Vor allem mittelständische Unternehmen können sich bei einer Modernisierung der Steuerungs- und Leittechnik ihrer Prozessanlage keine längeren Produktionsausfälle leisten. Eine schrittweise Migration kann hier helfen, längere Produktionsunterbrechungen und ungeplante Anlagenstillstände zu vermeiden. Voraussetzung ist, dass das Prozessleitsystem und die Steuerungstechnik das stufenweise Vorgehen unterstützen.

Die Prozesssicherheit und die Produktqualität erhöhen und flexibel und schnell auf sich ändernde Marktanforderungen reagieren: Das waren Ziele, die CHT R. Beitlich an seinem wichtigsten Produktionsstandort im Werk Dußlingen bei Tübingen mit der Modernisierung der Automatisierungstechnik verfolgte. Der Spezialchemiehersteller hat bei seinem Migrationsprojekt auf B&R-Technik und das Prozessleitsystem Aprol gesetzt, die das stufenweise Vorgehen optimal unterstützen.

Hochwertige Spezialchemikalien

Die zur CHT/Bezema-Gruppe gehörende CHT R. Beitlich stellt am Standort Dußlingen Spezialchemikalien in den Bereichen Textil, Textilpflege, Bauchemie und Performance Chemicals her. Der Gruppe gehören 23 Unternehmen an, die weltweit 1.600 Mitarbeiter beschäftigen und 360 Mio. €(2012) erwirtschaften.

In den vergangenen Jahren hat sich das Unternehmen vom reinen Textilchemieanbieter zur Manufaktur für Spezialchemikalien in den Bereichen Textil, Textilpflege, Bauchemie und Performance Chemicals gewandelt. Den überwiegenden Teil des Umsatzes erzielt das Unternehmen mit komplexen Produkten, die vornehmlich am Produktions- und Logistikstandort Dußlingen hergestellt werden.

Dort betreibt CHT 68 Anlagen, darunter zehn übergeordnete Versorgungsanlagen, 40 Mischkesselanlagen und 14 Chemiereaktoren. Viele Produktionsanlagen sind als Multifunktionsanlagen ausgelegt, die für die Herstellung von bis zu 100 unterschiedlichen Produkten flexibel eingesetzt werden können.

Migration für erhöhte Effizienz

„In den vergangenen Jahren zeichnete sich ab, dass die historisch gewachsene Technik für die Steuerung, Visualisierung und Betriebsdatenerfassung (BDE) in absehbarer Zeit nicht mehr mit den steigenden Anforderungen an die Produktqualität und den Qualitätsnachweis, die Prozesssicherheit sowie den gesetzlichen Sicherheitsvorgaben Schritt halten können würde", benennt Günther Schätzle, Leiter Betriebstechnik der CHT R. Beitlich das Motiv für die Anfang 2011 in Angriff genommene Migration. „Darüber hinaus hat uns die alte Technik bei der schnellen Umsetzung neuer Anforderungen eingeschränkt."

Drei Tage hat es zum Beispiel gedauert, um nur ein zusätzliches Ventil einzubauen und in Betrieb zu nehmen. Weiterer auslösender Faktor für die Migration waren die vermehrt auftretenden, altersbedingten Geräteausfälle, gleichzeitig hat sich die Ersatzteilversorgung verschlechtert.
Ziel der angestrebten Migration war daher, die veraltete und unflexible Steuerungs-, Visualisierungs- und BDE-Technik durch neue abzulösen, die dem Stand der Technik entspricht. Eine Vollautomatisierung der Anlagen war dabei nicht angestrebt, da sie für die Multifunktionsanlagen zu aufwändig geworden wäre.

Evaluation

In einer ausführlichen Evaluation hat ein aus CHT-Mitarbeitern gebildetes Expertenteam drei verschiedene Prozessleitsysteme und die Steuerungs- und Visualisierungstechnik zweier Anbieter anhand einer umfangreichen Beurteilungsmatrix im Detail untersucht und bewertet. Auf der Kostenseite gab es nur geringe Unterschiede zwischen den evaluierten Lösungen.

Den Zuschlag erhielt schließlich B&R. Günther Schätzle nennt dafür folgende Gründe: „Das Leitsystem Aprol von B&R unterstützt - im Gegensatz zu den anderen von uns evaluierten, sehr bekannten und verbreiteten Systemen - eine schrittweise Migration optimal. Aprol erlaubt es, die Produktionsanlage sukzessive auf das neue Prozessleitsystem umzustellen, während parallel die alten Systeme weiterlaufen."
Besonders schätzen die CHT-Experten auch die gewonnene Unabhängigkeit von Windows. Die Leit- und Visualisierungstechnik von B&R basiert auf Linux und überzeugt durch eine klare und leicht verständliche Struktur des Prozessleitsystems.

Hardware bildet Anlagenstruktur ab

B&R verfügt über ein fein abgestuftes Steuerungs- und Visualisierungsportfolio. Dieses ermöglicht es CHT, jede Anlage mit einer SPS mit maßgeschneiderter Rechenleistung und angereihten I/Os sowie einem eigenen HMI auszustatten. Deshalb entschied sich der Chemieproduzent gleich auch noch für die Steuerungs- und Visualisierungstechnik von B&R.

