Schüttguttechnik geht online

CT-Trendbericht: Digitalisierung in der Schüttguttechnik

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11.09.2017 Von wegen verstaubt: Auch in der Schüttguttechnik wird die Digitalisierung vorangetrieben. Zwar übt sich der größte Teil der Branche noch in vornehmer Zurückhaltung, doch im Hintergrund laufen längst Entwicklungen an, welche die mechanische Verfahrenstechnik Industrie-4.0-tauglich machen sollen. Einen Vorgeschmack dazu gibts auf der Powtech.

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Entscheider-Facts für Betreiber und Planer

  • Die Digitalisierung macht auch vor der Schüttguttechnik nicht halt. In erster Linie sehen die Anbieter Potenziale durch verbesserte Wartungsprozesse.
  • Netzwerkfähige Komponenten können künftig die Basis für eine weitgehende Prozessoptimierung schaffen.
  • Auf der Powtech 2017 werden einige Ansätze und Produkte zu sehen sein.

Wie werden mechanische Komponenten einer Chemieanlage netzwerkfähig? Diese Frage stellen sich immer mehr Anbieter. Dabei ist die vorgelagerte Frage noch nicht einmal annähernd beantwortet: Wozu sollen mechanische Komponenten überhaupt vernetzt werden? Denn der Industrie-4.0-Hype erweckt zuweilen den Anschein, dass Digitalisierung ein Selbstzweck ist. Mehrwert, so das am häufigsten genannte Argument, entsteht primär in der vorausschauenden Wartung – dort entstehende, eventuelle Kosteneinsparungen seien das wichtigste Geschäftsmodell hinter der Digitalisierung. Ob das reicht?

Als alleiniger Investitionsanreiz sicher nicht. Denn Konzepte für die „Predictive Maintenance“ sind schon ziemlich alt. Betreiber von Chemieanlagen haben für kritisches Equipment längst nachgerechnet und wenden die vorausschauende Wartung bereits an großen Maschinen an. Allerdings eröffnet die Vernetzung von Anlagen und -komponenten sowie die wachsenden Rechenkapazitäten moderner Cloud-Plattformen der Predictive Maintenance weitere Potenziale. Letzteres bezeichnen die Marktforscher von PWC als „Predictive Maintenance 4.0“. Die Analysten haben kürzlich eineStudie veröffentlicht, wonach vor allem deutsche Unternehmen hier noch hohen Nachholbedarf haben.

Time to Market: Höhere Anforderungen erfordern neue Anlagenkonzepte

Deutlich größer als in der Wartung sind die durch Industrie 4.0 enstehenden Potenziale für neue Produkte und produktbezogene Dienstleistungen. So besteht eine zentrale Forderung der Chemie- und Pharmaindustrie nach kürzeren Entwicklungszeiten für neue Anlagen: Ist beispielsweise ein Pflanzenschutzmittel oder eine Spezialchemikalie zur Marktreife entwickelt, muss die Produktionsanlage möglichst schnell in Betrieb gehen, damit der Betreiber seinen Marktvorsprung nutzen kann. Das erfordert neue Ansätze – nicht nur bei der Planung von Anlagen, sondern auch bei deren Konzeption: Modularisierung heißt hier ein Stichwort. Das Ziel: Durch den Einsatz von gleichartigen Modulen soll der pro Anlage notwendige, individuelle Engineeringaufwand sinken.

Möglich wird dies, indem Anlagen in verfahrenstechnische Funktionen „zerlegt“ und neue Anlagen aus solchen standardisierten Einzelfunktionen aufgebaut werden. Seit einigen Jahren untersucht die Chemieindustrie diese Vorgehensweise in verschiedenen Projekten wie zum Beispiel dem F3-Factory-Projekt. In einem Whitepaper hat der Elektrotechnik-Verband ZVEI die Voraussetzungen und das Marktpotenzial modularer Anlagen vor zwei Jahren beschrieben. Die Autoren gehen davon aus, dass der Markt für modulare Anlagen in deutschen Unternehmen bis 2022 auf ein Gesamtvolumen von ca. 3,7 Mrd. Euro anwachsen könnte.

Automatisierungsgrad der Anlagen steigt

Einzelne Anlagenbauer aus dem Umfeld der Schüttguttechnik haben das für sich als Chance erkannt. So rechnet beispielsweise der Zerkleinerungsspezialist Hosokawa Alpine mit einem steigenden Automatisierungsgrad, mit dem nicht nur die Produktivität steigen soll, sondern auch eine stabile Prozessführung aus der Ferne und niedrige Stillstandszeiten durch vorausschauende Wartung erreicht werden sollen. „Einzelmaschinen, die von betriebseigenen Ingenieursabteilungen in eine Gesamtanlage eingeplant werden, gehören der Vergangenheit an. Gefordert wird die Lieferung von Gesamtanlagen mit garantierten Prozesswerten unter Einhaltung der aktuellen Sicherheitsstandards und Normen“, sagt Sylvia Bräunlein, Operations Director der Chemicals Division von Hosokawa Alpine. Die Unternehmensgruppe will auf der Powtech eine virtuelle Produktionsanlage für Pestizide zeigen.

