Bad Dürrheimer Mineralbrunnen GmbH & Co. KG Heilbrunnen, Bad Dürrheim/Deutschland : Fachartikel - Neues Steuerungskonzept

Steuerungs-Retrofit für Mineralbrunnen ebnet Weg zur durchgängigen Qualitätssicherung

Die Bad Dürrheimer Mineralbrunnen GmbH & Co. KG Heilbrunnen hat, wie auch viele andere Mineralbrunnen in den 80er Jahren, einen Sirupraum aufgebaut. Das Steuerungskonzept auf einer Texas Instruments TI 555 – war für die geringe Zahl der damals gemischten Produkte völlig ausreichend. Heute ist die Produktvielfalt wesentlich größer, so dass diese Systeme mit ihren Kapazitäten schon lange an Grenzen gestoßen sind. Noch gravierender ist die Hardwaresituation. Fällt diese in die Jahre gekommene Steuerungs-Hardware aus, gibt es heute kaum Ersatz.
Mit einem modernen Steuerungskonzept können beide Probleme des Sirupraums – das Kapazitäts- und das Hardwareproblem – auf einen Schritt gelöst werden. Wie dies auf einfache und wirtschaftliche Weise in kürzester Zeit möglich ist, zeigt das Beispiel der Bad Dürrheimer Mineralbrunnen.

Kundenzufriedenheit baut auf höchste Qualität

In nur 5 Tagen wurde sowohl die veraltete Steuerung durch eine Siemens Simatic S7, abgelöst, als auch die Software mit dem speziell für Batch-Mischprozesse entwickelten Plant Batch iT auf höchstes Niveau gebracht. In dieser kurzen Zeit wurde der vorhandene Schaltschrank völlig entkernt und neu installiert. Schnittstelle für das Automatisierungs- Retrofit war die Klemmleiste im Schaltschrank, an der die Verdrahtung der Feldgeräte zusammengeführt ist. Auf einem vom Betreiber bereitgestellten Server wurde das völlig offene Plant Batch iT installiert.

Dieses Retrofit bringt den Bad Dürrheimer Mineralbrunnen im Produktionsalltag entscheidende Vorteile, wie beispielsweise:

• Ausfallsicherheit für die Hardware,
• moderne flexible Rezepturverwaltung,
• jede Materialeinbringung ist verwechslungsfrei im System hinterlegt,
• Umlagerungen von Containern werden mitverfolgt,
• lückenlose Dokumentation für Chargenrückverfolgbarkeit,
• Restmengenverwaltung mit automatischem Rezepturumbau,
• durchgängige Systemstruktur

Der Einsatz offener und unanhängiger Hardware der neuesten Generation sichert dem Anlagenbetreiber ein Höchstmaß an Anlagenverfügbarkeit: die Ausfallsicherheit als oberste Priorität wird damit sofort hergestellt. Selbst bei gravierenden Defekten ist innerhalb von maximal 12 Stunden Ersatz installiert. Zudem ist das Gesamtsystem auch für Instandhaltungspersonal problemlos zugänglich, weil weder Hard- noch Software verriegelt sind.

Saubere Verzahnung der Software-Module
Die konsequente Strategie der Bad Dürrheimer Mineralbrunnen zur Überwachung aller wesentlichen Qualitätsparameter machte insbesondere eine Erneuerung der Automatisierung und Betriebsdatenerfassung nötig. Der erste Modernisierungsschritt erfolgte im Jahr 2000 durch die in der Abfülltechnik weit verbreitete Systemlösung Plant Acquis iT aus der Systemfamilie Plant iT von ProLeit. Damit werden Prozess-, Produktions-, Betriebs- und Maschinendaten für ein anlagenweites Informationsmanagement zusammengefasst, aufbereitet und dargestellt. Diese sind sowohl zeitbezogen, wie auch chargen-, schicht- oder auftragsbezogen erfasst und recherchierbar.

