Intelligentes Steuerungssystem für den Betrieb von periodische Zentrifugen
Optimierung in der Zuckerhaus
Traditionell besteht die Zentrifugenstation in einer Zuckerfabrik aus mehreren Zentrifugen zur Fest-Flüssig-Trennung von „ Magma “ in Sirup und Kristalle. Da es sich bei der Trennung um einen zyklischen Prozess handelt, schwankt der Energiebedarf zwischen Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen erheblich. Aus diesem Grund kann ein übergeordnetes Ablaufsteuerungssystem sicherstellen, dass jeweils nur eine bestimmte Anzahl von Zentrifugen gleichzeitig beschleunigt oder verzögert wird.
Heutzutage ist es eine wichtige Kundenanforderung, den Betrieb von Chargen-Vakuumpfannen und Zentrifugen im Bereich „ Zuckerhaus “ durch den Einsatz eines Steuerungssystems so zu optimieren, dass der „ diskontinuierlich “-Betrieb in einen nahezu kontinuierlichen Prozess mit minimalen Schwankungen umgewandelt wird und Lastspitzen vermieden werden.
BMA Automation hat „smart.sequencing“ für komplette Zentrifugenanlagen entwickelt, ein intelligentes Steuerungssystem für die sequenzielle Ab periodische Zentrifugen. Dieses hochinnovative Produkt wurde erfolgreich getestet und hat sich mittlerweile auf dem Markt etabliert.
Unter Berücksichtigung aller Kundenanforderungen bietet smart.sequencing zwei Modi zur Prozessoptimierung:
- Batch-Effizienz-Modus, bei dem der Betrieb auf die Erzielung einer maximalen Leistung ausgerichtet ist, und
- Energieeffizienzmodus, bei dem der Betrieb darauf abzielt, Lastspitzen zu reduzieren.
In beiden Betriebsmodi entlastet smart.sequencing den Bediener erheblich.
smart.sequencing ersetzt bisherige Verriegelungslösung für Zentrifugensteuerungssysteme
Eine hochmoderne Zentrifuge verfügt derzeit über ein eigenes Steuerungssystem einschließlich eines Bedienfelds zur Betriebssteuerung, kombiniert mit einer kabelgebundenen Verriegelung, die den Betrieb der gesamten Zentrifugenanlage und die Optimierung der Zuckerproduktion ermöglicht. Wenn zwischen den Chargenzyklen ein ausreichend großes Zeitfenster besteht, funktioniert eine solche Verriegelungslösung sehr gut. Besteht eine Gruppe jedoch aus vielen Zentrifugen und verringert sich dadurch der gewünschte Abstand zwischen den Zyklen für jede einzelne Maschine erheblich, stoßen Verriegelungslösungen schnell an ihre Grenzen; Lastspitzen oder längere Betriebszeiten sind die Folge.
smart.sequencing hingegen ist eine fortschrittliche Steuerungslösung auf Basis einer SPS-Architektur, die eine Anbindung an alle DCS-Systeme sowie eine vielseitige Steuerungssoftware bietet, die alle typischen Anforderungen einer Zentrifugenanlage erfüllt. Auch Zentrifugen anderer Hersteller lassen sich in die BMA-Steuerungslösung integrieren.
In diesem Artikel werden die verschiedenen Kriterien erörtert, die ein Steuerungssystem für eine Zentrifugalstation erfüllen muss, und es wird eine herkömmliche, kabelgebundene Verriegelungslösung mit
smart.sequencing verglichen.
1. Vereinfachte Konfiguration von Zentrifugalstationen
Herkömmliche Zentrifugalregelsysteme ordnen einzelne Zentrifugen je nach Schwankungen des Leistungsbedarfs bestimmten Zentrifugalgruppen zu. In einer verkabelten, miteinander verknüpften Architektur führt dies dazu, dass die Komplexität des Verkabelungssystems mit der Anzahl der Zentrifugen in einer Gruppe zunimmt. Zudem erfordern Änderungen an der Gruppenkonfiguration manuelle Anpassungen an den Zentrifugen, die neu zugeordnet werden sollen. Die Erstellung neuer Konfigurationen unter Verwendung der bestehenden Verkabelungsinfrastruktur ist in einem solchen Fall nicht möglich.
Bei smart.sequencing hingegen können Zentrifugen je nach den spezifischen Produktionsanforderungen der jeweiligen Gruppe flexibel einer Gruppe zugeordnet werden („Swing-Maschinen“). Die Gruppenzuordnung und die Reihenfolge innerhalb der Gruppe können über die Rezeptverwaltung gespeichert und jederzeit abgerufen werden. Dies erfolgt ganz einfach über das smart.sequencing-Bedienfeld; es sind keine Anpassungen direkt an der Maschine erforderlich. Die Zuordnung der Maschinen zu einer anderen Gruppe erfolgt über die Software unter Verwendung einer industriellen Standardschnittstelle (Profibus, Profinet oder Ethernet). Die automatische Inbetriebnahme einer Maschine in einer anderen Gruppe dauert nur wenige Sekunden.
