Wägetechnik Effizienzsteigerung dank integrierter Wägetechnik

In den letzten Jahren hat Unilever Deutschland am Standort Mannheim die Automatisierung seiner Seifenproduktion auf den neuesten technischen Stand gebracht. Das Ergebnis ist ein hoch verfügbares einheitliches System – vom Prozessleitsystem bis in die Peripherie.

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Mannheim ist seit 1899 eine Hochburg der Seifenproduktion. Heute stellt Unilever dort im Jahr knapp 60 000 Tonnen Seifenstücke der Marke Dove und verschiedene Intermediates her. Das Werk ist einer von drei Standorten des weltweit tätigen Konzerns, der auf die Herstellung synthetischer Seife spezialisiert ist.

„Die Kunst bei der synthetischen Variante liegt in der Herstellung der Seifennudeln. Dafür ist technisch anspruchsvolles Equipment und qualifiziertes Fachpersonal notwendig“, weiß Wolfgang Tuszewski, Leiter der Projektabteilung bei Unilever Deutschland in Mannheim. Doch mehr Geheimnisse der Seifenproduktion sind ihm nicht zu entlocken.

Aktuell laufen im Werk drei Produktionsanlagen. Die neueste stammt aus dem Jahr 2003. Die erste Grundsatzfrage bei der Automatisierung: Welches Prozessleitsystem soll zum Einsatz kommen? Auf jeden Fall eine Standardlösung, nichts Selbstgestricktes. Tuszewski: „Es wäre töricht gewesen auf die veralteten Systeme der bestehenden Anlagen aufzusetzen. Wir haben daher drei windowsbasierte Systeme gegenübergestellt, ausführlich verglichen und uns dann für Simatic PCS7 von Siemens inklusive Simatic Batch zur Automatisierung unserer Chargenprozesse entschieden.“ Frank Rolli, Systemadministrator bei Unilever ergänzt: „Wir wollten ein durchgängiges System ohne Schnittstellenproblematik. Deshalb waren die dezentrale Peripherie mit Simatic ET200M und die darin integriertenWägeelektroniken, Siwarex FTA, für uns ein wichtiges Kriterium.“

Erhöhte Verfügbarkeit

Das Prozessleitsystem PCS7 ebnete auch den Weg für den Einsatz der Wägesysteme Siwarex von Siemens. „Wir vermeiden so störanfällige, separate Kopplungen über serielle Schnittstellen und erhöhen unsere Verfügbarkeit“, betont Tuszewski. In der Vergangenheit gab es immer wieder Probleme mit Schnittstellen, Fehldiagnosen oder Protokollierung. Durch die Einbindung ins Leitsystem kennt das Bedienpersonal den Zustand der Waagen zu jeder Zeit genau und weiß, wie es um sie bestellt ist. Außerdem entfallen sowohl die externen Auswerteeinheiten als auch ihr Auslesen direkt vor Ort. „Die Elektronikmodule sind einfacher in der Handhabung, kostengünstiger in Anschaffung und Wartung, sparen Zeit und erhöhen die Sicherheit. Wir hatten seit zwei Jahren keine einzige Störung“, erklärt Rolli.

Die Umstellung der beiden älteren Anlagen aus dem Jahr 1992 auf das neue Prozessleitsystem erfolgte vor zwei Jahren. Die Monteure verlegten 25 km Kabel und verdrahteten 2500 I/Os neu. Sie zogen 3,5 km Glasfaserkabel durch die Anlage und bauten fünf Fiberoptic-Ringe für Profibus DP auf, 120 Schaltschränke wurden umgebaut, zehn komplett ersetzt. Während des Umbaus hat Unilever auch alle 30 bestehenden Waagen demontiert und durch Siwarex FTA ausgetauscht. Darauf hat Unilever bestanden. Das Unternehmen legt großen Wert auf einen einheitlichen Standard seiner Wiegesysteme.

„Die Module arbeiten sehr zuverlässig, der Service ist gut und nach Produktabkündigung gibt es zehn Jahre Ersatzteillieferungsgarantie. Wenn ich Probleme habe, bekomme ich in kürzester Zeit Unterstützung“, sagt Tuszewski. „Das ist nicht bei jedem Anbieter selbstverständlich und war für uns einer der Knackpunkte.“ Heute arbeiten in den drei Unilever-Produktionsanlagen in Mannheim insgesamt 46 Siwarex-Systeme, elf Siwarex M und 35 des neuesten Modells Siwarex FTA. „Diese kann mehr und ist noch dazu kostengünstiger“, freut sich Rolli.

