Der Betriebsleiter 11-12/2018

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DRUCKLUFTTECHNIK I SPECIAL Wasser und Kosten klar Schraubengebläse optimieren die Abwasseraufbereitung bei einem Milchverarbeiter Neue Drucklufttechnik bringt in der innerbetrieblichen Abwasseraufbereitung bei einem bayerischen Milchverarbeiter nicht nur mehr Effizienz, Arbeitserleichterung und mehr Zuverlässigkeit, sondern auch eine deutliche Kostenersparnis. Die Bayerische Milchindustrie eG (BMI) ist eine Molkereigenossenschaft mit langer Tradition und internationaler Erfahrung. In Zapfendorf im Norden Bayerns liegt aktuell das größte Werk der BMI. Neben den Standardprodukten Magermilchund Süßmolkenpulver werden dort zunehmend Spezialerzeugnisse produziert. Mit modernsten Verfahren der Ultrafiltration gewinnt man z.B. hochwertige Eiweißkonzentrate. Die Milchzuckerherstellung und die Produktion von aufgefetteten Milchund Molkenprodukten sowie die Trocknung teilentzuckerter Molke und Polyaminkonzentration runden das Produktionsprogramm ab. Ebenfalls am Standort Zapfendorf befindet sich das moderne Frischproduktwerk, in dem Butter, Sahne, Quark und Sauermilcherzeugnisse hergestellt werden. Höhere Energieeffizienz dank Schraubengebläsen Aufgrund der steigenden Nachfrage und somit Produktion begann 2014 die Planung einer neuen, größeren Reinigungsanlage für das bei der Herstellung von Milchprodukten anfallende Abwasser. In vier Sequential- Batch-Reaktoren sollte künftig chargenweise die Nährstofffracht der unterschiedlich anfallenden Abwassermengen biologisch abgebaut werden. Vier Gebläse sollten die Luftversorgung der an diesem Prozess beteiligten Mikroorganismen sicherstellen. Um die Betriebskosten der Abwasseraufbereitungsanlage geringstmöglich zu halten, plante man, bei der energieintensiven Erzeugung der Belebungsluft anstelle der bis dato genutzten Drehkolbengebläse nun damals neu auf den Markt kommende Schraubengebläse einzusetzen. Schraubengebläse sind im Grunde für den Niederdruck optimierte, trocken bzw. ölfrei Luft verdichtende Schraubenkompressoren, die bereits ab 400 mbar Druckdifferenz wesentlich effizienter arbeiten. Aufgrund ihrer schraubenförmigen Rotoren wie z. B. dem Sigma-Profil erzielen diese Maschinen einen höheren Wirkungsgrad. Wenn wie im Fall bei BMI Differenzdrücke zwischen 600 und 800 mbar benötigt werden bei obendrein vielen Betriebsstunden der Gebläse, dann ergibt sich eine deutliche Energie- und somit Kosteneinsparung. Die ersten Planungsentwürfe bei BMI sahen zunächst noch Schraubengebläse der ersten Generation in Form herkömmlicher, unvollständiger Maschinen vor – also größtenteils mechanische Bau teile, die mittels externer, von Subunternehmern zu erstellender Schaltschränke erst elektrifiziert werden mussten, bevor sie startbereit waren. Da damals jedoch bereits Schraubengebläse der nächsten Generation – also einschaltbereite, vollständige Maschinen mit elektrischem Steuer- und Leistungsteil – begannen, den Stand der Technik im Markt neu zu definieren, richtete sich das Augenmerk schnell auf diese. 01 02 Komplettpaket als Lösung Eben jene „Komplettheit“ dieser neuen Schraubengebläse war am Ende auch der Entscheidungsgrund. Im Fall von BMI-Zapfendorf handelt es sich um Typ FBS-M-SFC Schraubengebläse mit integriertem Frequenzumrichter, die zusätzlich noch eine smarte Maschinensteuerung (Sigma-Control 2) beinhalten. Über diese Steuerung sind die Gebläse per Profibus an die Leitwarte direkt angebunden, ihre Betriebs- und Zustandsdaten werden dort visualisiert. Die Leitwarte gibt die Drehzahlen und damit den zu generierenden Volumenstrom an die Gebläse weiter. Die Gebläse werden über das Bussystem somit auch ferngesteuert. Durch die Steuerungen und die Komplettbauweise sind diese Maschinen auch für Anwendungen einsetzbar, die sich hinter Industrie 4.0 bzw. Wasser 4.0 verbergen. Diese auch als 4. industrielle Revolution bezeichnete Umwälzung in der Industrieproduktion und nun auch Wasser-/Abwassertechnik erfordert als Grundlage die Möglichkeit einer umfassenden Kommunikation von Maschine zu Maschine bzw. mit einem übergeordneten Prozessleitsystem. Ziel ist eine flexiblere Ansteuerung der Maschine sowie die Di- Autoren: Dipl.-Ing. Marcus Jungkunst, Produktsupport, Dipl.-Betriebswirtin Daniela Koehler, Pressesprecherin, beide Kaeser Kompressoren SE 01 Das im Produktionsprozess anfallende Abwasser wird hinterher effektiv geklärt 02 Hocheffektive Schraubengebläse sorgen für eine energiekostensparende Druckluftversorgung 32 Der Betriebsleiter 11-12/2018
