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Klein-SPS für Luftbefeuchtungsanlage

Bild 1. Veredeltes Papier im Berliner Werk von Novelis Deutschland

Bild 2. Ein Befeuchtungsmodul erhöht die Luftfeuchtigkeit in der Produktionshalle der Novelis Deutschland GmbH

Bild 3. Anlage mit angeschlossener Umkehr-Osmoseanlage

Bild 4. Schaltschrank mit der Kleinsteuerung ILC 150 ETH und angeschlossenen IO-Modulen

Das Berliner Werk der in Göttingen ansässigen Novelis Deutschland GmbH stellt Spezialpapiere für die Verpackungsindustrie her. Ihre besondere Kompetenz liegt dabei in der Veredelung von Papier durch Metallisierung oder Kaschierung mit Aluminiumfolie. Eine von Inline Controllern ILC 150 ETH gesteuerte Luftbefeuchtungsanlage sorgt hier für eine gleich bleibend hohe Produktqualität.

Die in Atlanta im US-Bundesstaat Georgia beheimatete Novelis Inc. ist weltweiter Marktführer in der Produktion von Aluminiumwalzprodukten und deren Recycling. Das Unternehmen entstand 2005 durch eine Abspaltung von der Alcan Inc. und die anschließende Übernahme durch die Hindalco Industries Ltd. im Jahr 2007. Heute beschäftigt Novelis mehr als 13 000 Mitarbeiter in elf Ländern, wobei die Novelis Deutschland GmbH aus den Werken Göttingen, Nachterstedt, Ohle, Lüdenscheid und Berlin besteht. Im Berliner Werk wird Papier mit Aluminiumfolie kaschiert. Das Endprodukt findet sich beispielsweise als Innenverpackung in Zigarettenschachteln (Bild 1).

Konstante klimatische Bedingungen
Um eine beständig hohe Qualität des Druck- und Beschichtungsprozesses sicherzustellen, müssen die klimatischen Verhältnisse in der Produktionsumgebung konstant sein. Denn die vorhandene Raumluftfeuchtigkeit hat einen Einfluss auf die Papierfeuchtigkeit. Diese wirkt sich wiederum auf die Schnittkanten der Papierrollen aus. Bei unterschiedlichen Feuchtigkeiten ändert sich somit auch die Schnittkantenqualität.
Die Tore der großen Produktionshalle des Berliner Novelis-Werks stehen selbst im Winter teilweise offen, weil Material hinein- und hinausgefahren werden muss. Gerade in der kalten Jahreszeit beträgt die relative Luftfeuchtigkeit dann weniger als 20 %. Deshalb haben die Verantwortlichen bei Novelis die Beil Luftbefeuchtung mit der Installation einer Luftbefeuchtungsanlage beauftragt, die zu einem stabilen Produktionsprozess und einer hohen Qualität der gefertigten Ware beitragen soll.

Richtige Dosierung der Luftfeuchtigkeit
Beil Luftbefeuchtung mit Sitz in Bochum gehört zu den führenden Anbietern hochwertiger Hochdruck-Luftbefeuchtungssysteme und Wasseraufbereitungsanlagen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Umlaufsprühbefeuchtern, den so genannten Luftwäschern, erfolgt die Befeuchtung bei Hochdrucksystemen direkt in der Produktionshalle. Die Umkehrosmose bildet dabei einen wichtigen Bestandteil des Befeuchtungssystems, sie bereitet das Leitungswasser auf und -verringert dadurch den Leitwert. Dieses Reinstwasser wird dann unter Druck durch ein Rohrsystem geleitet und durch Düsen direkt in der Produktionshalle zerstäubt. Der austretende Feuchtenebel wird mit Hilfe von Ventilatoren im Raum verteilt und erhöht auf diese Weise die relative Luftfeuchtigkeit (Bild 2). Um diese konstant zu halten, muss ihr Wert an mehreren Punkten in der Halle überwacht werden. Doch weder die Datenerfassung noch die unter der Decke angebrachten Hochdruckbefeuchter können für ein optimales Raumklima sorgen, wenn die Luftfeuchtigkeit nicht durch eine entsprechende Regelung richtig dosiert wird. Zu diesem Zweck verwendet Beil Luftbefeuchtung Steuerungstechnik von Phoenix Contact.

