Haka Kunz GmbH, Waldenbuch/Deutschland - Fachartikel: Durchgängige Automatisierungslösung

Maßgeschneiderte Lösung mit Standard-Komponenten

Der Reinigungs- und Pflegemittelhersteller HAKA Kunz GmbH in Waldenbuch hat seine Altanlage, die vollständig manuell gefahren wurde, durch eine moderne, durchgängig automatisierte Produktion ersetzt. Der Neubau zweier Mischerlinien und des Rohstofflagers konnte im Oktober 2005 mit der Inbetriebnahme abgeschlossen werden. Die Anlagenautomatisierung wurde von der Fa. ProLeiT aus Herzogenaurach mit dem hauseigenem Prozessleitsystem Plant iT und dem ISA S88 konformen Rezeptursteuermodul Batch iT vorgenommen. Besonderen Wert wurde beim Automatisierungskonzept darauf gelegt, dass ausschließlich Standard-Software eingesetzt wird. Damit ist für HAKA Kunz die Sicherheit einer langlebigen, upgradefähige Plattform gegeben sowie die Möglichkeit, Änderungen und Erweiterungen selbst durchführen zu können.  
 
 

Firmengebäude der HAKA Kunz GmbH in Waldenbuch

Die HAKA Kunz GmbH stand im Jahr 2004 vor der strategischen Entscheidung, wie – und ob – die Herstellung der bestehenden Produktpalette von Neutralseife, Flüssigwaschmitteln, Haushaltsreinigungs- und -pflegemitteln weiterhin im eigenen Hause geschehen sollte. Die Alternative wäre Lohnfertigung gewesen. Nach Abwägung der Vor- und Nachteile entschied man sich für die Investition in eine – auch mechanisch - völlig neue und durchgängig automatisierte Produktionsanlage am bestehenden Standort. Oberstes Ziel war, die Produktivität und Flexibilität der Fertigung wesentlich zu erhöhen und dabei die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich Qualitätssicherung, Chargendokumentation und Produktrückverfolgung nach heutigen Standards abzudecken. Die alte Produktionsanlage war nur in Teilbereichen automatisiert und nicht in der Lage, diese Anforderungen ohne entsprechenden Personal- und Papieraufwand zu erfüllen. 

Intelligente Auftragssteuerung

Die gesamte neue Produktionsanlage, von der Rohstoffannahme bis zur Abfüllung, wird seit Oktober 2005 automatisch gefahren und überwacht. Durch die Automatisierung der Anlage wurde eine durchgängige Auftragssteuerung und damit die Überwachung und Archivierung des Herstellungsprozesses möglich – von der Rohstoff-Anlieferung bis zur Abfüllung der Produkte. Voraussetzung hierfür war, dass der gesamte im SAP R/3 - System der Haka Kunz GmbH vorhandene Materialdatenstamm in die integrierte Materialwirtschaft des Prozessleitsystems übernommen wurde. Eine spätere direkte Kopplung an SAP mit einer automatischen Auftragseinlastung ist somit bereits konzipiert.

Darüber hinaus gibt die Automatisierung bei aller Flexibilität, die sie bietet, auch ein hohes Maß an Sicherheit, da das System manuelle Tätigkeiten, beispielsweise in der Rohstoffannahme und bei der Wegeschaltung der Produktionslinien, überwacht und im Fehlerfalle keine Freigabe erteilt. 

Das neue Prozessleitsystem

Mit der Entscheidung für den Einsatz eines Prozessleitsystems hat Haka Kunz völliges Neuland betreten. Eine wesentliche Forderung war, die Bedienung in der Warte und vor Ort einheitlich und funktional zu gestalten um selbst unerfahrenem Personal eine schnelle Einarbeitung zu ermöglichen.
Das System besteht aus einer Simatic S7 400 mit Ethernet TCP/IP, die dezentrale Peripherie ist über Profibus DP angebunden. Die Anlagenbedienung erfolgt mittels zweier Bedienstationen in unmittelbarer Nähe der Mischer und einer Multimonitor-Workstation im Meisterbüro außerhalb des Produktionsbereiches. Server sowie ein Cold-Standby-Server, der gleichzeitig als Engineering-Station dient, sind im EDV-Bereich des Hauses installiert.

Die Automatisierungssoftware basiert auf dem Plant Batch iT System von ProLeiT, dessen Standardfunktionalität die Anforderungen der Haka Kunz GmbH vollständig abdeckte. Es war sogar eine Forderung des Kunden, nur Standards zu nutzen und projektspezifische Anpassungen des Batch-Systems zu vermeiden. Damit wurde sichergestellt, dass bei Software-Updates keine weiteren Anpassungen der Anwendersoftware erforderlich sind.
Ein wesentliche Funktionalität von Plant Batch iT ist die standardmäßig im System verfügbare Materialwirtschaft zur Verwaltung der Rohstoffe, Fertigprodukte und deren Lagerorte. Dies ist Voraussetzung für eine lückenlose Protokollierung (Chargenprotokoll) aller Einsatzstoffe, aber auch der Möglichkeit, abhängig von den eingesetzten Rohstoffen, Korrekturchargen zu starten. Die spätere Integration aller Prozessstufen vor und hinter der Produktion ist konzeptionell bereits berücksichtigt, Basis für eine lückenlose Produktverfolgung – von der Rohstoffannahme bis zur ausgelieferten Palette. 
 

