Zufriedene Gesichter: Das Überwachungssystem läuft seit 2018 einwandfrei

Zufriedene Gesichter: Das Überwachungssystem läuft seit 2018 einwandfrei. Bild: Phoenix Contact

| von Dipl.-Ing. Fatih Denizer, Industrie Management Prozess- und Verfahrenstechnik, und Dipl.-Ing. (FH) Karsten Natus, Marketing Manager Prozessindustrie, beide Phoenix Contact Deutschland GmbH, Blomberg

Der weltweit tätige börsennotierte Konzern Sappi wurde Ende 1936 in Südafrika gegründet. Sein Name leitet sich aus den Anfangsbuchstaben der ursprünglichen Unternehmensbezeichnung „South African Pulp and Paper Industries“ ab. Sappi Limited ist heute ein weltweit führender Anbieter von Papier-, Papierzellstoff- und Chemiezellstofflösungen. Das Unternehmen beschäftigt mehr als 12.000 Mitarbeiter, betreibt Produktionsstätten in sieben Ländern auf drei Kontinenten und bedient Kunden in mehr als 150 Ländern weltweit. In Europa unterhält Sappi Europe zehn papierproduzierende Werke sowie 14 Verkaufsbüros mit circa 5.800 Mitarbeitern.

In Stockstadt am Main fertigen über 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie 40 Auszubildende Zellstoff und Papier (Bildquelle: Sappi Stockstadt

In Stockstadt am Main fertigen über 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie 40 Auszubildende Zellstoff und Papier(Bild: Sappi Stockstadt)

Eine der europäischen Papierfabriken befindet sich in Stockstadt am Main im unterfränkischen Landkreis Aschaffenburg. Hier fertigen über 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie 40 Auszubildende jährlich bis zu 160.000 Tonnen Zellstoff und 450.000 Tonnen Papier. Der Standort verfügt zudem über ein eigenes Kraftwerk und eine Abwasserbehandlungsanlage. Die von der Druck- und Medienwelt geschätzten Feinpapiere von Sappi Stockstadt werden zur Erstellung von Premiummagazinen, Katalogen, Kunstbüchern oder High-End-Druckwerbung in rund 100 Länder weltweit verschickt. An jedem Arbeitstag verlassen bis zu 2000 Tonnen Papier das Werk.

Für die Papierherstellung werden zahlreiche Zusatzstoffe – wie Kreide – in großen Mengen benötigt. Die Anlieferung der Rohstoffe erfolgt per Schiff über den angrenzenden Main. Am Anleger wird die Ladung dann abgepumpt und über ein mehrere hundert Meter langes Rohrleitungssystem in die jeweiligen, oftmals im Freien nahe der Produktionshalle angesiedelten Vorratsbehälter gefördert. Bei niedrigen Außentemperaturen kann es vorkommen, dass die Rohrleitungen einfrieren und ein Umpumpen nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grund sind sie mit sogenannten Rohrbegleitheizungen ausgestattet. Diese werden elektrisch betrieben und über ein Thermostat temperaturabhängig ein- und ausgeschaltet.

Aktuelle Statusinformationen sorgen für Transparenz

Der Anschlusspunkt der Rohrbegleitheizung

Der Anschlusspunkt der Rohrbegleitheizung. Bild: Phoenix Contact

Bei den Rohrbegleitheizungen handelt es sich also um einen wichtigen Bestandteil der Anlage. Trotz Installation innerhalb der Rohrisolation sind sie permanent den rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt und altern daher entsprechend. Deshalb wurden die einzelnen Begleitheizungen bisher regelmäßig in einem speziellen Kontrollrundgang begutachtet. Darüber hinaus kam ein FI-Schutzschalter zur Überwachung sämtlicher Rohrbegleitheizungen zum Einsatz. Die Erfahrung zeigte jedoch, dass trotzdem nicht alle Ausfälle zuverlässig erkannt werden konnten.