Für die Modernisierung des Sirupraums wurde jetzt ein weiteres Modul aus der Systemfamilie Plant iT implementiert – Plant Batch iT als leistungsfähiges System für das Rezeptur- und Auftragsmanagement. Die Anlagen-, Prozess- und Rezeptmodellierung erfolgt wahlweise streng nach ISA S88 oder davon abgeleiteten, vereinfachten Modellen. Die Verarbeitung von Stücklisten, die auch von externen Systemen übernommen werden können, erleichtert in Verbindung mit Verfahrensbeschreibungen die Bearbeitung einer hohen Anzahl unterschiedlicher Rezepturen. Die vollständige Aufzeichnung und Protokollierung sämtlicher Auftrags- und Chargendaten schafft Sicherheit bezüglich der Nachweispflichten. Die integrierte Materialwirtschaft stellt neben der Lagerverwaltung eine durchgängige Datenbasis für die Chargenverfolgung zur Verfügung.

Im Sirupraum entscheidet sich die Qualität von Mischgetränken. Plant Batch iT
von ProLeit übernimmt die Erfassung und rezeptgenaue Steuerung aller
Materialströme – von der Rohwarenanahme bis zur Abfüllung.

Der wesentliche Vorteil für eine schnelle Integration in die verschiedenen Produktionsbereiche ist eine zentrale Engineering-Umgebung mit einem gemeinsamen Datenbestand und einer durchgängigen Parametrier-Oberfläche für alle Systemmodule von Plant iT. In dieser Umgebung kann auf sämtliche System- und Projektierungsdaten über eine Baumstruktur ähnlich dem Windows®-Explorer zugegriffen werden. Benutzerverwaltung, Meldungsprofile, Pools grafischer Elemente für die Visualisierung etc. sind darüber ebenso verfügbar wie die komplette Anlagenstruktur bis hin zu einzelnen Aktoren und Sensoren, die unter Verwendung beliebig kaskadierbarer Ortsschlüssel parametriert werden können. Selbst komplette Abläufe innerhalb des Prozesses lassen sich weitestgehend parametrieren, so dass Programmierung überwiegend durch Parametrierung ersetzt wird.

Materialverwaltung mit durchgängiger Transparenz
Chargenrückverfolgung und eine sofortige Reaktion auf Abweichungen von Rezeptvorgaben sind heute die Schlüsselgrößen für Qualität. Kein Produktionsschritt bleibt mit Batch iT unprotokolliert oder wird dem Zufall überlassen. Grundlage für diese umfassende Transparenz bildet die Erfassung aller Materialströme – von der Materialeinbringung bis zur Abfüllung. Damit dies mit höchster Flexibilität auch im Sirupraum möglich wird, sind bei den Bad Dürrheimer Mineralbrunnen über ein W-Lan-Netz Funkterminals mit Handscannern installiert worden. So werden alle Rohstoffe in ihren jeweiligen Containern bereits bei der Anlieferung erfasst. Der Scanner übernimmt alle produkt- und lieferantenbezogenen, in einem Barcode hinterlegten Daten direkt vom Rohstoffcontainer.
Werden beispielsweise neue Rohstoff-Container an einen entsprechenden Stellplatz gebracht, werden sie vom Bediener mittels Funk-Handscanner beim Leitsystem angemeldet. Damit sind die Rohstoffcontainer immer eindeutig einem Dosier- oder auch Lagerplatz zugeordnet. Selbst Umlagerungen von Rohstoffcontainern sind mit diesem System sicher und fehlerfrei möglich, da auch hierbei über den Scan des Barcodes immer eine eindeutige Identifikation des Rohstoffs erfolgt – Fehlchargen durch Verwechslungen sind ausgeschlossen. Somit sind immer alle Daten in der Chargendokumentation in Echtzeit verankert. Automatisch ist damit eine durchgängige Chargenrückverfolgbarkeit aufgebaut.

