27.05.2014

Umrüstzeiten reduzieren

In vielen Molkereien ist bewährte Abfülltechnik im Einsatz. Die Anlagen sind im Dauereinsatz und ein Eingriff scheint mit hohen Kosten und Risiko verbunden zu sein. Aus diesem Grund schrecken viele Anlagenbetreiber vor Umrüstungen zurück. Tauscht man jedoch nur das Herzstück der Anlage, die Abfüllsteuerung, kann man den Aufwand stark reduzieren. Gleichzeitig eröffnen sich zahlreiche Chancen, eine bestehende Anlage hierdurch zu optimieren.

Autor: David Wallerius, Marketingmanager Prozessautomatisierung, Endress+Hauser Messtechnik GmbH & Co.KG


Bild 1: Systemübersicht der Abfülllösung
Bild: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG

Die wichtigste Kennzahl einer Abfüllmaschine ist die Leistung, das heißt die Menge an abgefülltem Produkten pro Zeiteinheit. Hier werden Rüstzeiten wie Umbauten, Reinigung und Wartung mit eingerechnet. Durchflussmesstechnik bietet gleich an mehreren Parametern Potenziale zur Leistungssteigerung. Die Taktzahl kann durch den Einsatz von schnellen Automatisierungskomponenten wie Messtechnik, Steuerungskomponenten und Schließventilen erhöht werden. Ein wichtiger Punkt für den Anlagenbetreiber ist eine enge Fehlertoleranz bei der Abfüllung. Durch eine hohe Genauigkeit kann die Überfüllung reduziert und Toleranzen optimiert werden. Damit kann sowohl Produkt als auch Zeit eingespart werden. In der Abfülltechnik mittels Durchflussmesstechnik konnten bereits bei verschiedenen Applikationen Ungenauigkeiten von unter 0,2% erreicht werden. Produziert werden kann aber nur, wenn die Anlage nicht umgebaut werden muss. Häufiger Grund ist eine Anpassung der Anlage auf andere Abfüllmengen. Der Markt fordert eine zunehmende Vielfalt an Gebinden. Dies führt dazu, dass der Einfluss der Rüstzeiten auf die Gesamtleistung einer Maschine zunimmt. In diesem Punkt hat die durchflussbasierte Fülltechnik einen erheblichen Vorteil gegenüber konventioneller Kolbenfülltechnik. Durch eine schnelle Parameteränderung kann das abzufüllende Volumen pro Gebindeeinheit geändert werden. Umbauten an der Fülleinheit müssen nicht vorgenommen werden. Eine weitere Chance zur Leistungssteigerung bietet die Optimierung der Reinigung. Das geradlinige Design eines durchflussbasierten Füllers ohne komplexe Einbauten ermöglicht hohe Durchflussraten (auch bei der Reinigung) und eine direkte Durchflusskontrolle. Dies kann dazu führen, dass Reinigungszeiten verkürzt und -zyklen verlängert werden.

Optimales Zusammenspiel

Doch was ist das Geheimnis hinter einer auf Durchflussmesstechnik basierenden Abfülltechnik? Die Kernkomponenten der Dosierlösung von Endress+Hauser sind ein schnelles Steuerungssystem, eine Druckregelung im Vorlagetank und je Füllstelle ein Durchflussmessgerät sowie ein Dosierventil (Bild1). Die Druckregelung erfolgt über einen Cerabar S PMP75, der Durchfluss wird über einen Dosimag erfasst. In speziellen Anwendungsfällen wird mit dem Dosimass ein direktes Durchfluss-Massemessgerät gewählt bei dem integrierte Korrektur- und Überwachungsfunktionen für eine hohe Produktivität sorgen. Selbstlernende Funktionen und eine fortlaufende Selbstüberwachung des Systems garantieren eine gleichbleibende Produktionsqualität während der gesamten Betriebsphase. Zudem ermöglicht die automatische Luftblasen-Erkennung Korrekturen im laufenden Betrieb. Ein Überfüllen bzw. -laufen kann so verhindert und Stillstandzeiten vermieden werden. In der Regel übernimmt ein übergeordnetes System den mechanischen Teil der Abfüllanlage, wie Behältervorschub, Senken der Füllspitzen usw. Der Datenaustausch zwischen Dosiersystem und übergeordnetem System wird über eine digitale Schnittstelle abgewickelt. Letztendlich ist eine optimale Integration aller beteiligten Komponenten entscheidend für eine rasche und erfolgreiche Hochrüstung der Anlage.

Integration in bestehende Infrastruktur

In einer bayerischen Molkerei sollte eine Abfüllanlage für Salzlake modernisiert werden. Die Anlage füllt über vier Füllstellen rezeptabhängig 30 bis 1.200ml ab. Die neue Dosiersteuerung ersetzte eine vorhandene Simatic S5-Steuerung. Die Kommunikation zur Maschinensteuerung der Abfüllmaschine erfolgt über Profibus DP. Mit der Asset Management Software FieldCare können die Füllkurven exakt analysiert und hieraus Rückschlüsse auf die Einbausituation gezogen und weitere Optimierungen durchgeführt werden.

Umbau innerhalb von 1 ½ Tagen

In einer anderen großen süddeutschen Molkerei waren seit Anfang der neunziger Jahre zwei Linearfüller im Einsatz. Sie verfügen über zwei mal sechs Füllspitzen und dienen der Abfüllung von Joghurtprodukten. Für die eingesetzte durchflussbasierte Messtechnik mit 19"-Elektronik waren Ersatzteile nur noch schwer erhältlich. Im Zuge einer Modernisierung sollte auch die Leistung der Abfüllmaschine durch eine Erhöhung von Taktzahl und Genauigkeit erreicht werden. Allerdings wurden innerhalb der letzten 20 Jahre zahlreiche Anpassungen und Optimierungen an der Anlage vorgenommen. Dieser Erfahrungsschatz sollte mit in die neue Anlage übernommen werden. Auf der anderen Seite ist die Abfüllanlage hoch ausgelastet, für die Inbetriebnahme stand nur ein kurzes Zeitfenster zur Verfügung. Durch eine individuelle Anpassung der bewährten Abfülllösung wurden alle Parameter in das neue System übernommen. Eine intensive Vorbereitung in Zusammenarbeit mit den Fachleuten der Molkerei ermöglichte einen Umbau innerhalb von 1 ½ Tagen. Im Nachgang sichert ein Fernwartungszugang schnellen Support und garantiert eine hohe Verfügbarkeit der Abfülllösung. Durch den Einsatz der neuen Technik konnte die Taktzeit der Anlage mehr als halbiert werden. Gleichzeitig wurde die Zuverlässigkeit der Anlage erhöht.

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Synthese von Abfüll- und Maschinensteuerung

In einem weiteren Anwendungsfall integrierte ein Maschinenbauer für Abfüllanlagen die Abfüllsteuerung in sein Konzept für einen Reihenfüller mit vier bis sechs Füllspitzen. Die Abfüllung ist vorgesehen für Suppen mit einem Volumen von 450 bis 5.000ml. In diesem Zusammenhang machten zwei separate Steuerungen für Abfüllung und Maschine wenig Sinn. Aus diesem Grund wurden die Steuerungen um die Transportband- und die Unterspiegelfüllung-Steuerung erweitert. Bestehende Programmvorlagen des Maschinenbauers wurden analysiert und in die Abfüllsteuerung transformiert. Als Bustechnik wurde auf Ethernet IP gesetzt und die Antriebe der Bandsteuerung direkt über den Bus an die Steuerung gekoppelt.

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