Schüttguttechnik-Anbieter entwickeln Ideen zur Digitalisierung

Auch der Anlagenbauer Zeppelin Systems hat sich vorgenommen, die mechanische Verfahrenstechnik zu digitalisieren. Bereits im Oktober 2016 hat das Unternehmen seinen Ansatz „Smart Components“ vorgestellt, bei dem die App „Z plantgate“ Wartungsmonteure und Servicetechniker dabei unterstützt, indem sie Anlagenkomponenten automatisch identifiziert und spezifische Informationen auf mobilen Endgeräten bereitstellt. Neben Ersatzteillisten werden Anweisungen zur Inbetriebnahme, Bedienung, Wartung oder Serviceintervallen zugänglich gemacht. Ein Service-Chat ermöglicht es, mit Experten des Herstellers zu kommunizieren und Bilder oder Videos zu übertragen. Digitale Checkliste, Wartungsprotokolle und die Planung von Wartungsterminen sollen konkreten Nutzen schaffen. Außerdem will das Unternehmen aus Friedrichshafen einen „Smart Controller“ entwickeln, mit dem die Automatisierung von mechanischen Komponenten weiter vorangetrieben werden können. Das Ziel: Anlagenkomponenten und Module sollen dezentrale Intelligenz erhalten. Um künftig schnell auf Anforderungen der Kunden hinsichtlich Digitalisierung reagieren zu können, hat Zeppelin ein Joint Venture mit dem indischen Automatisierungsanbieter „Smart Control“ gegründet.

Automatisierungstechnik muss einfacher werden

Dass die Automatisierungstechnik im Fokus der Digitalisierungsbemühungen der Unternehmen steht, kommt dabei nicht von ungefähr: Gerade die Entwicklung und das Engineering von Automatisierungslösungen für Schüttgutanlagen kostet viel Zeit und Geld.

Der Wunsch nach einfacheren Löungen führte beim Pneumatik-Spezialisten Festo zur Entwicklung des Festo Motion Terminals, das der Hersteller erstmals zur Hannover Messe 2017 gezeigt hat: Piezotechnologie, integrierte Hub- und Drucksensorik, gepaart mit der Ansteuerung über sogenannte Motion Apps sollen Maschinen- und Anlagenbauer bei der Digitalisierung unterstützen: Durch die konsequente Trennung von Mechanik, Elektronik und Software können damit über 50 verschiedene pneumatische Funktionen auf einer Hardwareplattform abgebildet und über Apps individuell aktiviert werden. Dadurch entsteht Flexibilität in der Produktion und bei Anlagenmodifikationen: Bei konstanter Hardware werden neue Funktionen durch Aufspielen neuer Apps realisiert. Das vereinfacht Beschaffungsprozesse, reduziert Komplexität und erhöht die Flexibilität bei Anlagenumbauten.

Neue Automatisierungstechnik kommt auch beim Schüttguttechnik-Spezialisten AZO zum Einsatz. Dieser hat sein Behälter-Andocksystem Cleandock mit neuer Automatisierungstechnik ausgerüstet und wird die „Industrie-4.0-Komponente“ erstmals auf der Powtech in Nürnberg zeigen. Das System dient dabei zum automatischen An- und Abdocken mobiler Behältnisse, wie beispielsweise Container, Fässer oder Big-Bags, an ortsfeste Dosierorgane und stellt eine staubdichte Verbindung zwischen Behältnis und Dosierorgan her.

Um der Digitalisierung Schub zu verleihen, hat der Anbieter von Gesamtlösungen für das Lagern, Fördern, Dosieren und Wiegen von pulverförmigen Rohstoffen im Juni einen Hackathon veranstaltet: Zwei Tage lang wurde gemeinsam mit Start-up-Unternehmen Soft- und Hardware für eine bestehende Siebmaschine entwickelt. Das Start-up-Unternehmen Visionme visualisierte die Siebmaschine mittels Virtual Reality- und Augmented Reality-Technik. Dynamic Components ermittelte via Sensorik Auswirkungen die durch eine simulierte Beschädigung bzw. Zerstörung des Siebs hervorgerufen werden, und schaffte die Datenbasis für die Experten von Point8, um Muster zu erkennen. Ein wichtiges Projekt des AZO-Industrie-4.0-Fahrplans ist die Entwicklung eines Verfahrens, bei dem die Maschine selbst lernt, wie sie die zu verarbeitenden Rohstoffe optimal dosiert und wiegt, und dadurch Bedienfehler vermeiden hilft.

Maschinen- und Anlagenhersteller erhalten bei solchen Projekten Hilfe vom Verband VDMA: dieser hat vor zwei Jahren einen Leitfaden Industrie 4.0 veröffentlicht, der den Unternehmen Anhaltspunkte liefern soll, wie eigene Industrie-4.0-Umsetzungen und neue Geschäftsmodelle entwickelt werden können. Auch der Hackathon geht auf die Initiative des VDMA zurück.

