CC-Link ermöglicht schrittweise Optimierung Dezentrale Anlagen zuverlässig überwachen

Um die Sicherheit eines Tanklagers für brennbare Flüssigkeiten in Brasilien zu verbessern, hat der Schmierstoffhersteller Castrol alle Tankbehälter schrittweise mit einer automatischen Niveauüberwachung nachgerüstet. Seitdem gehören auf dem weitläufigen Industriegelände nicht nur Tanküberfüllungen der Vergangenheit an, auch die Wirtschaftlichkeit und Produktivität der Anlage ist durch die kontinuierliche Überwachung gestiegen. Basis des effizienten Steuerungs- und Kontrollsystems ist das offene Feldbusnetzwerk CC-Link.

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Dr. Norbert Poßberg Redaktionsbüro Mediakonzept

Die Lagerung und Verarbeitung von Erdölprodukten stellt die petrochemische Industrie weltweit vor Herausforderungen. Der Schutz von Mensch und Umwelt steht im Umgang mit den meist gefährlichen Stoffen an erster Stelle. Doch auch aus wirtschaftlicher Sicht ist es unerlässlich, chemische und petrochemische Anlagen sicher zu betreiben. Technische Störungen, Unfälle oder Produktionsausfälle verursachen nicht nur hohe Kosten, sie schaden auch dem Image eines Unternehmens. Um gefährliche Situationen möglichst schon im Vorfeld zu vermeiden, kommt gerade in verteilten Anlagen, wie beispielsweise in Tanklagern, der Überwachung eine zentrale Rolle zu. Häufige Ursache für Störungen ist dort zum Beispiel die Überfüllung von Tankbehältern.

Schrittweise Modernisierung

Der Schmierstoffspezialist Castrol, eine Tochtergesellschaft des britischen Energiekonzerns BP, betreibt in Rio de Janeiro, Brasilien, eine der größten und modernsten Produktionsstätten Lateinamerikas. Auf dem 20 000 Quadratmeter umfassenden Areal stehen fast 100 Tanks mit einem Fassungsvermögen von insgesamt sechs Millionen Litern. Die bis zu 13 Meter hohen Behälter mit Volumina von 6000 Liter bis mehr als 600 000 Liter sind mit Grundölen, Additiven und anderen chemischen Produkten gefüllt, die zur Herstellung der verschiedenen Automobil-, Marine- und Industrieschmierstoffe benötigt werden. Ein Rohrleitungssystem verbindet die Vorratsbehälter mit den Mischtanks für die Schmiermittelproduktion.

Im Zuge einer Modernisierung des Tanklagers entschloss sich der Betreiber, auch das Tanküberwachungssystem der Anlage schrittweise auf den neuesten Stand der Technik zu bringen. Ein erstes Ziel war es, den Schutz vor Überfüllung der Behälter zu verbessern. Bis zu diesem Zeitpunkt erfolgte die Messung der Füllstandshöhen manuell. Ein Ingenieur kontrollierte auf einem täglichen Rundgang alle Tankbehälter im Innen- und Außenbereich der Anlage. Besonders bei schlechtem Wetter war das Erklimmen der Tanks über die hohen Stahltreppen nicht ganz ungefährlich. Zudem ermöglichte das Verfahren keine lückenlose Überwachung der Füllhöhen, sodass kritische Situationen für kurze Zeit unentdeckt bleiben konnten. Eine automatische Niveauüberwachung der Tanks sollte diese Schwachstelle beseitigen.

Zuverlässige Datenübertragung

Castrol beauftragte die lokalen Systemintegratoren Cetem Automacao Industrial und Elsitec17, beide mit Sitz in Rio de Janeiro, mit dieser Aufgabe. Gemeinsam mit den Ingenieuren des Unternehmens starteten sie zunächst ein Pilotprojekt für einen Teil der Anlage. Kern dieser Automatisierungslösung ist das offene Feldbusnetzwerk CC-Link (Control and Communication Link). Es verbindet die Niveausensoren der Vorratstanks über dezentrale E/A-Module (Eingang/Ausgang) mit einer kompakten speicherprogrammierbaren Steuerung aus der MELSEC FX-Familie von Mitsubishi Electric. Erkennt das System die drohende Überfüllung eines Tanks, ertönt ein Alarm und warnt den Bediener.

Entscheidend für die Wahl von CC-Link waren die Eigenschaften der Netzwerktechnologie. Das von der CC-Link Partner Association (CLPA) standardisierte Feldbussystem bietet eine zuverlässige, deterministische Kommunikation über große Entfernungen und überträgt zyklische E/A-Daten und azyklische Bedarfsdaten parallel über nur ein Kabel mit hohen Geschwindigkeiten von bis zu zehn Megabits pro Sekunde. Das offene Kommunikationsprotokoll erlaubt es, Steuerungen und Geräte verschiedener Hersteller über ein Netzwerk zu verbinden, statt sie einzeln zu verdrahten. Das reduziert den Verdrahtungsaufwand und ermöglicht maßgeschneiderte Automatisierungslösungen, die auch nachträgliche Umbauten und Erweiterungen ohne Probleme zulassen. Die Feldbustechnik, die mit mehr als fünf Millionen installierten Netzwerkknoten zu den drei weltweit führenden gehört, ist für die Steuerung von einzelnen Maschinen wie auch von komplexen Produktionsprozessen geeignet.

Mehr als nur Schutz

Der Erfolg der neuen Überwachungstechnik stellt sich schnell ein. Die kontinuierliche Füllstandsmessung der Tanks sorgt nicht nur für mehr Sicherheit, sie ermöglicht auch eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Tankkapazitäten und damit eine wirtschaftlichere Lagerhaltung. Schneller als erwartet fällt die Entscheidung, das CC-Link-Netzwerk mit Hilfe einer jederzeit ausbaufähigen Automatisierungstechnik zu einem Überwachungssystem für die gesamte Anlage zu erweitern. Denn die Castrol-Ingenieure erkennen schnell, dass das gemeinsam mit den Systemintegratoren entwickelte Automatisierungsnetzwerk mehr Möglichkeiten bietet als nur die automatische Alarmierung bei drohenden Tanküberfüllungen. Sie planen, nach und nach zusätzliche Steuerungs- und Überwachungsfunktionen in das System zu integrieren. Bereits mit der ersten Ausbaustufe, der Erweiterung der Überwachungstechnik auf die gesamte Anlage, gehören Tanküberfüllungen der Vergangenheit an.

Heute besteht das Überwachungssystem aus einer leistungsfähigen modularen Steuerung vom Typ MELSEC System Q, ausgerüstet mit einem CC-Link-Mastermodul, sowie fünf über die Anlage verteilte Kompaktsteuerungen der MELSEC FX-Familie, die kontinuierlich die Signale von fast 100 Niveausensoren und mehr als 400 E/A-Punkten erfassen. Ein CC-Link-Netzwerk, das seit der jüngsten Erweiterung auch alle Förderpumpen und Ventile der Anlage mit einschließt, verbindet die lokalen Slavestationen mit dem Mastermodul der zentralen Steuerung. Grafische Bediengeräte zur Visualisierung von Füllstand und Volumen jedes Tanks vervollständigen das System. Die jüngste Ausbaustufe versetzt den Bediener in der Lage, sämtliche Füllvorgänge und Mischprozesse zentral aus der Ferne zu überwachen und zu steuern.

Stufenweise Alarmierung

Statt einfacher Niveauwächter verwendet Castrol heute Sensoren, die bei Erreichen eines kritischen Füllstands über zwei einstellbare Grenzwerte eine stufenweise Alarmierung auslösen. Wird der erste Grenzwert überschritten, meldet das System eine drohende Überfüllung des betreffenden Tanks und alarmiert den Bediener durch akustische und optische Signale. Anschließend bleibt dem Personal genügend Zeit, die Zufuhr zu stoppen oder die Durchflussmenge zu begrenzen. Wird der zweite Grenzwert erreicht, schaltet das System automatisch die Pumpen aus, schließt die Ventile und unterbricht damit jede weitere Zufuhr sowie einen eventuell betroffenen Mischprozess. Nach Behebung der Störung ist ein Wiederanlaufen des Betriebs erst nach einem Zurücksetzen und Neustart des Systems möglich.

Höhere Produktivität

Das Beispiel eines schrittweise automatisierten dezentralen Steuerungs- und Überwachungssystems zeigt, dass ein offenes Feldbussystem wie CC-Link nicht nur dazu beitragen kann, eine Anlage zu optimieren, sondern auch die dazu notwendige Flexibilität über die gesamte Laufzeit einer Industrieanlage gewährleistet. Durch die kontinuierliche Überwachung der Vorrats- und Mischbehälter konnte der Betreiber die Sicherheit des Tanklagers verbessern und die Produktivität der Anlage erhöhen. Auch bei der Einführung eines Umwelt- und eines Qualitätsmanagementsystems (zertifiziert nach den Normen ISO 14000 bzw. ISO 9000) erwies sich die Netzwerklösung als hilfreich. Während für die Umweltzertifizierung vor allem die automatische Sicherheitsabschaltung der Pumpen entscheidend war, unterstützt die effektive Überwachung des Tanklagers und der Mischprozesse wichtige Ziele eines Qualitätsmanagements wie die durchgängige Rückverfolgbarkeit von Produkten oder eine effiziente Lagerhaltung. Aufgrund des Erfolgs plant Castrol in Brasilien bereits die nächsten Projekte. Neben CC-Link soll dort mit dem Sicherheitsfeldbus CC-Link Safety künftig auch ein weiteres Mitglied der Netzwerkfamilie zum Einsatz kommen.

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