Pluspunkte nicht nur beim Thema Sicherheit

Änderungen und Erweiterungen sind im Anlagenalltag an der Tagesordnung. Hier kann die gewählte Topologie nicht nur beim Thema Sicherheit Pluspunkte sammeln. „Profibus DP über Fiberoptic hat gegenüber Kupfer den Vorteil, dass die Ringstruktur deutlich sicherer ist. Wenn das Kabel an einer Stelle unterbrochen ist, laufen die Teilnehmer trotzdem weiter, weil sie von zwei Seiten versorgt werden können“, erklärt Tuszewski. Bei Kupfer fallen alle angeschlossenen Komponenten nach der Unterbrechungsstelle aus. Schlimmstenfalls steht der ganze Prozess. Wenn die Seifenmasse im Reaktor erkaltet und fest wird, hilft nur noch eines: Sie bergmännisch abzubauen. Bei einem ungeplanten Stillstand verlieren wir sehr viel Produkt. Eine hohe Verfügbarkeit ist sehr wichtig“, betont der Projektleiter.

Die Ringstruktur ermöglicht es auch, den Bus im laufenden Betrieb aufzutrennen und neue Peripherie einzubinden. Auf diese Weise hat das Unternehmen vor kurzem zum Schutz des Personals die Zinkoxid-Verwiegung automatisiert. Vorher musste das Personal das weiße Pulver, das der Seife im Produktionsprozess zugesetzt wird, in 10-Kilogramm-Eimern von Hand zudosieren.

Mobil, zuverlässig und flexibel

Eine weitere neue Errungenschaft in der Seifenproduktion bei Unilever sind zwei mobile Waagen. Früher nutzte man so genannte Plastic Beads um der Seife verschiedene Farben und einen gewissen Peeling-Effekt zu verleihen. Diese lassen sich mit Öl mischen und dann ganz einfach flüssig dosieren. Als die Mannheimer die Produktion im letzten Jahr auf die umweltfreundlicheren Beads umstellten, musste sich die Automatisierungsmannschaft etwas Neues ausdenken. Die neuen Beads lösen sich bei dem Kontakt mit Öl nämlich auf, der gewünschte Peeling-Effekt geht verloren.

„Die Lösung, die ich im Werk in den USA gesehen habe, konnte bei uns nicht eingesetzt werden, da nicht alle Mischer nebeneinander aufgestellt sind und nicht überall die erforderliche Höhe vorhanden ist. Außerdem produzieren wir auf zwei Ebenen und bräuchten alles in doppelter Ausführung, ein zu großer Aufwand“, erinnert sich Tuszewski. Die rettende Idee: Zwei kompakte mobile Dosierstationen, die problemlos in den Fahrstuhl passen. Die beweglichen Wägeeinheiten, die die bunten Zusatzstoffe nun in fester Form direkt in den Mischer ein Stockwerk tiefer dosieren, hat das Team um Projektleiter Tuszewski gemeinsam mit einem Lieferanten entwickelt.

Sie sind so konzipiert, dass das Personal während des Transportes nicht mit Kabeln oder Schläuchen für die Druckluftversorgung kämpfen muss. Am Wagen selbst befinden sich nur die Kupplungen und Stromanschlüsse. Die Datenübertragung erfolgt kabellos per Industrial Wireless LAN. Ein RFID-System von Siemens stellt sicher, dass das Bedienpersonal immer weiß, welcher Wagen mit welcher Farbe wo steht. „Die mobilen Waagen erlauben es, die Farben flexibel einzusetzen und stellen reibungslose Produktionsabläufe sicher“, so Tuszewski.

Die Genauigkeit liegt bei 100 g bei ±1 bis 2 g. Die hohe Zuverlässigkeit der Waagen hilft dem Unternehmen indirekt, seine Rohstoffkosten zu senken. „Ein sparsamer Umgang mit den Rohstoffen ist extrem wichtig, vor allem bei Parfum gehen Ungenauigkeiten schnell ins Geld. Außerdem verändert z.B. eine zu große Menge der farbigen Wax Beads die Optik und erhöht den Peeling-Effekt. Eine exakte Dosierung ist also auch eine Frage der Qualität“, betont der Systemadministrator.

Automatisierung in Rekordzeit

Vor Beginn der Modernisierung die größte Herausforderung für die Mannheimer: das Zeitlimit. Nach nur sieben Wochen sollten die Anlagen mit gleicher oder sogar höherer Leistung wieder laufen. Sehr zur Erleichterung der Ingenieure von Unilever verlief die Umstellung auf das Prozessleitsystem Simatic PCS7 und die neue, integrierte Siwarex-Wägetechnik problemlos und vor allem viel schneller als geplant. „Wir haben den vorgegebenen Zeitrahmen unterschritten und die Kosten für das Projekt eingehalten. Auch die Zykluszeit des neuen Prozessleitsystems für die Batch-Abarbeitung ist um einiges schneller. Der hohe Automatisierungsgrad der Anlagen erhöht die Zuverlässigkeit und erleichtert den Bedienern die Arbeit“, unterstreicht Tuszewski. Die Deutschen sind mit ihrer Wahl so zufrieden, dass sie ihren amerikanischen Kollegen, die demnächst ihre Produktion ebenfalls modernisieren wollen, ihre Lösung sehr ans Herz gelegt haben.

Der Autor ist Mitarbeiter der Siemens AG, Division Industry Automation, Business Unit Sensors and Communication in Karlsruhe.

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