Läuft wie geschmiert

Neues Prozessleitsystem für eine Mehrprodukte-Anlage

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08.06.2012 Anlagen, auf denen unterschiedliche Produkte hergestellt werden, stellen hohe Ansprüche an die eingesetzte Automatisierungs- und Prozessleittechnik. Je unterschiedlicher die spezifischen Syntheseprozesse sind, die in den Mehrzweck-Kesseln laufen sollen, desto aufwendiger werden normalerweise die Umrüstarbeiten. Das gilt keineswegs nur für den mechanischen Umbau. Bei einem Produktwechsel muss beispielsweise nicht nur die Verrohrung geändert werden, sondern auch die Steuerung.

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Entscheider-Facts Für Anwender

  • Neben den bisherigen Funktionen sollte das neue Prozess-
    leitsystem bei BASF Pharmachemikalien zusätzlich eine produktbezogene Rezeptfahrweise und beschleunigte Fehlersuche ermöglichen.
  • Das heute in Minden installierte Prozessleitsystem basiert auf einer PCS7-Lösung und ermöglicht einen schnellen Produktwechsel, weil lediglich die entsprechenden Rezepturen geladen werden müssen.
  • Heute ist das Unternehmen in der Lage, jedem Anlagen-
    zustand durch das Laden von Rezepten gerecht zur werden.
  • Auch bei der Umrüstung auf neue Produkte muss keine neue Prozesskette programmiert werden; die für die einzelnen Apparate hinterlegten Batchphasen lassen sich anpassen und die Rezepte modifizieren.

Dabei gilt es eine große Zahl von Grenzwerten und Parametern wie Zulaufzeiten, Drücke, Temperaturen etc. an das neue Verfahren anzupassen und gleichzeitig die jeweils zutreffenden Sicherheitsauflagen zu berücksichtigen. Ein für solche komplexen Einsatzfälle maßgeschneidertes Prozessleitsystem kann hier wesentlich zur Arbeitserleichterung beitragen.

Grunderneuerung war angesagt

Der BASF-Standort Minden ist eine wichtige Produktionsstätte für rund 50 medizinische Wirkstoffe. Die hier ansässige BASF Pharmachemikalien gilt seit vielen Jahren als zuverlässiger und kompetenter Partner der chemischen Industrie. Eine große Anzahl von Medikamenten – vom Schmerzmittel über Nasenspray bis hin zu Tabletten gegen Bluthochdruck – hat ihren Ursprung in Minden. Um auch für die Zukunft gerüstet zu sein, investieren die Mindener kontinuierlich in modernste Technik. 2010 stand beispielsweise, nach 25 Jahren zuverlässigem Betrieb, das alte Prozessleitsystem in einer der Mehrprodukte-Linien zur Grunderneuerung an. Die Zahl der Störungen einzelner Komponenten nahm zu, und Ersatzteile waren immer schwieriger zu beschaffen. „Außerdem waren die Umrüstarbeiten der Anlage sehr aufwendig“, führt Dr. Nicolaus Bahr, Betriebsleiter bei der BASF Minden, weiter aus. „Die zurzeit etwa 15 unterschiedlichen Produkte, die auf dieser Anlage laufen, werden in ganz verschiedenen organischen Synthesen produziert. Produktwechsel erfordern deshalb nicht nur Reinigung und mechanischen Umbau, sondern auch komplexe verfahrens- und messtechnische Umstellungen, weil praktisch alle Parameter, Grenzwerte, Zeiten und Mischungsverhältnisse etc. differieren.“ Die gekammerte Anlage mit insgesamt zehn 4.000-l-Kesseln erfüllt höchste Sicherheitsanforderungen. Ihr anspruchsvolles Abwasser- und Abgassystem ist für das Handling hochtoxischer und karzinogener Stoffe ausgelegt. Je nach herzustellendem Produkt müssen dann natürlich auch die Schutzmaßnahmen entsprechend angepasst werden.

„Um bei einem Produktwechsel Zeit zu sparen, lag uns deshalb sehr daran, für die Zukunft ein Prozessleitsystem zu installieren, das die bisher für die Umprogrammierung erforderliche Zeit reduziert bzw. überflüssig macht. Neben den bisherigen Funktionen sollte es zusätzlich eine produktbezogene Rezeptfahrweise und beschleunigte Fehlersuche ermöglichen“, so Bahr. Das heute in Minden installierte Prozessleitsystem basiert auf einer PCS7-Lösung und ermöglicht einen schnellen Produktwechsel, weil lediglich die entsprechenden Rezepturen geladen werden müssen. Darauf, dass von den ersten Gesprächen mit dem Anbieter bis zur erfolgreichen Inbetriebnahme nur etwa ein Jahr verging, dürfen die Kooperationspartner heute zu Recht stolz sein.