Definierte Mischungsfolge
Nach dem ursprünglichen Konzept war es nur möglich, die einzelnen Komponenten einer Rezeptur nach festen Vorgaben zu mischen. Dies ist heute nicht mehr akzeptabel, da das moderne Produktdesign immer unterschiedlichere Ausmischungen erfordert. Mit Plant Batch iT werden für jede einzelne Komponente und jede Rezeptur für jedes Produkt flexibel definierbare Parameter abgelegt.
Damit sind beispielsweise

• Definitionen für eine exakte Dosierreihenfolge, aber auch
• Drehzahlrampen für die Pumpen, um die Viskosität des Grundstoffs zu berücksichtigen, oder
• füllstandsabhängige Einbringungs-, Aufmisch- und Entleerdrehzahlen für die Pumpen

und viele andere Produktionsparameter definierbar. So kann auf neue Produktanforderungen oder veränderte Mischungsverhältnisse sicher und schnell reagiert werden.

Die Bad Dürrheimer Mineralbrunnen verfolgen die konsequente
Überwachung aller wesentlichen Qualitätsparameter vom Wasserhaus
über den Sirupraum bis hin zum Abfüller mit den Software-Modulen von ProLeiT.

Restmengenverwaltung mit automatischem Rezepturumbau
Wird ein Mischauftrag angelegt, prüft das System automatisch die Verfügbarkeit aller für diese Rezeptur nötigen, in den einzelnen Containern vorhandenen Rohstoffe. Sollte die benötigte Menge in einem der Container an den Stellplätzen in der Produktion nicht ausreichen, prüft das System automatisch über das Materialwirtschaftsmodul die Verfügbarkeit dieses Rohstoffes im Lager. Ist dieser Rohstoff auf Lager, kann der Anlagenführer entscheiden, ob er einen normalen Ansatz fährt, wobei er während der Produktion einen der Container wechseln muss.

Entscheidet er sich – unter Umständen wegen der Nichtverfügbarkeit einer Rohstoffkomponente – dafür, das gesamte Rezept auf den Restbestand dieses einen Rohstoffes anzustimmen, wird vom Leitsystem dieser Rest als erste Komponente für den neuen Ansatz abgerufen. Damit wird sichergestellt, dass die tatsächlich verfügbare Menge dieses Rohstoffes als Grundlage für die anderen Rezepturbestandteile zu Beginn des neuen Ansatzes exakt erfasst wird. Dies ist nötig, da der theoretisch geführte Bestand von der tatsächlich gelieferten Menge abweichen kann. Danach aktualisiert das System automatisch in einer Rezeptkorrektur alle anderen Rezepturkomponenten proportional zum dosierten Istwert der Restkomponente.

Mehrwert durch ganzheitliche Lösung
Das ProLeiT System hat sich bereits bei vielen Unternehmen der Getränkeherstellung bewährt. Dieses System bietet mit seiner offenen Hardwarestruktur und der Open Source Software alle Optionen für Erweiterungen. Nachdem die Bad Dürrheimer Mineralbrunnen seit über sechs Jahren das ProLeiT Plant Acquis iT System zur qualitätsmäßigen Überwachung der Abfüllanlage nutzen, ist jetzt mit der Einbindung des Sirupraums und der bevorstehenden Anbindung des Wasserhauses eine flächendeckende Überwachung durch Plant iT realisiert. Mit den Daten aus Wasserhaus, Sirupraum und vom Abfüller stehen mit der kompletten Automatisierungs- und Produktionsdatenerfassung alle relevanten Informationen auf einer einheitlichen Plattform für eine optimierte Produktionsführung zur Verfügung.

Auf diese Weise wird eine zentrale Datenhaltung mit Langzeitarchivierung für eine umfassende Qualitätssicherung und Transparenz erreicht. Ein Melde- und Berichtswesen von der Auftragsverwaltung bis zu Schwachstellenanalysen sind automatisch integriert. Damit haben Bediener, Schicht- und Produktionsleiter, Labor, Elektrowerkstatt sowie die Unternehmensleitung an jeder Stelle einen hierarchisch passwortabgesicherten Online-Zugriff auf Informationen aus der laufenden Produktion – und zwar in Echtzeit.