2. smart.sequencing für eine geringere Arbeitsbelastung
Bei herkömmlichen Verriegelungssystemen muss jede Maschine in einem System je nach Abfolge innerhalb der Gruppe von einer Person überwacht werden. Änderungen an der Konfiguration oder der Priorität einer Maschine müssen manuell vorgenommen werden. Dies kann so zeitaufwendig sein, dass eine Zentrifugenstation von mehreren Mitarbeitern besetzt werden muss. Und die hohe Komplexität der Verriegelung kann leicht zu Konfigurationsfehlern führen, die häufig Produktionsausfälle zur Folge haben.
Der Einsatz von smart.sequencing kann den Arbeitsaufwand eines Zentrifugenstationsbetreibers erheblich reduzieren. Ein einziger Mitarbeiter kann die gesamte Station (bis zu 24 Maschinen) bedienen und Änderungen über das smart.sequencing-Bedienfeld vornehmen, ohne die Maschinen vor Ort neu konfigurieren zu müssen. Der Einsatz industrieller Bussysteme (Profibus, Profinet, Ethernet) ermöglicht die Kommunikation mit dem dezentralen Steuerungssystem (DCS), sodass smart.sequencing beispielsweise dabei helfen kann, Warnmeldungen direkt im DCS zu verwalten.
3. smart.sequencing für schonenderen Transport
Ein Problem herkömmlicher Zentrifugal-Steuerungssysteme besteht darin, dass mehrere Maschinen die abgetrennten Kristalle gleichzeitig ausgeben, was zu einer hohen mechanischen Belastung der nachgeschalteten Förderelemente führt, die dadurch vorzeitig verschleißen.
Ein wichtiges Ziel bei der Programmierung der Abfolge der Zentrifugenstationen ist es, dies zu verhindern. smart.sequencing optimiert die Betriebsparameter der Zentrifugen, um eine optimale Leistung zu erzielen. Dies ist möglich, solange eine Kommunikation zwischen dem smart.sequencing-Steuerungssystem und dem Frequenzumrichter jeder einzelnen Zentrifuge besteht. So lassen sich große Gruppen von Zentrifugen perfekt steuern, und die verschiedenen Anlagenteile werden gleichmäßig belastet, was dazu beiträgt, einen vorzeitigen Verschleiß der Förderanlagen zu verhindern.
4. smart.sequencing für mehr Effizienz
Geht man davon aus, dass eine typische Gruppe von vier Zentrifugen mit Standardbetriebsdaten und einer festen, verdrahteten Verriegelung 24,8 Lastwechsel pro Stunde aufweist, würde ein einzelner Zyklus 145 Sekunden dauern.
Durch die Installation des dynamischen „smart.sequencing“-Systems lässt sich der Betriebszyklus jeder Maschine um 1 Sekunde auf 144 Sekunden verkürzen. Die daraus resultierende Produktionssteigerung pro Maschine würde 4,14 Zyklen pro Tag betragen. Unter der Annahme, dass in jedem Zyklus 700 kg raffinierter Zucker verarbeitet werden, würde die Zuckerproduktion um 16,57 Zyklen bzw. 11,6 t raffinierten Zucker pro Tag steigen. Bei einer solchen Produktionssteigerung einer Gruppe von Zentrifugen würde sich die Investition in „smart.sequencing“ bereits nach wenigen Monaten amortisieren.
5. smart.sequencing zur Reduzierung von Lastspitzen bei der Zuckerproduktion
Während der Beschleunigung kann eine Zentrifuge relativ wenig elektrische Energie in eine große Menge kinetischer Energie umwandeln. Während der Verzögerung ist das Gegenteil der Fall. Die gespeicherte kinetische Energie einer mit hoher Drehzahl rotierenden Zentrifugen Trommel s kann – mit gewissen Verlusten – in elektrische Energie umgewandelt werden. In herkömmlichen Systemen führt dieses Betriebsverhalten zu extremen negativen und positiven Lastspitzen, die von der Stromversorgung einer Fabrik ausgeglichen werden müssen. Dies stellt eine erhebliche Belastung für die Prozesskette innerhalb des Gesamtsystems dar.
Der Prozessoptimierungsansatz von smart.sequencing unterscheidet sich jedoch darin, dass einer Gruppe von Zentrifugen elektrische Energie in Form von „gespeicherter“ kinetischer Energie zur Verfügung gestellt wird, die in einem intelligenten System gesteuert und geregelt wird. Das Stromnetz des Werks wird dadurch erheblich entlastet, da die Zentrifugalgruppen oder einzelnen Zentrifugen gesperrt werden, um eine gleichzeitige Beschleunigung oder Verzögerung zu verhindern. Wenn also eine Anweisung zur Beschleunigung an eine Zentrifuge gesendet wird, wird die Beschleunigung um einen festgelegten Zeitraum verschoben, bis Bremsenergie von einer anderen Maschine verfügbar ist.
Das Gleiche gilt – allerdings umgekehrt –, wenn ein Befehl zum Abbremsen der Zentrifuge gesendet wird: Das Abbremsen wird um einen festgelegten Zeitraum hinausgezögert, bis die Bremsenergie von einer anderen Zentrifuge genutzt werden kann.
Mit diesem auf smart.sequencing basierenden Steuerungs- und Regelsystem lassen sich Lastspitzen in einer Zentrifugalaggregatgruppe erheblich reduzieren oder sogar ganz vermeiden, während das Werk finanzielle Vorteile bei der Stromversorgung erzielen kann.
