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Retrofit Case Study  –  Hochdorf rüstet für Industrie 4.0

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Müssen ins Alter gekommene Steuerungen ersetzt werden, sei es aus Wartungs- oder Ersatzteilbeschaffungsgründen, dann bietet sich stets die Gelegenheit zur Modernisierung der Anlage. Das heisst heute auch, sich mit Industrie 4.0 auseinanderzusetzen und wichtige technische Grundlagen für diese Entwicklung zu legen. Die Hochdorf Swiss Nutrition AG geht hier mit gutem Beispiel voran. Seit 1895 steht der Name Hochdorf für gesunde Ernährung aller Altersgruppen, angefangen von Babys bis hin zu Senioren. Die Hochdorf-Produkte werden aus natürlichen Rohstoffen wie Milch, Weizenkeimen und Ölsaaten gewonnen. Für den Produktionsstandort Sulgen wurde acs ag beauftragt, den kompletten Steuerungsaustausch einer rund 30-jährigen Reinigungsanlage zu realisieren und diese umfassend zu modernisieren.

Daraus ergab sich ein umfangreiches Aufgabenpaket:

  • Elektroplanung;
  • Erneuerung der Elektro- und Pneumatik-Installation;
  • Lieferung und Montage der Schaltschränke;
  • Software-Programmierung der SPS;
  • Integration in das zentrale Produktionsleitsystem (PLS).

retroFiT von acs

Dem Retrofit-Prozess der acs ag liegt ein detailliertes methodisches Vorgehen zugrunde, zusammengefasst in der Projektplanung „retroFiT“. Dieses beschreibt die exakte Planung der Funktionen, die Organisation, Qualitätssicherung, die konsequente und periodische Überprüfung aller Projektschritte und die vollständige Durcharbeitung der Testpläne. Zum Projektstart wurden mit dem Kunden die Projektorganisation festgelegt, technische Fragen geklärt sowie ein Terminplan mit entsprechenden Projektmeilensteinen verabschiedet.

Die Basis für die Spezifikationsphase bildete die vorhandene Anlagendokumentation, eine gewissenhafte Situationsanalyse der Anlage sowie Gespräche mit den Anlagenbedienern. Aus den gewonnenen Informationen konnte acs die notwendigen Automationskomponenten evaluieren, das Elektroschema erstellen, den Funktionsablauf für die Steuerung (FDS) definieren und das Bedienkonzept für das PLS (SDS) festlegen. Eine Risikobetrachtung hinsichtlich Anlagen- und Personensicherheit gemäss den aktuell geltenden Vorschriften führte zur Festlegung des benötigten Safety-Performance-Levels.

Das Herzstück der Automatisierung

Die vorhandene SPS wurde mit einer Siemens-Steuerung der neusten Generation S7-1515F (Failsafe), in Kombination mit dezentralen ET200s Failsafe-I/O-Modulen ersetzt. Profinet bildete dabei das einheitliche Feldbus-Netzwerk. Bei den Frequenzumrichtern entschied sich Hochdorf für Geräte der Danfoss-Baureihe FC302, ebenfalls mit integrierter Profinet-Schnittstelle.

Die Erstellung der Programmierung beruht auf der acs-eigenen Software-Bibliothek „FiT Library“, die eine besonders effiziente Software-Erstellung gewährleistet. Sie stellt industriell geprüfte und dokumentierte Standardbausteine für Prozessanlagen zur Verfügung. Bei der Programmierung der Phasen- und Unit-Procedures nach dem Standard ANSI/ISA S88 wurden ebenfalls Standardsoftware-Module aus der FiT Library verwendet.

Auch für die Gestaltung des Bildschirm-Layouts, den Symboldarstellungen sowie Steuerung, Überwachung und Parametrierung der PLS-Funktionen konnte auf FiT-Library-Templates zurückgegriffen werden. Die durchgängige Verwendung einer einheitlichen Software-Bibliothek sorgt dafür, dass die Darstellung der einzelnen Tools einheitlich und übersichtlich erfolgt.