Komponenten kommunizieren per Web-Techniken

Auch in der Entstaubung gibt es bereits Beispiele für den Einsatz von Industrie-4.0-Technik: So will der Hersteller Esta Apparatebau in Nürnberg die Entstauber-Reihen Dustomat und Mobex sowie Anlagen der Dustmac-Serie zeigen, die via Lan oder Wlan an die Netzinfrastruktur des Anlagenbetreibers angeschlossen werden können. Darüber sollen wichtige Informationen wie Betriebsstatus, aktuelle Luftleistung oder Filterstatus an jedem beliebigen Ort z. B. mit mobilen Endgeräten abgerufen und überwacht werden können. Von der Vernetzung verspricht sich der Hersteller niedrigere Kosten für Wartungseinsätze und eine höhere Ressourceneffizienz.

Dass sich Wartungskosten reduzieren lassen, wenn Experten nicht mehr vor Ort reisen müsen, liegt auf der Hand. Der Anlagenbauer GEA hat nun ein System entwickelt und im Mai vorgestellt, bei dem das Anlagenpersonal den virtuellen Technikern Augen und Ohren leiht: Der „Eye Wear“ genannte Augmented Reality-Ansatz ermöglicht es, virtuellen Experten das Betreibspersonal oder Service Techniker vor Ort in Echtzeit zu unterstützen. Zu den Funktionen gehören Chat, hören und sprechen sowie die Möglichkeiten, Bilder zu senden und zu editieren. Bei Reparaturen oder zur Prozessoptimierung werden dem Personal hilfreiche Hinweise eingeblendet. Der Hersteller bietet die Technik entweder separat oder als Bestandteil eines Servicevertrags an und zielt vor allem auf die Wartung von Pharmaanlagen.

Dort, aber auch in anderen Bereichen der Prozessindustrie steigen die Anforderungen an die Dokumentation und der Druck zur Optimierung von Wartungsprozessen. Diesem begegnet der Fluidtechnik-Spezialist Gemü durch die Integration von RFID-Chips in seine Ventile. Über diese lassen sich die Armaturen elektronisch rückverfolgen und Wartungsvorgänge unterstützen. Das „Gemü Conexo“ genannte System besteht aus Ventilen mit integriertem RFID-Chip (in Körper, Membrane und Antrieb), einem elektronischen Lesegerät, dem „Conexo Pen“, sowie einer IT-Infrastruktur, bestehend aus einer App für mobile Endgeräte, sowie einem Portal-Server, der als zentrale Datenbank beim Betreiber installiert ist. Der Wartungsmonteur wird durch den Wartungsprozess geführt, kann die Verschleißteilbeurteilung elektronisch aufnehmen und via Fotodokumentation verifizieren. Daten werden so elektronisch erfasst, und können in der vorhandenen Scada-Umgebung oder im ERP-System elektronisch weiterverarbeitet werden.

Kommunikation per Bluetooth, Wlan oder RFID

Die einfachste Form der Vernetzung ist die Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Um Geräteinformationen drahtlos an mobile Endgeräte wie Tablets oder Mobiltelefone zu übertragen, hat sich die Bluetooth-Technik durchgesetzt. Diese nutzt beispielsweise der Füllstand- und Druckmesstechnik-Spezialist Vega, um Messgeräte in schwer zugänglichen Bereichen zu bedienen: Dazu werden die Messumformer – beispielsweise der eines Radarsensors auf einem Schüttgutsilo – mit dem Anzeige- und Bedienmodul Plicscom ausgestattet. Über eine PIN-gesicherte und verschlüsselte Bluetooth-Verbindung können die Sensoren per Smartphone, Tablet oder Laptop vor Ort bedient werden. Auch die Anzeige von Messwerten und die Diagnose der Geräte ist so vor Ort via App möglich. Endress+Hauser vernetzt seine neuen Durchfluss-Messumformer Proline 300 und 500 drahtlos per Wlan und Wireless Hart und hat einen Webserver integriert, über den die Cloud-Kommunikation ermöglicht werden soll.

Fazit: Die Beispiele zeigen, dass die Digitalisierungsbemühungen der Anbieter von Schüttguttechnik noch weitgehend um das Thema Wartung kreisen. Doch die Vernetzung schafft die Voraussetzungen für den künftigen Hauptnutzen der Industrie 4.0: neue Geschäftsmodelle der Anlagenbetreiber, die einerseits eine flexible Produktion und andererseits den Zugriff auf alle Produktionsdaten erfordern. 1710ct999

Die im Text beschriebenen Industrie-4.0-Komponenten finden Sie an folgenden Ständen auf der Powtech 2017:

AZO: Cleandock Halle 1 – 356
Endress+Hauser: Wlan-Messumformer Halle 4 – 519
Esta: vernetzte Entstauber Halle 4 – 209
Festo: Pneumatikplattform FMT Halle 4 – 431
GEA: Remote Eye Wear Halle 3A – 312
Gemü: Ventilrückverfolgung Halle 3A – 310
Hosokawa: virtuelle Chemieanlage Halle 4A – 233
Vega: Bluetooth-Bedienung Halle 4 – 514
Zeppelin: Smart Components Halle 4 – 307

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Heftausgabe: September 2017
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