Die Produktionssteuerung

Das System verwaltet Rohstoffe, Lagerorte und Produkte ebenso wie die von den Rohstofftanks abgezogenen Mengen, die Rezepturen für die Produktion und die an die Vorlagetanks und Abfülllinien weitergeleiteten Produkte und Mengen. Dabei kennt das System vier Arten von Aufträgen: Rohstoffannahme, Produktion, Abfüllung und Reinigung.

Die Rohstoffannahme geschieht über ein Paneel an der Verladebrücke, nachdem der Auftrag am PC im Meisterbüro angelegt und freigegeben wurde. Über das Paneel bekommt der Mitarbeiter vor Ort den Tank mitgeteilt, in den der aktuelle Tankzug zu entleeren ist. Mengen und Qualitäten der angelieferten Rohstoffe werden vom System erfasst und in der integrierten Materialwirtschaft des Plant Batch iT gespeichert. Diese Informationen werden bei der Herstellung der verschiedenen Produkte benötigt und fließen als Materialbezüge in die Batch-Historie ein. Um die Rohstoffe auch bei niedrigen Temperaturen fließfähig zu halten, sind die Tanks beheizt. Die Regelung von fünf Wärmeübertragern ist in das System integriert.

Für den eigentlichen Produktionsprozess kann jeder Rohstofftank jeden Mischer über einen Rohrverteiler bedienen. Die Dosierungen aus den Rohstofftanks und der überwiegende Teil der bisherigen Handzugaben wurde automatisiert, nur die geringen Mengen an Parfümölen, Konservierungs- und Wirkstoffen werden noch von Hand verwogen und zudosiert. Für die Zukunft ist geplant, eine Vorverwiegung zu installieren, die in das System eingebunden wird, um auch die manuell verwogenen Istmengen verbuchen zu können.
Das fertige Produkt wird erst nach Beprobung und Freigabe durch das Labor aus dem Mischer in einen freien Vorlagetank umgepumpt. Mittels Korrekturchargen können ausgewählte Komponenten nachdosiert und somit die optimale Produktqualität erreicht werden.

Intelligente Verknüpfung von Anlagenübersicht, Prozessüberwachung und -bedienung

Alle für die Herstellung relevanten Informationen wie Dosierreihenfolgen und Prozesssollwerte (z.B. Zeiten, Drehzahlen, Dosierparameter) sind in produktspezifischen Verfahrenbeschreibungen (Rezepturen) im Batch-System hinterlegt.
Zwischen den Mischern und den Vorlagetanks ist ein flexibles Rohrsystem installiert. So kann jeder Mischer jeden Vorlagetank und somit jede Abfülllinie bedienen. Nur bei korrekter Wegeschaltung wird der Transfer vom Mischer zum entsprechenden Tank freigegeben.

Die Abfüllung kann über den flexiblen Rohrverteiler direkt aus den Vorlagetanks erfolgen. Die Kombination Vorlagetank – Abfülllinie wird durch den Abfüllauftrag im Batch iT System festgelegt, freigegeben und überwacht. Die Nachspeisung der Puffertanks der Abfülllinien erfolgt automatisch über Koppelsignale mit dem neuen System. Damit sind die Abfüllanlagen in die Materialwirtschaft als Produktionsziel eingebunden, eine einfache Lösung um eine Produktverfolgung von der Herstellung über die Abfüllung und Verpackung sicherzustellen. In einer nächsten Projektphase sollen auch die kompletten Betriebsdaten der Abfülllinien im Prozessleitsystem –über die BDE-Komponenten Plant Acquis iT- erfasst und zur Produktionsoptimierung genutzt werden.

Die Reinigung der Behälter und Rohrleitungen wurde ebenfalls automatisiert. Mischer, Vorlagetanks und die Rohrleitungen zu den Abfülllinien werden rezepturgesteuert mittels CIP-Auftrag vom Batch-System gereinigt. Für das Molchen von den Mischern zu den Vorlagetanks und von den Vorlagetanks zu den Puffertanks der Abfüllung ist jeweils eine Molchstation installiert. Das Auflegen und Entnehmen des Molches ist noch eine der wenigen manuellen Tätigkeiten in der Anlage.
Sämtliche prozessrelevanten Parameter werden im Chargenprotokoll dokumentiert und stehen so für eine komfortable Verfolgung der Chargen mit Materialbezügen zur Verfügung. Zudem werden Füllmengen, Temperaturen, Drücke, Pumpendrehzahlen mittels Messdatenaufzeichnung kontinuierlich erfasst. Diese können bei Bedarf zusätzlich im Chargenarchiv abgerufen werden. 

Die Projektabwicklung

Ziel des Projektes war die vollständige und durchgängige Automatisierung der Produktion unter der Maßgabe der ausschließlichen Nutzung von standardmäßig verfügbarer Systemsoftware. Betriebsleiter Klaus Frasch sieht es heute so: „Mit dieser Grundsatzentscheidung haben wir eine zukunftssichere, updatefähige Plattform eingekauft, welche es uns ermöglicht Pflege, Änderungen und Erweiterungen des Systems mit betriebseigenem Personal durchzuführen. Die einfache Handhabung des systemeigenen Engineeringtools ermöglicht uns nicht nur die Adaption von neuen Herstellungsverfahren sondern auch Erweiterungen innerhalb der bestehenden Produktionslinien“.

Mit dem ProLeiT-Plant iT System kam ein technisch ausgereiftes, weltweit in mehr als 500 Anlagen arbeitendes Prozessleitsystem zum Einsatz. Die projektspezifischen Anforderungen konnten von dem systemeigenen Batch Modul in vollem Umfang abgedeckt werden. Haka Kunz erhielt damit eine maßgeschneiderte Lösung, ausschließlich basierend auf Standard-Komponenten.