Komplexe Abläufe logisch zerlegt

Um die Basis für das neue Prozessleitsystem zu schaffen, „zerlegten“ die Automatisierungsexperten zunächst in enger Zusammenarbeit mit den Verantwortlichen der BASF die Produktionsabläufe in einzelne logische Schritte. Auf diese Weise wurden insgesamt knapp 150 Batchphasen als Basis für die Produktrezepturen spezifiziert. In den Batchphasen für die einzelnen Apparate sind beispielsweise in Abhängigkeit vom Produkt die Grenzwerte für Temperatur, Druck oder Verweilzeiten definiert und den unterschiedlichen Produktionsabläufen zugeordnet.

Die einzelnen Phasen lassen sich dann zu Rezepten kombinieren, die im Batchsystem hinterlegt sind und gegebenenfalls produktspezifisch mit weiteren Details verknüpft werden können, zum Beispiel mit Rührzeiten, Zulaufmengen etc. Gleichzeitig wurde für die Visualisierung die grafische Darstellung der Anlage überarbeitet bzw. neue Grafikbilder wurden erstellt. 200 Funktionen und 500 Verriegelungen wurden ebenfalls überarbeitet, damit sie sich in die neue, modulare Struktur des Prozessleitsystems integrieren ließen. „Heute sind wir in der Lage, jedem Anlagenzustand durch das Laden von Rezepten gerecht zur werden“, beschreibt Rüdiger Okrongli, Leiter Elektro- Mess- und Regeltechnik bei der BASF, das Ergebnis. „Aber auch wenn wir die Anlage für neue Produkte umrüsten, tun wir uns heute leichter. Wir müssen keine neue Prozesskette programmieren, sondern können die für die einzelnen Apparate hinterlegten Batchphasen anpassen und die Rezepte modifizieren, was viel schneller, praktikabler und weniger fehleranfällig ist.“ Doch bevor das neue Prozessleitsystem diese Vorteile im praktischen Einsatz ausspielen durfte, musste es zunächst einmal seine Funktionsfähigkeit in einer umfangreichen Simulation beweisen.

Auf Knopfdruck planmäßig in die Produktion

Nach Fertigstellung der Software simulierte das Entwicklungsteam im Rahmen eines FAT (Factory Acceptance Test) seit Oktober 2010 alle festgelegten Funktionen über einen Zeitraum von acht Wochen, zunächst an einem Testsystem des Anbieters. Letzte Fehler wurden aufgedeckt und beseitigt, einzelne Abläufe noch weiter optimiert. Nach erfolgreich abgeschlossener Simulation ging das Projekt ab März 2011 in die kritische Phase, und der eigentliche Umbau der Mehrprodukte-Anlage begann. Jetzt musste sich noch beweisen, wie gut die Umstellung geplant war. Schließlich sollte auch dies trotz der Projektgröße nicht allzu viel Zeit beanspruchen.

Für diese Inbetriebnahme war erst noch einmal Manpower erforderlich: Knapp 1.100 PLT-Stellen wurden innerhalb von acht Tagen in 24-h-Schichten neu verdrahtet. Im Schaltraum wurden rund 17 km Rangierkabel verlegt und an die 3.500 Klemmen angeschlossen. Danach mussten alle PLT-Stellen aufwendig geprüft und qualifziert werden. „Dank der hervorragenden Teamarbeit aller Beteiligten ging die Anlage am 19. April 2011 quasi per Knopfdruck planmäßig und ohne Fehlcharge in Produktion“, freut sich Dr. Bahr. Der erfolgreiche Projektabschluss gibt Anlass zu großem Optimismus für das Gelingen des nicht minder anspruchsvollen Folgeprojektes, der Erneuerung des Prozessleitsystems der zweiten Mehrprodukte-Anlage am Standort. Auch hier werden die Mindener wieder mit den Automatisierungsspezialisten aus Hannover zusammenarbeiten.

Achema 2012 Halle 4.0 – G4

Heftausgabe: Juni 2012
Matthias Maaß, Bereichsleiter M+W Process Automation

Über den Autor

Matthias Maaß, Bereichsleiter M+W Process Automation
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