Produktbezogene Rezeptfahrweise vereinfacht den Betrieb

Prozessleitsystem für Mehrprodukte-Anlage

Der BASF-Standort Minden ist eine wichtige Produktionsstätte für rund 30 medizinische und kosmetische Wirkstoffe. Eine große Anzahl von Medikamenten – vom Schmerzmittel über Nasenspray bis hin zu Tabletten gegen Bluthochdruck – hat ihren Ursprung in Minden. Bild: BASF

Anlagen, auf denen unterschiedliche Produkte hergestellt werden, stellen hohe Ansprüche an die eingesetzte Automatisierungs- und die Prozessleittechnik. Ganz besonders gilt dies für so genannte Mehrprodukte-Anlagen in der chemischen Industrie. Je unterschiedlicher die spezifischen Syntheseprozesse sind, die in den Mehrzweck-Kesseln laufen sollen, desto aufwändiger 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. 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, wie die im Folgenden beschriebene Anwendung zeigt.

Der BASF-Standort Minden ist eine wichtige Produktionsstätte für rund 50 medizinische Wirkstoffe. Die hier ansässige BASF Pharmachemikalien GmbH & Co. KG 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.

Dr. Nicolaus Bahr, Betriebsleiter bei der BASF Minden (rechts) und Rüdiger Okrongli, Leiter Elektro-, Mess- und Regeltechnik bei der BASF in Minden (links). Für die Visualisierung wurde die grafische Darstellung der Anlage überarbeitet bzw. neue Grafikbilder erstellt. Bild: BASF

Dr. Nicolaus Bahr, Betriebsleiter bei der BASF Minden (rechts) und Rüdiger Okrongli, Leiter Elektro-, Mess- und Regeltechnik bei der BASF in Minden (links). Für die Visualisierung wurde die grafische Darstellung der Anlage überarbeitet bzw. neue Grafikbilder erstellt.
Bild: BASF

„Außerdem waren die Umrüstarbeiten der Anlage sehr aufwändig“, 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 organische 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-Liter-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. Mit den Automatisierungsspezialisten von M+W Process Automation haben wir für diese anspruchsvolle und hochkomplexe Aufgabenstellung einen kompetenten Partner gefunden“, fährt Dr. Bahr fort. 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 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 der M+W Process Automation Solutions GmbH 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.

Bild 3: Die Produktionsabläufe wurden in einzelne logische Schritte „zerlegt“. Auf diese Weise ließen sich insgesamt knapp 150 Batchphasen als Basis für die Produktrezepturen spezifizieren. Bild:  Process Automation Solutions

Die Produktionsabläufe wurden in einzelne logische Schritte „zerlegt“. Auf diese Weise ließen sich insgesamt knapp 150 Batchphasen als Basis für die Produktrezepturen spezifizieren.
Bild: Process Automation Solutions

Die einzelnen Phasen lassen sich dann zu Rezepten kombinieren, die im Batchsystem hinterlegt sind und gegebenenfalls produktspezifisch mit weiteren Details verknüpft werden können, z.B. mit Rührzeiten, Zulaufmengen etc. Gleichzeitig wurde für die Visualisierung die grafische Darstellung der Anlage überarbeitet bzw. neue Grafikbilder 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 in Minden, 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 wesentlich 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 am M+W-Standort Hannover. Letzte Fehler wurden aufgedeckt und beseitigt, einzelne Abläufe noch weiter optimiert. Nach erfolgreich abgeschlossener Simulation ging das Projekt ab 14.03.2011 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 ca. 17 km Rangierkabel verlegt und an die 3.500 Klemmen angeschlossen. Danach mussten alle PLT-Stellen aufwändig geprüft und quali?ziert werden. „Dank der hervorragenden Teamarbeit aller Beteiligten ging die Anlage am 19.04.2011 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.

Über die Process Automation Solutions GmbH
Der Name Process Automation Solutions GmbH (vormals M+W Process Automation) steht für innovative, individuelle und zukunftssichere Automatisierungslösungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie. Dabei können die Spezialisten für Komplettlösungen aus einem Guss bereits auf über 25 Jahre Erfahrung zurückgreifen. Schwerpunkte der Tätigkeit sind die Projektierung von Steuerungs- und Prozessleitsystemen und deren vertikale Integration in den gesamten Unternehmensprozess. Process Automation Solutions ist ein Tochterunternehmen von ATS Automation und verbindet so die Flexibilität eines Mittelständlers mit der Leistungsfähigkeit eines großen Unternehmens.

Titelbild: BASF

Ellen-Christine Reiff

Ellen-Christine Reiff

Studium der deutschen Philologie, danach tätig bei Theater und Fernsehen, seit 1986 freie Journalistin beim Redaktionsbüro Stutensee mit Schwerpunkt Optoelektronik, elektrische Antriebstechnik, Elektronik und Messtechnik.

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Matthias Maaß

Bereichsleiter bei M+W Process Automation

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