In der chemischen Industrie verläuft die Produktion im Allgemeinen kontinuierlich - ohne schnellen Wechsel zwischen ­Produkten. Ein mittelständisches Unternehmen stellt sich der Herausforderung, auf Kundenwunsch auch kurzfristig ­chemische Stoffe und Materialien herzustellen. Ein modernes Scada-System unterstützt die Flexibilität des Produzenten.
Sei es bei der Herstellung von Kunststoffen, bei der Behandlung von Materialen oder auch bei der Aufbereitung von Flüssigkeiten - überall werden chemische Stoffe eingesetzt und zugefügt. Große Hersteller chemischer Produkte verfügen über Anlagen, die auf die Massenproduktion eines Stoffes ausgerichtet sind, aber flexibles, schnelles Wechseln des Fertigungsvorgangs nicht erlauben. Für diese Massenproduktion werden aber auch Zusatzstoffe und Grundstoffe in geringen Mengen benötigt, deren Produktion im eigenen Haus sich für die Betreiber großer Chemiefabriken meist nicht auszahlt. Jedoch sind die Anforderungen an diese Vorprodukte genauso hoch wie an die Endprodukte, das heißt: einwandfreie Qualität und Rückverfolgbarkeit müssen jederzeit gewährleistet sein.
Eine weitere Herausforderung stellt sich durch die Umgebungsbedingungen. Die Produktion chemischer Stoffe ist nicht immer ungefährlich: Entflammbare Gase und Dämpfe setzen zwingend Geräte voraus, die für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zertifiziert sind. Diesen Herausforderungen nimmt sich Ursa Chemie aus Montabaur an. Ursa versteht sich als Dienstleister, angefangen von der Entwicklung eines chemischen Produktes über die Beschaffung der Ausgangsmaterialien, der Bereitstellung der Produktionskapazitäten bis hin zur Zwischenlagerung und Auslieferung der fertigen Stoffe. Sechs Chemiker mit tiefgreifenden Branchenkenntnissen unterstützen bei Anfragen zur Entwicklung neuer Chemikalien. Weitere Mitarbeiter beraten bei der Festlegung von Anforderungen an Rohstoffe oder klären rechtliche Rahmenbedingungen für Lagerung, Transport, Rückverfolgbarkeit, usw.
Ursa kann in 13 Kesseln chemische Zwischenprodukte herstellen. Vier weitere Kessel werden ausschließlich zur Fertigung für die Kosmetikindustrie genutzt. So kann das Unternehmen vom einfachen Mischprodukt bis zum komplexen Reagenzprodukt alle Chemikalien herstellen und verarbeiten. Im Jahr 2004 begann die schrittweise Umstellung der Kessel von manueller Bedienung hin zur automatisierten Fertigung. Um dieses Projekt umzusetzen, griff Ursa auf die Unterstützung der Focus Industrieautomation zurück, ein mittelständischer Systemintegrator und Teilnehmer am Solution-Partner-Programm von Siemens. Des Weiteren hat Focus als Experte für die Erstellung von Visualisierungs- und Scada-Lösungen den Status eines WinCC-Spezialisten erworben.

Gute Branchenkenntnis half
Durch gute Branchenkenntnis konnte sich Focus schnell die Arbeitsweise und Anforderungen bei Ursa aneignen und erarbeitete ein Konzept, um die bei chemischen Prozessen notwendigen Automatisierungsschritte zu zerlegen, beispielsweise Rühren und Heizen, und als sogenannte Basics zu definieren. Seitdem besteht bei Ursa jeder Herstellungsprozess einer Chemikalie aus einer Kombination dieser Basics.
Ein Basic verfügt über Parameter, die dem herzustellenden Produkt angepasst werden müssen. Beispielsweise muss beim Heizen eingestellt werden, wie schnell eine bestimmte Temperatur erreicht werden soll und wie hoch die zulässige Höchsttemperatur ist. Diese Parameter werden in einer SQL-Datenbank gespeichert. Diese Basics sind der Grundstein für die Flexibilität von Ursa. Bei neuen Prozessen müssen sie lediglich richtig kombiniert und mit den jeweiligen Parametern versehen werden und der Produktionsprozess kann starten.
Die hochverfügbare, redundant aufgebaute SPS Simatic S7-417H liest die Werte aus der Datenbank aus und steuert den Produktionsprozess. Die Datenerfassung und -weitergabe, beispielsweise die Regelung von Ventilen und das Erfassen von Temperaturwerten, erfolgt an den Kesseln über dezentrale Peripheriebaugruppen Simatic ET 200S.