„Es ist durchaus passiert, dass wir den Entladungsvorgang kurz nach dem Start wieder stoppen mussten, weil die Rohrleitung eingefroren war“, berichtet Michael Höfling, Leiter EMR-Papiererzeugung bei Sappi Stockstadt. „Das zog eine zeitaufwändige und teure Enteisung und Reinigung der betroffenen Rohrleitung nach sich, was schlimmstenfalls zu einem zeitweiligen Produktionsstillstand führen kann.“ Ein solches Szenario gilt es unbedingt zu vermeiden. „Heute messen wir die aktuelle Stromstärke jeder Rohrbegleitheizung“, fährt Höfling fort. „Bei einer Abweichung von 0,5 A wird eine Warnmeldung im Prozessleitsystem erzeugt und unmittelbar auf dem Monitor der Bedienerwarte sowie alternativ in der entfernt gelegenen Werkstatt angezeigt.“ Mit dem Überwachungssystem lassen sich mehrere Rohrbegleitheizungen gleichzeitig überwachen. Die Mitarbeiter stellen Veränderungen frühzeitig fest und können sofort reagieren, sodass eine hohe Verfügbarkeit der Anlage sichergestellt ist.

Ausführlicher Bericht enthält alle relevanten Daten

Sollten sich die Anwender nicht sicher sein, ob sich in ihrer Applikation eine funkbasierte Kommunikationslösung realisieren lässt, bietet sich ein Funktest an. Hier wird immer das Funksystem verwendet, das später fest installiert werden soll. Bei der Begehung des geplanten Standorts geben die Spezialisten von Phoenix Contact individuelle Installationsempfehlungen in Bezug auf die Übertragungsfrequenz und erforderlichen Antennen.

Im Rahmen des Funktests wird ein autarkes Wireless-System genutzt: Das Funkmodul ist in einer mobilen Testbox verbaut und wird durch einen Akku versorgt. Je nach den vor Ort vorgefundenen Bedingungen montieren die Spezialisten die Antennen an höhenverstellbaren Stativen, um individuelle Einstellungen auszuprobieren. Die Tests lassen sich somit völlig unabhängig durchführen. Anschließend wird ein ausführlicher Bericht erstellt, in dem die Koordinaten, Standortbilder, Geländeschnitte, Antennenpositionen, Funkqualität und Stücklisten genannt sind. Auf dieser Basis kann der Anwender eine fundierte Entscheidung hinsichtlich der Umsetzung einer drahtlosen Kommunikationslösung treffen.

Vor Ort durchgeführter Funktest zeigt Realisierbarkeit

Dezentrale Signalerfassung der Rohrbegleitheizungen in der „Streichküche“

Dezentrale Signalerfassung der Rohrbegleitheizungen in der „Streichküche“. Bild: Phoenix Contact

Die besondere Herausforderung der Lösung in Stockstadt lag in der Integration der Messwerte in das vorhandene Prozessleitsystem, denn zwischen den Gebäudeteilen gab es keine Kabelwege. Somit musste eine einfache und zuverlässige Signalübertragung geschaffen werden. „Nachdem eine erste Kostenabschätzung ergeben hatte, dass die Errichtung der notwendigen Kabelwege – also der Bau von Trassen und die entsprechenden Zugarbeiten – hohe Investitionen erfordert, haben wir nach einem alternativen Konzept gesucht“, erzählt Michael Höfling. „Bei unseren Recherchen sind wir auf das proprietäre Funksystem Radioline von Phoenix Contact gestoßen, über das sich die Messwerte drahtlos weiterleiten lassen.“ Die Sappi-Verantwortlichen baten Phoenix Contact um einen Vor-Ort-Test, um herauszufinden, welche Übertragungsfrequenz und welcher Antennentyp sich am besten für ihr Einsatzszenario eignen. „Wir waren wirklich skeptisch, ob die Funkkommunikation trotz der recht starken Betonwände einwandfrei funktionieren würde“, erinnert sich Sebastian Müller, Stellvertretender Meister EMR-PE Werkstatt Papiererzeugung. Mit dem Radioline-System lassen sich je nach Applikationsanforderung verschiedene Topologien umsetzen