Als Bedienelemente vor Ort werden hochauflösende Touchscreen-Monitore und ein Thin-Client-Terminal eingesetzt. Die Klartextanzeige sämtlicher Verriegelungen und Weiterschaltbedingungen informiert den Bediener jederzeit, wie die Anlage in einem Störungsfall wieder in Betrieb gesetzt werden kann. Auch alle anderen Darstellungen sind darauf ausgerichtet, den Anlagenbedienern eine komfortable Bedienung der Maschinen zu ermöglichen. Durch die PLS-Integration können sie nun zugleich aber auf die gesamte PLS-Applikation via Terminal-Server zugreifen.

Inbetriebnahme und SAT

Die Inbetriebnahme der neuen Steuerung lag in einem engen Zeitfenster und erforderte eine detaillierte Planung der einzelnen Projektabschnitte, die sehr genau aufeinander abgestimmt werden mussten. Bedingt durch die hervorragende Kooperation der Hochdorf-Mitarbeiter konnten die neuen Schaltschränke aufgestellt und montiert werden, während zeitgleich die Montage von Netzwerk-, Elektro- und Pneumatik-Installation parallel zur bestehenden erfolgte. acs konnte durch eine gut strukturierte Projektplanung die Funktionsinbetriebnahme (SAT, Site Acceptance Test) im geforderten Zeitraum umsetzen und die Anlage dem Produktionsteam pünktlich übergeben.

Benefits für Hochdorf

Die ursprüngliche Intention des Kunden – die Steuerungstechnik auszutauschen – zog eine Reihe von Aufgaben nach sich, die sich insgesamt positiv auf den Anlagenbetrieb auswirken und die Effizienz verbessern.

Das neue Automationskonzept inklusive der Failsafe-Steuerung stellt die Betriebssicherheit in den kommenden Jahren sicher und reduziert die Ausfall- und Stillstandszeiten der Anlage. Mit der Umstellung auf den Profinet-Feldbus stehen nun moderne Schnittstellen zur Verfügung, die auch den Anforderungen von Industrie 4.0 genügen.

Ebenso wurden für diesen Zweck offene Datenstrukturen implementiert. Auf Basis der neuen Steuerungs- und Netzwerktechnik konnten die Prozessabläufe optimiert werden, die Anlage ist damit einfach bedienbar. Die Anlagen- und Personensicherheit entspricht jetzt den aktuell geltenden Vorschriften.

Zudem ist die Anlage nun auf dem aktuellen Stand wieder technisch vollständig dokumentiert. Der technische Unterhaltsdienst kann mit der neuen Technik und der vollständigen Dokumentation die Wartung der Anlage problemlos selbst durchführen. Ebenso kann das eigene Personal Ersatzteile beschaffen und austauschen.

Für die Zukunft gerüstet

Christoph Peternell, COO der Hochdorf-Gruppe, zeigte sich mit den Ergebnissen des Retrofit hochzufrieden. Insbesondere das Thema Industrie 4.0 beschäftigt die milchverarbeitende Industrie, die bereits etliche Anstrengungen unternimmt, um Digitalisierung du Vernetzung für sich zu nutzen. Jede Kuh hat bereits einen implantierten Chip oder trägt zumindest einen RFI-Tag. Die Fütterung der Kuh wird protokolliert, ebenso der Milchtransport. In der Verarbeitung ist Tracking & Traceability bereits seit Jahren implementiert, so dass eine lückenlose Rückverfolgung der Qualität und Herkunft auf Chargenebene erfolgen kann.

Doch für Peternell ist das noch nicht ausreichend. Er hofft, dass die Industrie 4.0 einen langfristig verbesserten Datenaustausch in Bezug auf den Milchfluss mit Geschäftspartnern wie Produzenten, Händlern und Verarbeitern ermöglicht. Aber auch für Notfälle könnten sich Vorteile ergeben: „Da wir unsere Anlagen rund um die Uhr 7 Tage die Woche betreiben, können wir nicht auf das Wochenende als Kapazitätsreserve zurückgreifen.

Daraus leitet sich ab, dass bei Optimierungs- und Unterhaltsarbeiten an den Anlagen und Steuerungen die entsprechend geplanten Zeitfenster eingehalten werden müssen. Ich kann mir gut vorstellen, dass mit Industrie 4.0 der Informationsfluss schneller und schlanker gestaltet werden kann und so die operative Hektik bei unvorhergesehenen Ereignissen reduziert werden kann.“

Case Studies Industrie Services