Die bei dem Milchverarbeiter eingesetzten Kaeser-Schraubengebläse sind anschlussfertige Komplettmaschinen mit Leistungselektrik, integriertem FU, IE4-Motoren, Sensorik und Anbindung über Profibus auf Leitsystem. Das ersparte dem Anwender ein zeit- und kostenaufwendiges Installationsprocedere. Zudem sind die Anlagen direkt bereit für die Einbindung in Industrie-4.0- Umgebungen agnose ihrer Betriebs-und Zustandsdaten in Echtzeit (Condition Monitoring), um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten und vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) zu betreiben. Das heißt, dass eine Vielzahl von Informationen über den Betriebs- und Wartungszustand des Gebläses in eine Richtung ausgelesen werden kann und umgekehrt das Gebläse in die andere Richtung ferngesteuert wird – idealerweise mit nur einem Kabel, dem Daten-Buskabel. Echtzeitüberwachung erleichtert Betrieb Im Fokus Effizienz Sicherheit Nachhaltigkeit Als Analogwerte können beispielsweise in Echtzeit ausgelesen werden: der Ansaug-, End- und Differenzdruck, die Ansaug-, End-, Öl- und Schallhauben-Innentemperatur, der Druckabfall am Ansaugfilter, im Falle Frequenzumrichter Gebläsedrehzahl, Stromaufnahme Umrichter und Zwischenkreisspannung. Überwacht werden Temperatur und Stromaufnahme der Motoren, Ölniveau, Temperaturen auf Platinen der Leistungselektrik u.v.m. Jedem dieser Werte sind Schwellenwerte für die Meldung einer Warnung und Störung hinterlegt, die auch in das Prozessleitsystem mittels Busprotokoll implementiert werden können und so die Möglichkeit für eine bequeme und einfache Überwachung bieten. Hinzu kommen noch Zähler für die Betriebsstunden der Maschine und deren Einzelkomponenten wie z.B. Verdichterblock, Motor, Steuerung, Leistungsteil, Wartungsteile usw. Den Wartungsteilen wie Ansaugfilter, Öl, Keilriemen etc. sind ebenfalls Zeitintervalle hinterlegt, die nach Ablauf eine Wartungsmeldung generieren. Zustandsgrößen wie Maschine aus, startbereit, Betrieb, Warnung und Störung liegen ebenfalls auf dem Prozessabbild. Aus Sicht des Betreibers war nach detailliertem Vergleich des Aufwands für eine vergleichbare Funktionalität der Elektroautomatisation aus Einzelkomponenten die Entscheidung für solche vielseitigen Plug&play-Maschinen eindeutig. Klar war, dass es nicht nur bei der Beschaffung von Komponenten wie z.B. der Gebläse, den Frequenzumrichtern und Blechschaltschränken bleiben würde. Durch einen detaillierten Vergleich der Maschinen- und Steuerungsfunktionalitäten im Vorfeld wurden auch Kosten für Schaltrelais und Überstromauslöser zum Anschluss von elektrischen Hilfsantrieben wie Ventilatoren, Öl- und Vakuumpumpen sowie Trafos und Auswertegeräte für Sensoren die Temperaturen, Drücke, Ölniveau oder sogar Öldruck berücksichtigt. Erfasste Sensorsignale müssen ausgewertet, mit Schwellenwerten hinterlegt und daraus logische elektrische geschaltete Aktionen implementiert werden. Unklarheiten bei andernfalls mehrfach entstehenden Schnittstellen kamen erst gar nicht auf, und die Inbetriebnahme konnte schnell und reibungslos erfolgen. Obendrein ist alles eindeutig dokumentiert, CEund EMV-zertifiziert, was auch der Betriebssicherheitsverordnung zuträglich ist. Diese Komplettheit des Lieferumfangs erleichterte nicht nur die Planung der Investitionskosten, sondern auch die Vergleichsrechnung der Energiekosten, da die Leistungsdaten für die vollständig betriebsbereite Maschine im Vorfeld transparent vorlagen. Neben der Planungs- und Rechtssicherheit ist nun auch die Prozesssicherheit gegeben. Falls die Fernsteuerung einmal ausfallen sollte, können die Gebläse unabhängig vom Prozessleitsystem jederzeit einfach via Menüauswahl in der Sigma-Control 2 ohne Umverdrahtung oder Umparametrierung in den Handbetrieb versetzt werden. Somit können diese Maschinen notfalls als letzte verbleibende funktionsfähige Insel die Mikroorganismen in der Belebung mit Luft versorgen und so am Leben halten. Fazit Rückblickend auf die bisherige Betriebsdauer der vier modernen Schraubengebläse berichtet der Projektleiter nicht nur von einem sehr guten Service rund um die Schraubengebläse mitsamt Frequenzumrichter, Steuerung und Leitwartenanbindung, sondern auch davon, dass die angebotenen Leistungswerte der Schraubengebläse tatsächlich im Rahmen der Garantiewerte nach ISO 1217 Annex E erbracht werden und somit die prognostizierte sehr gute Energieeffizienz auch tatsächlich realisiert wird. Laut Projektleiter hat die „Komplettheit“ dieser vollständigen Maschinen obendrein bei der Investitionssumme deutliche Kosten eingespart. www.kaeser.com
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