Zentrale Anbindung über das Modbus/RTU-Netzwerk des vorhandene Prozessleitsystems

Zentrale Anbindung über das Modbus/RTU-Netzwerk des vorhandene Prozessleitsystems. Bild: Phoenix Contact

Fatih Denizer, Außendienstmitarbeiter des Blomberger Automatisierungsspezialisten, führte die praktische Erprobung kurzfristig mit dem entsprechenden Equipment durch. So konnten die benötigten Komponenten schnell ermittelt und der Nachweis einer zuverlässigen Funkübertragung als Grundlage für die Budgetfreigabe erbracht werden. „Zur Anbindung der Radioline-Geräte an das bestehende Prozessleitsystem fand sich schnell eine Lösung“, berichtet Müller. Nach der Funkstrecke wurden die Signale der Rohrbegleitheizung über das Modbus/RTU-Slave-Modul in das Prozessleitsystem integriert.

Regelmäßige Kontrollrundgänge sind nicht mehr notwendig

„Während der Installation und in der Inbetriebnahme-Phase sind wir durch Herrn Denizer und einen Support-Mitarbeiter aus Blomberg umfassend unterstützt worden“, erklärt Müller zufrieden. „Die beiden haben schnell reagiert und uns bei allen Fragen zur Seite gestanden. Seit dem Start der Funkkommunikation im März 2018 läuft das System einwandfrei.“

Die Daten sämtlicher Rohrbegleitheizungen werden jetzt an die Bedienerwarte weitergeleitet und dort visualisiert. Neben der aktuellen Stromstärke in den einzelnen Begleitheizungen wird den Mitarbeitern im Fall der Fälle auch eine Warnmeldung angezeigt. „Mit der Einführung des Monitoring-Systems gehören die regelmäßigen Kontrollrundgänge der Vergangenheit an“, resümiert Sebastian Müller. „Außerdem stellte die Einführung von Radioline für uns den Einstieg in eine vorbeugende Wartung dar. Nun erkennen wir Unregelmäßigkeiten frühzeitig und können schnell Gegenmaßnahmen einleiten. Auf diese Weise lässt sich das Einfrieren der Rohrleitungen vermeiden, sodass sich die Verfügbarkeit der gesamten Produktionsanlage erhöht.“

Durch die Nutzung des Funksystems Radioline zur drahtlosen Übermittlung der Messwerte an das Prozessleitsystem mussten keine Kabel aufwändig zwischen den Gebäudeteilen verlegt werden. Die Daten stehen zentral in einer Monitoring-Lösung des Prozessleitsystems für die Bedienerwarte und die Werkstatt zur Verfügung und ersetzen die zeitfressenden Kontrollrundgänge. Mit dem Überwachungssystem lassen sich mehrere Rohrbegleitheizungen zeitgleich kontrollieren und sofort Veränderungen feststellen. In Summe trägt die Lösung von Phoenix Contact also nicht nur zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit bei, sondern reduziert ebenfalls den Arbeitsaufwand und die Kosten.

Proprietäre Funktechnologie sorgt für hohe Sicherheit

Phoenix Contact hat die unternehmenseigene Funktechnologie Trusted Wireless für die lizenzfreien europäischen ISM-Frequenzbänder 868 MHz und 2,4 GHz entwickelt. Mit der Version 2.0 lassen sich Daten und Signale ausfallsicher über weite Entfernungen übertragen. Die Wireless-Lösung zeichnet sich zudem durch folgende Eigenschaften aus:

  • hohe Zuverlässigkeit durch eine AES-Verschlüsselung, Frequenzsprungverfahren und ein Koexistenz-Management
  • mehrere Kilometer Reichweite aufgrund von einstellbaren Datenraten von 1,2 kBit/s bis 250 kBit/s
  • Aufbau von Mesh-Netzwerken mit bis zu 250 Stationen (Knoten) und einer Netzoptimierungs-Funktion (Bild 6).

Das Radioline-System kann daher ohne weitere Schutzmechanismen betrieben werden. Das typische Störspektrum im industriellen Umfeld bleibt ohne Wirkung.

 

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