Bild 5. Norbert Pabst (Novelis) und Thomas Riesner (Beil Luftbefeuchtung) zeigen sich mit der Umsetzung des Projekts zufrieden

Steuerung und Überwachung per Webserver
Das Inline-System stellt für jede Automatisierungsaufgabe die passenden IO-Module zur Verfügung. Das Portfolio umfasst beispielsweise analoge und digitale Ein- und Ausgangsmodule, Motorschalter sowie Relais- und Kommunikationsmodule. Da Beil Luftbefeuchtung die Kleinsteuerungen ILC 150 ETH der 100er Leistungsklasse mit integriertem Webserver nutzt, können die Novelis-Mitarbeiter die Luftbefeuchtungsanlage direkt aus dem Betriebstechnik-Büro steuern und überwachen. Aus der Ferne lassen sich außerdem Parameter ändern, Messwerte anzeigen oder im Fehlerfall eine Diagnose durchführen. Der ILC 150 ETH steuert die Umkehrosmoseanlage und kontrolliert den Wasserstand im dortigen Vorratsbehälter (Bild 3). Im Schaltkasten befindet sich neben der Kleinsteuerung sowie digitalen und analogen Eingangsmodulen die 230-V-Ebene mit digitalen Ausgängen zur Steuerung von Pumpen und Magnetventilen. Messwertumformer wandeln das Signal der Leitwertmesszelle in ein Spannungssignal um (Bild 4).
Die Feuchtigkeitssensoren werden über analoge Eingänge erfasst. Auf Basis dieser Daten berechnet der ILC 150 ETH die Regelabweichung zwischen den eingestellten Soll- und Istwerten. Aus dem Ergebnis ergibt sich die zusätzlich notwendige Feuchtigkeit und folglich die Einschaltdauer der Hochdruckbefeuchtung. Die Befeuchtung arbeitet mit sich periodisch ändernden Warte- und Befeuchtungszeiten. So kann die Luftfeuchtigkeit in der Produktionshalle auf einem gleich bleibenden Niveau gehalten werden.

Absehbare Qualitätsverbesserung
Die Luftbefeuchtungsanlage ist bereits seit Januar 2010 in Betrieb. Seit diesem Zeitpunkt werden Messdaten mit Hilfe des integrierten Datenloggers aufgenommen, per FTP gespeichert und dann analysiert. Norbert Pabst, Plant Engineer im Berliner Novelis-Werk, zieht ein positives Fazit: „Aufgrund der konstanten Luftfeuchtigkeit sind Verbesserungen an unserer Planlage des Endprodukts und ein geringerer Verschnitt zu verzeichnen. Eine genauere Analyse ist allerdings erst über eine längere Zeit möglich. Fest steht jedoch, dass das Raumklima Einfluss auf Mensch und Material nimmt und sich die Luftbefeuchtungsanlage positiv auf die Qualität des Endprodukts auswirkt. Insbesondere im Winter haben wir in der Vergangenheit Feuchtigkeitswerte von unter 20 % gemessen. Das ist weder für das Material noch für die Mitarbeiter gut.“ (Bild 5)

Einfach erlernbare Engineering-Software
Für Beil Luftbefeuchtung war das Projekt ebenfalls ein Erfolg, weil mit Hilfe der Kleinsteuerung ILC 150 ETH alle Anforderungen der Novelis Deutschland GmbH erfüllt worden sind. Dazu gehört die Fernbedienung und –wartung der Befeuchtungsanlage, die vergleichbare SPS nicht bieten konnten. „Mit der Kleinsteuerung von Phoenix Contact steht uns eine leistungsfähige Plattform mit vielen Erweiterungsmöglichkeiten zur Verfügung“, stellt Thomas Riesner, technischer Leiter bei Beil Luftbefeuchtung, fest. „Da viele IT-Standards in das Gerät integriert sind, lässt es sich einfach in das vorhandene Kommunikationskonzept einbinden. Außerdem war das Engineering-Tool PC Worx einfach zu erlernen, sodass die Applikation komplett in unserem Hause umgesetzt worden ist. Das schützt unser Know-how, was für uns sehr wichtig ist. Keine Frage, dass wir den ILC 150 ETH auch in weiteren Projekten verwenden werden.“

Kommunikative Kleinsteuerung
Der ILC 150 ETH ist die am häufigsten verwendete Kleinsteuerung aus dem SPS-Portfolio von Phoenix Contact. Aufgrund seiner Erweiterbarkeit um die zahlreichen IO-Module des Inline-Installationssystems lassen sich mit dem Controller vielfältige Anwendungen umsetzen. Außer digitalen und analogen Modulen stehen Funktionsklemmen zum Beispiel zur Temperaturdaten-Erfassung über Widerstandsthermometer oder Thermoelemente, zur Positionserfassung durch ein Inkrementalgeber-Modul, Motorschalter, eigensichere IO sowie Relais- und Safety-Module zur Verfügung.
Gemäß dem Konzept der IT-powered Automation ist eine Ethernet-Schnittstelle integriert, die die Kommunikation über sämtliche aus der IT-Welt bekannten Protokolle unterstützt. Neben der Datenübertragung per OPC oder Modbus kann der Anwender direkt aus der Kleinsteuerung in eine SQL-Datenbank schreiben oder E-Mails versenden. Programmiert werden die SPS mit dem IEC-61131-3-konformen Engineering-Tool PC Worx. Zum einfachen Einstieg in die Steuerungswelt von Phoenix Contact wird für die Kleinsteuerungen die kostenfreie Programmier-Software PC Worx Express mit reduziertem Funktionsumfang angeboten.

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Autor: Dipl.-Ing. Michael Gulsch ist Mitarbeiter im Systemmarketing des Geschäftsbereichs Automation der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont.