Einfach einbauen und vergessen

DER AUTOR Ulrich Stumpf ist Mitarbeiter im Vertrieb Deutschland bei Bartec in Bad Mergentheim

Cytec zählt zu den zehn größten Herstellern von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen der Welt. Das amerikanische Unternehmen erzielte 2012 einen Umsatz von 1,7 Mrd. Euro und beschäftigte in 15 Ländern mehr als 3.600 Mitarbeiter.

Nach einem aktuellen Marktbericht der AVK Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe und des Verbundes Carbon Composites wird die Branche in den nächsten Jahren ein enormes Wachstum vorlegen. Geht man für 2015 von einer weltweiten Produktion von 108.000 t Faserverbundwerkstoffe aus, sollen es laut Schätzung 2020 bereits 208.000 t sein. Wachstumstreiber sind vor allem Windkraftanlagen, dicht gefolgt vom Einsatzgebiet Aerospace & Defense, Sport/Leisure sowie dem Segment Automotive. Das Marksegment Aerospace & Defense, in dem Cytec Engineered Materials aktiv ist, ist stark von der Flugzeugindustrie geprägt. Bis 2030 rechnen die Branchenprimusse Airbus und Boing mit einer signifikanten Steigerung der Ordereingänge. Die Rede ist von einem Marktvolumen von jeweils 30.000 neuen Maschinen.

Das Werk von Cytec in Östringen ist darauf spezialisiert, die Kohlefasern mit Epoxidharz zu Faserverbundwerkstoffen der höchsten Güteklasse, sogenannten Halbzeugen, zu verheiraten. Dreh- und Angelpunkt der Produktion ist deshalb die Harzherstellung. Anfang des Jahres hat das Unternehmen die Abluftanlage des Mischers sozusagen runderneuert.

Da in diesem Bereich mit einer bunten Palette verschiedener organischer Lösemittel gearbeitet wird, ist er nach Ex-Zone 1 klassifiziert. Ein richtig großes Projekt für Stefan Becker, in Personalunion Instandhaltungsleiter, verantwortliche Person für Explosionsschutz sowie Elektrotechnik, und seinen Mitarbeiter Volker Zeltmann, gelernter MSR-Elektroniker und Elektriker MSR bei Cytec Engineered Materials. Ganze zweieinhalb Wochen Zeit blieben dem Team für den Aufbau der gesamten Anlage. „Ziel ist es, die staub- oder lösemittelhaltigen Abgase, die im Prozess entstehen, vorzureinigen und kontrolliert zur Nachverbrennung abzuführen. Wir müssen sie auf ein Level bringen, wo wir sagen können, wir haben kein hochexplosives Gemisch mehr und können es verbrennen, um die TA-Luft zu erfüllen“, so Becker.

Der Aufbau der Abluftanlage wurde komplett neu konzipiert und mit einer Steuerung auf den aktuellen Stand der Technik gebracht: Dies bedeutet auch andere Rohrquerschnitte, Rohrleitungssysteme, Flussgeschwindigkeiten. Mit einem Kollegen zusammen hat er die Anlage berechnet, geplant, die Komponenten ausgewählt und sich um alles gekümmert, was dazugehört. Nach Meinung des Instandhaltungsleiters ist das Ergebnis ein weltweites Unikat. Ein Vorteil ist zum einen ein sicherer und kontrollierter Prozess, zum anderen ermöglicht es die Anlage, Lösemittel zurückzugewinnen. Früher wurde das Lösemittel einfach verbrannt. Heute kann das Unternehmen nach drei Schichten 200 kg Lösemittel wieder dem Produktionskreislauf zuführen. Ein weiteres Manko des Vorgängers: Die Anlage musste des Öfteren in alle Einzelteile zerlegt und gereinigt werden. „Die Kosten für das Projekt haben wir nach zweieinhalb Jahren wieder drin, da wir keine Produktionsausfälle mehr haben“, weiß der staatlich geprüfte Techniker für Automatisierungstechnik. „Ich kann jetzt die Geschwindigkeit regeln, um den Reinigungsprozess zu verbessern. Oder die Pulverzufuhr steuern und so den Prozess optimieren.“ Bei den Amortisationszeiten hat Becker die Lösemittelrückgewinnung mit eingerechnet, aber sie wurde mit 100 Liter pro drei Schichten angesetzt. Die Anlage arbeitet also noch effizienter als erhofft.“