Alles im Blick
Zur Implementierung neuer Funktionen und um den Bedienkomfort weiter zu steigern, erfolgte in den vergangenen eineinhalb Jahren im laufenden Betrieb die Implementierung einer Visualisierungslösung mit Simatic WinCC. Die Scada-Software greift auf dieselbe SQL-Datenbank zu, in der das Produktionsplanungssystem von Ursa die Reihenfolge der Basics und die dazugehörigen Parameter festlegt. Die Anbindung an die Produktionsdatenbank war durch die offenen Schnittstellen einfach. Dabei reichen die Darstellungsmöglichkeiten in WinCC von einer Übersicht aller Kessel mit den wichtigsten Informationen auf einen Blick bis zu einer detaillierten Darstellung einzelner Kessel mit Daten zur Ventilstellungen, Temperaturen, Füllmenge und weiteren Betriebsdaten. WinCC ist als Mehrplatzsystem eingerichtet. Bediener können von 13 über die Anlage und die Schichtführerbüros verteilte Clients gleichzeitig auf das System zugreifen. Die in der Anlage eingesetzten Clients sind dabei als explosionsgeschützte Thin Clients ausgeführt. Per Handeingabe können - nach Authentifizierung über Log-in und Passwort - Parameter angepasst und Basics hinzugefügt oder entfernt werden. Zur weiteren Erhöhung der Übersichtlichkeit nutzt Focus eine selbst angepasste Version der Funktion „Basic Process Control". Diese bietet die Möglichkeit, auf einfache Weise eine Bildnavigation innerhalb des WinCC-Projektes zu erstellen, diese mit einer Anzeige von Sammelmeldungen zu versehen und einfach und schnell in jedes Bild zu integrieren. Für den Bediener bedeutet das: Er bekommt auf einen Blick eine Übersicht über seine Anlagenbereiche und dort aufgetretene Fehlermeldungen und Alarmzustände und kann schnell direkt zu dem betreffenden Detailbild navigieren, um dort die Meldungen einzusehen, Prozesszustände zu prüfen und Maßnahmen zu ergreifen. Bei kritischen Produkten wie beispielsweise Bremsflüssigkeiten für die Automobilindustrie, muss die Nachverfolgbarkeit der Produktion gewährleistet sein. Hierzu wurde das Scada-System um das Add-On PM-Quality erweitert. Dieses ermöglicht die lückenlose Dokumentation chargenbezogener Werte und Meldungen. So kann dem Kunden zu jedem Produkt eine Auswertung erstellt und mitgegeben werden.

Mehr Effektivität und Effizienz
Das Beispiel von Ursa und Focus zeigt, wie eine gut durchdachte Automatisierung durch ein Scada-System bei der Produktion sinnvoll unterstützt wird. Für die Umsetzung war Focus als Siemens Solution Partner für Automatisierungslösungen und als Spezialist für die Scada-Software WinCC mit langjähriger Branchenerfahrung die richtige Wahl. Durch die Automatisierung und Visualisierung wurden zusätzlich viele Bereiche verbessert, von einer geringeren Fehlerquote und dem damit verbundenen Rückgang von Ausschuss bis zur genaueren Rückverfolgbarkeit über die gesamte Prozesskette.