Betriebsdatenerfassung und Energiemanagement aus einer Hand

Bei der Großmolkerei Alois Müller GmbH & Co.KG in Aretsried erfüllt das neue Prozessleitsystem Plant iT der ProLeiT AG gleich mehrere Aufgaben: Zum einen ermöglicht die moderne Steuerung im Bereich der Kälteanlagen ein effizientes Energie-Management, zum anderen erhält das Molkerei-Management durch die Betriebsdatenerfassung automatisch alle wichtigen Daten.

Ein kleiner Ort für große Produkte: Im beschaulichen Aretsried im Landkreis Allgäu produziert die Molkerei Alois Müller GmbH & Co.KG neben Joghurt unter anderem Müllermilch, Müller Milchreis und Müller Buttermilch. Innerhalb der vergangenen zwei Jahrzehnte entwickelte sich das Unternehmen zu einer hochmodernen Großmolkerei. 370 Mitarbeiter verarbeiten heute in Aretsried ca. 200 Millionen Liter Milch pro Jahr für Milchfrischprodukte.  
 
 
Erweiterung der Kälteanlage
Auf Dauer angelegte Produktionssteigerungen und daraus resultierend ein erhöhter Kältebedarf veranlassten die Großmolkerei Müller zur Erweiterung ihrer Kälteanlage. Im Rahmen der Modernisierung und Erweiterung dieser Kälteanlage sollte das schon im Produktionsbereich bewährte Prozeßleitsystem Plant iT der ProLeiT AG als Basis dienen. Bislang verfügte die bestehende Anlage zur Kälteerzeugung über vier Verdichter. Der Automatisierungsgrad war gering und die Betriebsdatenerfassung war nur manuell möglich.

Ohne Betriebsdatenerfassung ist ein Steuern der Produktion sowie ein Kostenvergleich nur schwer möglich. Daten wie Stromverbrauch, Temperaturschwankungen, Laufzeiten der Pumpen, der Ventile und des Verdichters sind notwendig, um einen optimalen Produktionsablauf und die entsprechende Produktqualität dauerhaft zu gewährleisten. Dazu gehören auch die Fragen im Lastmanagement mit Strombezug. 
 
  
Übersicht der NH3-Kreisläufe  
 
Die Verantwortlichen der Molkerei Müller entschieden sich deshalb für ein durchgängiges Prozessleit- und Steuerungssystem. Diese Entscheidung basierte auch auf den Erfahrungen des Einsatzes des Prozessleitsystems Plant iT im Werk Leppersdorf, wo bereits Energiedaten aufgezeichnet und für die Analyse der Prozesse herangezogen werden. Weiterhin ist durch die Ablösung des bestehenden Systems im Produktionsbereich die Durchgängigkeit von Softwarestrukturen bei der Parametrierung und Programmierung im gesamten Werk Aretsried geschaffen. In der langjährigen Zusammenarbeit hatte sich die Molkerei Müller außerdem von der Leistungsfähigkeit der modular aufgebauten System-Software und den Engineeringleistungen von ProLeiT überzeugen können. Die bestehenden Steuerungen wurden zum Teil ersetzt oder an die neuen Strukturen angepasst. Zum Einsatz kam das Prozessleitsystem ProLeiT Plant iT Version 5 unter dem bewährten Betriebssystem Windows NT und dem Datenbankmanagementsystem SQL-Server für die Steuerung Simatic S7-416. Bei der durchgängigen Integration des Prozessleitsystem im Produktionsbereich sowie in der Kälteanlage können Störungen derselben frühzeitig vom Bedienerpersonal der Produktion festgestellt und Produktionsunterbrechungen effektiver verhindert werden.

Der Anschluß der Peripherie, der Antriebe, der Ventile, der Meßtechnik und der Reglerausgänge erfolgt über Profibus DP mit dezentralen ET200-Baugruppen und über zentrale Ein- und Ausgabebaugruppen in der SPS. Die Kopplung zur Prozessleitebene erfolgt über H1- Bus und die schon vorhandene Verkabelung. Alle Regelfunktionen und Regler sind als Softwareregler ausgeführt. Das Mengengerüst der Kälteanlage umfasst 90 Antriebe und Ventile mit Rückmeldung, 65 analoge Messwerte und 12 komplexe Schrittketten.  
 
