Anlagen nach dem Lego-Prinzip

Flex­i­ble und mod­u­lare Fil­tra­tionsan­la­gen erfordern autarke intel­li­gente Units. Hier kom­men Prozessin­dus­trie und Fer­ti­gungsin­dus­trie zusam­men – und damit auch die Ansätze der Indus­trie 4.0, der vierten indus­triellen Rev­o­lu­tion. Die Dig­i­tal­isierung und Ver­net­zung ermöglicht es, automa­tisierte Mod­ule auf der Feldebene ein­fach und zuver­läs­sig mit einem über­ge­ord­neten Leit­sys­tem zu verbinden und gle­icher­maßen die Kom­mu­nika­tion untere­inan­der herzustellen – genau­so wie Lego-Steine* ein­fach ineinan­der gek­lickt ein festes, aber den­noch flex­i­bles Gefüge ergeben.

Industrie 4.0 als Lösung

Denn um die Wet­tbe­werb­s­fähigkeit in immer volatil­eren Märk­ten zu erhal­ten, wer­den flex­i­ble Pro­duk­tion­sprozesse benötigt, wie sie im Leit­bild „Indus­trie 4.0“ beschrieben sind. Voraus­set­zung dafür sind adap­tive, sich selb­st kon­fig­uri­erende und selb­stor­gan­isierende flex­i­ble Wasser­auf­bere­itungsan­la­gen mit einem hohen Ver­net­zungs­grad. Bei Batch­prozessen und Anla­gen mit ver­schiede­nen Fil­tra­tionstech­nolo­gien ist die ver­fahren­stech­nis­che und funk­tionale Mod­u­lar­isierung von Teilan­la­gen ein sin­nvoller Schritt.

Beispiel Getränkeherstellung

Je nach Stan­dort der Fab­rik ist die Ver­schmutzung des Rohwassers sehr unter­schiedlich. Daher sind mehrere Auf­bere­itungss­chritte nötig, um qual­i­ta­tiv hochw­er­tiges Wass­er zu erhal­ten. Ein Mix ver­schieden­er Teilan­la­gen wie Kies­fil­ter, Ionen­tausch­er, Ultra­fil­tra­tions- oder Umkehros­mosean­la­gen und ein­er Pump­sta­tion schafft Abhilfe.

Eben­so schwankt die Absatz­menge des End­pro­duk­tes auf dem Kon­sumgüter­markt stark.Daher schwanken auch die Ver­brauchs­men­gen von Pro­dukt- und Prozess­wass­er. Umso wichtiger ist daher eine flex­i­ble Wasser­auf­bere­itung, die auf mod­u­lar­er Automa­tion beruht.

Modular und intelligent

Jedes Mod­ul trägt in sich die voll­ständi­ge Automa­tion, die es für die Abar­beitung seines eige­nen Prozess­es benötigt. Die Automa­tion kön­nte auch ein zen­trales Leit­sys­tem übernehmen. Ein Leit­sys­tem ist jedoch für mod­u­lare Anla­gen mit der Forderung des ein­fachen Aus­tausches einzel­ner Mod­ule nicht aus­gelegt. Ver­fahren­stech­nis­che Mod­ule benöti­gen aber eine kleine, anpass­bare und autarke Automa­tisierung.

Durch die Umset­zung dezen­traler, intel­li­gen­ter Lösun­gen in den einzel­nen Mod­ulen ent­fällt die Neupro­gram­mierung und ‑kon­fig­u­ra­tion der App­lika­tion­ssoft­ware. Die Mod­ule kön­nen mit niedrig­stem Aufwand in die automa­tisierung­stech­nis­che Gesamtlö­sung der Pro­duk­tion inte­gri­ert wer­den. Damit kann man eine Vielzahl automa­tisiert­er Mod­ule der Anlage beifü­gen, ohne die Automa­tisierung­stech­nik der Gesam­tan­lage aus­bauen zu müssen. „Es geht darum, Anla­gen ein­fach erweit­ern oder mod­i­fizieren zu kön­nen, um nicht sofort in großtech­nis­che Anla­gen gehen zu müssen, eben Num­ber­ing-up statt Scale-up“, erk­lärt Dr. Eck­hard Roos, Leit­er Key Account und Indus­try Seg­ment Man­age­ment Process Automa­tion bei Festo.