Das Ex-Remote-I/O-System Antares, das direkt im Ex-Bereich in der Zone 1+2 oder Zone 21+22 installiert werden kann und nach ATEX und IECEx zertifiziert ist, verarbeitet alle Signale für die Steuerung und Regelung der kompletten Abluftanlage der Harzherstellung, inklusive aller Ventile und der gesamten Sensorik. Durch seine flexible Systemzulassung kann der Anwender das System nach Belieben aufbauen und erweitern, ohne es erneut zertifizieren zu lassen. Bisher mussten Remote-I/O-Systeme im Vorfeld eindeutig geplant und in zertifizierte Ex-e-Gehäuse mit starrer Zulassung eingebaut werden. Antares kommt hingegen mit einem einfachen und kostengünstigen mechanisch geschützten Standard-Industriegehäuse aus.

Bei Cytec handelt das System 80 Ventile, 160 Rückmeldungen, etwa 15 Temperaturfühler sowie 4 Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmessgeräte. Hinzu kommen noch 10 Differenzdruckwächter, 8 Füllstandsonden, Flussmessungen, Flammensperrenüberwachung, Regelklappen usw.

Aufgrund der Leistungsreserven bietet das System effiziente und kompakte I/O-Konfigurationen. Es kann bis zu 32 mehrkanalige Module über eine einzige Rail Control Unit (RCU) versorgen, woraus sich eine hohe Anzahl von Input/Output-Kanälen ergibt. Die I/O-Module-lassen sich wegen ihrer kleinen Bauform platzsparend auf Standard-Tragschienen aufbauen. Die interne Busverbindung wird durch einfaches Zusammenstecken der Module erreicht. Alle I/O-Module sind in der Zündschutzart Ex i ausgeführt. Die Anschlusstechnik am Modul für die ankommenden Signale ist ebenfalls steckbar.

Zentrale Einheit ist die RCU mit Hostkommunikation, Ethernet-Switch, Powermanagement und I/O-Datenverwaltung. Das System unterstützt zahlreiche Kommunikationsstandards – von vollständig redundanten Profibus-DP bis zu Ethernet-Standards wie Profinet, Modbus TCP und Ethernet/IP. Das Team von Cytec hat für das gesamte Werk und seine 13 Steuerungen eine sternförmige Ethernet-Topologie aufgebaut, über die das System von Bartec an eine fehlersichere Steuerung berichtet. „Im Ex-Bereich gibt es keine großen Schränke, alle Signale werden mit Profibus oder Ethernet abgeholt“, sagt Becker. „Das Plus von Antares: Wir können es definitiv über Ethernet routen, andere Ex-Remote I/Os fahren noch über Profibus PA.“

Echte Kommunikationsredundanz bei Profibus-DP stellt den unterbrechungsfreien Betrieb mit dem Hostsystem sicher. Dadurch ist eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet, die durch die Hot-Swap-Fähigkeit von RCU und I/O-Modulen gesteigert wird. Zudem lassen sich Standard-Bussysteme direkt ankoppeln. Sodass zusätzliche explosionsgeschützte Komponenten, sprich Trennverstärker, überflüssig sind.

Mit Hilfe der intuitiv zu bedienenden Designersoftware lässt sich das Remote I/O mit wenigen Mausklicks projektieren und konfigurieren. Der Anwender sieht bereits während der Erstellung seinen realen Systemaufbau in maßstabsgetreuen Bildern. Das Programm überwacht während der Erstellung, ob bestimmte Grenzwerte, wie Abstände, Powermanagement und die maximale Datenlänge am Profibus, eingehalten werden. Die Software ist zusätzlich mit einem Konstruktor ausgestattet, der notwendige Ein-/Ausgänge inklusive benötigter Reserven für die optimale, d.h. kostengünstigste, Lösung errechnet. „Wir haben das System programmiert und es funktioniert“, berichtet Becker: „Seit der Inbetriebnahme läuft es ohne Probleme.“ ge