An das Projekt wurden von Beginn an große Anforderungen gestellt: Die Automatisierungsprozesse sollten autark mit möglichst wenig Bedienereingriffen erfolgen, um eine effiziente Produktion zu gewährleisten. Hohe Erwartungen bestanden auch an die Leistungsfähigkeit der Regelfunktionen sowie der Betriebsdatenerfassung. Eine automatische Datenlieferung sowie einfache Bedienfunktionen vom PC aus standen hier im Vordergrund. Die Aufgabenstellung war zudem sehr komplex, weil zwei Kältesysteme - für Prozesskälte (-9°C) und Eiswasser (-3°C) - verknüpft werden sollten, mit dem Ziel, einen effektiven, energetisch optimierten Betrieb beider Anlageteile mit maximal erreichbarer Versorgungssicherheit herzustellen.

Heute stellt dies alles keine Herausforderung mehr für die Molkerei Müller dar. Die Produktionsanlage wurde auf sechs Verdichter erweitert und läuft dank Schwachlastfunktionen sehr effizient. Störumschaltungen und intelligente Leistungssteuerungen sind realisiert. Ein Eisspeicher dämpft zusätzlich die Lastspitzen der Verbraucher und wird entsprechend der Lastsituation geladen. Regelstrukturen mit drei Schrittreglern und elf analogen Regelkreisen wirken komplex zusammen. Sie ermöglichen dem Benutzer durch freie Parametrierung direkt am PC ein einfaches Optimieren der Anlage. So können Größen wie beispielsweise Temperatur und Druck bei Regelabweichungen auf Grund von Störungen automatisch konstant gehalten werden. Alle relevanten Parameter der Anlage wie Zeiten, Reglersollwerte und Grenzwerte sind von den Bedienerstationen aus mit entsprechenden Benutzerrechten parametrierbar.

Auch die vollständige Bedienung der Verdichter, Pumpen, Frequenzumformer und Motorventile erfolgt ausschließlich am PC, wahlweise im Hand- beziehungsweise im Automatikbetrieb. Dabei ermöglicht die Prozessleit-Ebene eine teilweise Handbedienung, beispielsweise für Wartungsarbeiten, ohne funktionale Einschränkungen der im Automatikbetrieb befindlichen Anlagenteile.
Der Wunsch nach einer völlig autarken Arbeitsweise der Anlage im Automatikbetrieb wurde vollständig Rechnung getragen. Für die Molkerei Müller bedeutet dies eine Effizienz- und Produktivitätssteigerung durch eine optimierte Produktion, geringere Wartungskosten, mehr Sicherheit und weniger Unterhaltskosten.  
 
  
Kühlprozesse des Kompressors
 
Das installierte System für die Betriebsdatenerfassung liefert der Molkerei Müller alle wichtigen Daten des Produktionsprozesses automatisch: Stromverbrauch, Kälteerzeugung, Betriebsstunden, Wasser- und Ölverbrauch sowie Schaltspiele können einfach bilanziert und zur Anlagenoptimierung herangezogen werden. Sämtliche Messwerte, Stör- und Betriebsmeldungen werden aufgezeichnet, archiviert und können mittels einfacher Tools grafisch und tabellarisch ausgewertet werden. Das bringt mehr Transparenz in die Produktion und einen effektiveren Einsatz der Ressourcen. Bei Abweichungen kann deshalb zeitnah reagiert werden. Neben den aktuellen Produktionsdaten erleichtert der Zugriff auf archivierte Produktionsdaten heute die Fehlerkontrolle und verbessert damit die Qualitätssicherung bei der Molkerei Müller.

Parametrierte Wartungsmeldungen zu den Antrieben und Ventilen kündigen rechtzeitig bevorstehende Instandhaltungsarbeiten an. Dadurch kann das Instandhaltungspersonal die Prozessumstellung frühzeitig einplanen. Gleichzeitig ermöglicht dieses Tool einen schnellen Überblick über Betriebsstunden und ausstehende beziehungsweise durchgeführte Wartungs- und Reparaturarbeiten.

Eine Kopplung zum Energie-Management ermöglicht heute automatische Lastabschaltungen bei Leistungsspitzen im Stromverbrauch. Dabei wird der unbedingt notwendige Kältebedarf automatisch berücksichtigt. Ein Eingabefenster für zeitabhängige Funktionen ermöglicht Abtauzeiten für die Kühlsysteme oder Eisspeicherladekapazitäten durch Vorgabe variabler Eisstärken.