Automatisierungsplattform CPX

Als zen­traler Baustein ein­er mod­u­laren Automa­tion erweist sich ein­mal mehr die Automa­tisierungsplat­tform CPX von Fes­to. Sie kann neben dem pneu­ma­tis­chen Teil mit ihren Aus­führun­gen in IP65/67 auch eine SPS sowie Remote-IOs für viele Sen­soren wie etwa Druck­überwachung und Durchfluss‑, Leit­fähigkeits- oder Tem­per­aturmes­sung mod­u­lar auf ihrer Plat­tform aufnehmen.

Damit lässt sich beispiel­sweise in der Wasser­auf­bere­itung die Automa­tisierung von Skids in unter­schiedlichen Aus­prä­gun­gen – je nach gewün­schtem Anwen­dungs­fall – auf­bauen. Dieses Konzept lässt sich beson­ders gut bei voll trans­portablen Fil­ter­sys­te­men für einen gerin­gen Wasserbe­darf von bis zu 1.000 m³ pro Tag anwen­den. Die trans­portablen Fil­ter­sys­teme ermöglichen es, die Wasser­pro­duk­tion sehr schnell in Betrieb zu nehmen.

Varianten von Skids

Kom­men beispiel­sweise Pumpen-Skids auf­grund ihrer gerin­gen Kom­plex­ität mit weni­gen Ven­tilscheiben im pneu­ma­tis­chen Teil der CPX/MPA aus, so benöti­gen etwa Fil­tra­tions- Skids analoge Eingänge für die Druck­überwachung und Mes­sung von PH-Wert, Trübung oder Leit­fähigkeit. Hinzu kom­men auch analoge Aus­gänge für Rege­lar­ma­turen oder auf der CPX/ MPA inte­gri­erte Druck­regel­ven­tile für einen Membran-Integritätstest.

Die Skids müssen autonom funk­tion­ieren und extrem zuver­läs­sig sein. Sie kom­mu­nizieren kon­tinuier­lich mit ein­er Mas­ter-Steuerung, die das Man­age­ment des Gesamt­sys­tems organ­isiert. Vorteil­haft an den Skids ist auch, dass die Kosten für Verk­a­belung und Ver­drah­tung ver­gle­ich­sweise niedrig sind.

Vorteile fürs Engineering

Das sind aber nicht die einzi­gen Vorteile der mod­u­laren Automa­tion. Bei Inte­gra­tion eines zusät­zlichen Ver­fahrenss­chrittes in die Wasser­auf­bere­itungsan­lage, lässt sich durch den Ein­satz von Mod­ulen das Engi­neer­ing beschle­u­ni­gen und kostengün­stiger gestal­ten. Eine Erweiterung erfordert näm­lich nicht die Anpas­sung des Automa­tisierungskonzeptes der Gesam­tan­lage. Es genügt die automa­tisierten Mod­ule an das Man­age­mentsys­tem anzuschließen. Damit ist eine rei­bungslose Kom­mu­nika­tion zwis­chen den ver­schiede­nen Ebe­nen der Automa­tisierungspyra­mide gewährleistet.

Für OEMs bedeutet das mod­u­lare Konzept aber auch, Klein­se­rien von ein­heitlichen Mod­ulen oder Skids schon auf Lager fer­ti­gen zu kön­nen. Damit erzie­len sie Skalen­erträge in Pro­duk­tion sowie Mon­tage und senken ihre Kosten. Zusät­zlich erhöhen sie ihre Liefer­fähigkeit und ermöglichen den End­kun­den, mit den richti­gen Pro­duk­tion­s­men­gen neuer Pro­duk­te früher am Markt auftreten zu kön­nen. „Gelingt dann noch die Bedi­enung der prozesstech­nis­chen Anla­gen über mobile Endgeräte, ist ein weit­er­er Brück­en­schlag zu Indus­trie 4.0 real­isiert“, ergänzt Automa­tisierung­sex­perte Roos.