„Vorteilhaft ist, dass wir die tatsächliche Anlagenstruktur unmittelbar in der Steuerungs- und Visualisierungstechnik abbilden und eine schrittweise Migration auf der Hardwareseite optimal umsetzen können", erklärt Schätzle und ergänzt: „Auch die geringeren Schnittstellen- und Kommunikationsprobleme sprechen für die Lösung aus einer Hand."

Die Nachteile eines Wechsels des Steuerungs- und Prozessleitsystemanbieters schätzt der CHT-Mann gering ein: „Die Software hätten wir ohnehin schon deshalb weitgehend neu schreiben müssen, da sich über die Jahre bis zu 50 % ungenutzte Codes eingeschlichen hatten und damit eine Wiederverwendung faktisch unmöglich war."

Erfolgreiche Migration

Wichtiger war für CHT bei der Wahl des Integrators, inwieweit sich der Anbieter in der Lage sah, auf die Anforderungen des Spezialchemieherstellers einzugehen und insbesondere auch zusätzliche Änderungen während des Projektes flexibel zu berücksichtigen. Die Firma Erler konnte sich dabei gegen fünf weitere Systemintegratoren, die zu Anfang der Evaluierungsphase noch im Rennen waren, durchsetzen.

Seit der erfolgreichen Migration einer ersten, komplexen Pilotanlage mit rund 360 digitalen und 20 analogen I/Os wird seit Herbst 2011 fast wöchentlich eine weitere Produktionsanlage umgestellt. Bis zum zweiten Quartal 2013 sollen alle 68 Systeme im Werk Dußlingen auf Aprol migriert sein und das alte Leitsystem abgestellt werden.

Dann werden 46 HMIs aus der Power-Panel-Serie von B&R, knapp 70 X20-System-Steuerungen und insgesamt etwa 14.000 digitale plus noch einmal 1.000 analoge X20-System-I/Os, diverse über VNC-angebundene Bedienstationen für Schichtführer ihren Betrieb aufgenommen haben. Im System arbeiten zwei Runtime-Server, ein Engineering-Server und ein VNC Server, welche über ein komplexes Desaster-Recovery-Procedure-System abgesichert werden. Das linuxbasierte Produktionsnetzwerk kommuniziert mit der Windows-Welt des Unternehmensnetzwerks dabei über eine klar definierte Schnittstelle und ist redundant aufgebaut.

Verfügbarkeit durch doppelte Redundanz

Alle Komponenten des Systems werden von zwei Bussen angefahren: Einem Bedien- und einem Prozessbus, von denen jeder im Notfall die Funktion des anderen übernehmen kann. Zusätzlich ist jedes System mit zwei Ports ausgestattet, die sich ebenfalls gegenseitig ersetzen können. Das garantiert die geforderte hohe Verfügbarkeit der Anlagen.

Schon während der Umstellung wurde deutlich, dass CHT mit der B&R-Technik mehr als einen Ersatz für das Altsystem geschaffen hat. „Das Aprol-System ist wesentlich flexibler, so dass wir heute ein Ventil in wenigen Stunden einbauen und in Betrieb nehmen können. Zudem reicht ein Klick, das Ganze auf der Softwareseite rückgängig zu machen, wenn sich ein Fehler eingeschlichen hat."

Deutlich einfacher geht auch die Analyse der Prozessabläufe von der Hand. „Mit dem Trend-Viewer oder dem Audit Trail können wir Vorgänge analysieren, die wir vorher nicht beobachten konnten", erläutert Schätzle. „Wir erkennen mit Aprol Prozesszusammenhänge in Echtzeit, mit dem Ziel, Produktionsoptimierungen umgehend umzusetzen. Fehlchargen können im Nachhinein anhand der aufgenommenen Prozessdaten analysiert werden."

Mit Energiemamagement Einsparpotenziale nutzen

Diese zusätzlichen Informationen nutzt CHT unter anderem auch zur Analyse und Reduzierung des Energieverbrauchs. „Zudem haben wir jetzt die Möglichkeit, kritische Prozesswerte individuell zu steuern, und erreichen damit eine erhöhte Sicherheit der Anlagen auch im Hinblick auf genehmigungsrelevante Vorgänge.

Zusätzliche Einsparungspotenziale will das Unternehmen durch die Einführung eines Energiemanagements realisieren, indem es als einer der ersten Anwender die brandneue EnMon-Bibliothek von Aprol einsetzt.

„Die Migration ist bisher zu unserer vollsten Zufriedenheit verlaufen und hat nicht einmal die Hälfte einer Vollautomation gekostet. Durch das schrittweise Vorgehen und den parallelen Betrieb von Aprol und Altsystem und einer Kopplung über einen Datenkonzentrator wurde unsere Produktion nur minimal beeinträchtigt und es kam zu keinerlei Datenverlust", freut sich Schätzle. „Das System erlaubt es uns, flexibler und schnell auf aktuelle Entwicklungen zu reagieren und Änderungen kostengünstig umzusetzen. Diese gute Bilanz hat uns dazu bewogen, dass wir auch weitere Anlagen des Konzerns auf Aprol umstellen werden."