht- und Gemüsestücke (trocken und nass) mit bis zu 15 mm Kantenlänge bzw. mit bis zu 25 mm Scheibendurchmesser in den Rezepturen vorhanden. Gleichzeitig wird eine rezepturgesteuerte Anlagenautomation entwickelt, die auf der Basis eines Urrezeptes eine sehr flexible Durchführung des Produktionsprozesses ermöglicht und somit für ständige Erweiterungen der Produktpalette eingerichtet ist. Die verschiedenen Erfordernisse der Produktbehandlung stellen unterschiedlichste Anforderungen an die verwendete Antriebstechnik. Durch seinen breiten Einsatzbereich in den verschiedenen Produktionsprozessen senkt der Frequenzumrichter VLT 5000 die Anzahl der erforderlichen Antriebssysteme und ermöglicht somit ein effizientes Engineering.
Ablauf des Prozesses
Die Grundphase der Rezepturen wird im Ansatzbereich der Prozessanlage über eine Wägung der flüssigen Einzelkomponenten in einem Mischtank hergestellt. Der Einsatz frequenzgeregelter Rührwerke im Mischtank ermöglicht bereits hier die Erstellung einer Voremulsion. Im weiteren Prozessablauf werden der mit Hilfe von Massendurchflussmessern dosierten Grundphase die unterschiedlichen Gewürze und Gemüsekomponenten über automatisch beschickte Differenzialdosierwaagen beigemischt. Die Dosiertechnik ist eine entscheidende Prozesskomponente hinsichtlich Qualität, Reproduzierbarkeit und Prozesscontrolling. Die VLT-5000-Frequenzumrichter tragen durch den integrierten Prozessregler zur qualitativ hochwertigen Dosierung bei gleichzeitiger Einsparung externer Regler bei.
Transparenter Prozess
Durch die integrierte Profibus-DP-Anschaltung wird der Produktionsprozess transparent. Alle relevanten Prozessparameter sind online in der Prozesssteuerung verfügbar und werden zum Controlling und zur Datenerfassung verwendet. Die entsprechend der Rezeptur entstandene Mischung wird dann im Schabewärmeaustauscher (Schröder-Kombinator) bei variablen Temperaturen kontinuierlich pasteurisiert und anschließend auf die gewünschte Temperatur zurückgekühlt. Speziell bei zu kristallisierenden Flüssigwürzen wird durch die gezielte Wärmebehandlung und die Wirkung der schabenden Messerwellen eine kontrollierte Kristallisation erreicht. Die stufenlose Drehzahlverstellung mit einem Steuerbereich von 1/1000, verbunden mit der Drehzahl- und Drehmomentkonstanz des mit dem Frequenzumrichter VLT 5000 geregelten Getriebemotors, führt zu einer optimalen Produktstruktur.
Inline-Emulgiersystem
Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden die Emulsionen im Schröder-Inline-Emulgiersystem zum gewünschten Endprodukt verarbeitet. Dieses Inline-Emulgiersystem besteht aus einem Emulgier-Kombinator, einem Schröder-Visco-Rotor und einem Misch-Kombinator. Die Drehzahlen des Emulgier-Kombinators und des Visco Rotors sowie der Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Visco Rotors sind unabhängig voneinander einstellbare Prozessparameter zur Optimierung des Endproduktes. Die hohe Auflösung der mit den Frequenzumrichtern VLT 5000 geregelten Antriebe und die hohe Drehzahlkonstanz tragen entscheidend zur Produktqualität bei. Anschließend wird das fertige Endprodukt in einem Produktpuffer der Abfüllanlage zur Verfügung gestellt.
Flexibles Steuerungssystem
Die Prozesssteuerung Schröder-Kombi-LOG/PS 30 ermöglicht ein hohes Maß an Flexibilität bei der Anpassung an den Produktionsprozess. Die Anlage wird auf einem PC visualisiert, in dem auch die Verwaltung der Rezepturen integriert ist. Alle Prozessabläufe, Bedienereingriffe, Alarmgebungen usw. werden in Protokollen und Trendaufzeichnungen auf dem PC gespeichert und können anschließend im Qualitätssicherungssystem des Produzenten ausgewertet werden. Hierfür sind alle Aggregate mit Profibus-DP-Anschaltungen ausgerüstet. Die mit VLT 5000 geregelten Antriebe werden vollständig über den Profibus gesteuert und überwacht. So lassen sich Störungen im Prozess schnell erkennen und beseitigen.
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