Regler So optimiert ein Multifunktionscontroller die Produktion von Lebensmittelzusatzstoffen

Ein Hersteller von Lebensmittelzusatzstoffen suchte für die Automatisierung seiner Casein-Trocknungsanlage eine leicht bedienbare Steuerung, um komplexe Prozesse zu regeln und die mit einer SPS kommunizieren kann.

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Ohne Casein wären viele industriell produzierte Lebensmittel nicht denkbar, denn das Milcheiweiß gibt ihnen erst ihre Struktur. Caseine wirken z. B. bei Eis und Desserts körpergebend und schaumstabilisierend, sorgen für eine gleichmäßige Konsistenz von Frischkäse und Wurstbrät oder garantieren als Bindemittel die Gefrier- und Auftaufestigkeit von Soßen und Fertiggerichten.

In der Lebensmittelindustrie wird vielfach pulverförmiges Casein eingesetzt. Einer der Produktionsschritte zur Herstellung dieses Zusatzstoffes findet an der Walzen-Trocknungsanlage statt. Hier wird das Casein verarbeitet, das zuvor durch Ultrafiltration, Konzentration und Trocknung aus pasteurisierter Milch gewonnen wurde. An der Trocknungsanlage wird es zunächst wieder verflüssigt, nach Kundenwünschen mit Zusätzen angereichert, und dann mit dampfbetriebenen Walzen erneut getrocknet. Dazu transportieren Förderpumpen das verflüssigte Casein auf zwei riesige Trocknungswalzen. Mit den Pumpen wird ein dünner Film des flüssigen Caseins auf die Walzen aufgetragen, die eine Temperatur von etwa 180°C haben. Durch die Hitze verdampft die Feuchtigkeit im Casein, so dass ein Granulat entsteht, das in einer nachgeschalteten Mühle zu Pulver vermahlen und anschließend verpackt wird.

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Gesamter Prozess wurde mit der Hand gesteuert

Beim Transport der Casein-Flüssigkeit auf die Hauptwalze werden die Förderpumpen von kleineren, sogenannten Übertragswalzen unterstützt. Der Raum zwischen diesen kleinen Walzen wird Walzensumpf genannt. In einen dieser Sümpfe wird das Produkt hineingefördert, im anderen der Füllstand gemessen. Das ist wichtig, damit die Walzen gleichmäßig mit Flüssigkeit benetzt werden. Ist der Füllstand zu niedrig, wird zu wenig Flüssigkeit auf die Walzen aufgetragen und das Produkt brennt an. Das Anbrennen macht das Produkt unbrauchbar und führt zu einem schnelleren Verschleiß des 3 m langen Messers, das an der Walze entlangläuft und das getrocknete Casein von der Walze trennt.

Mindestens ebenso wichtig wie die Kontrolle des Füllstandes ist die Überwachung der Oberflächentemperatur der Walze sowie der Stärke des Dampfdrucks. Bei einem Hersteller für Lebensmittelzusatzstoffe wurde dieser Prozess bisher manuell geregelt, was sehr aufwändig war. So wurde die Produktzufuhr über Potentiometer gesteuert, die ständig von einem Arbeiter kontrolliert werden mussten. Es kam öfter vor, dass die Walzen nicht gleichmäßig benetzt waren und das Produkt anbrannte – zumal die Walzentemperatur nach Gefühl geregelt wurde und deshalb nicht immer konstant war.

Automatisierung sollte Abläufe optimieren

Schon seit längerem hatte das Unternehmen deshalb die Idee, die Anlage zu automatisieren und auf diese Weise Fehlerquellen abzustellen. Die Suche nach einem Regler gestaltete sich allerdings schwierig, denn man fand in der Preisklasse, die infrage kam, keinen Regler, der mit einer SPS kommunizieren kann. Das war aber eine der Voraussetzungen. Fündig wurde man schließlich bei Hesch. Das Unternehmen aus Neustadt am Rübenberge bei Hannover entwickelt und produziert seit über 40 Jahren Steuerungs- und Automatisierungslösungen für industrielle Anwendungen. Mit dem Multifunktionscontroller hat Hesch einen Regler auf den Markt gebracht, der auch komplexe Prozesse regeln kann und dabei deutlich weniger kostet als eine SPS. Der Lebensmittelzusatzstoff-Hersteller entschied sich für den MFC, weil er ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet, leicht zu handhaben ist und es dem Anwender ermöglicht, die Benutzeroberfläche ganz individuell zu gestalten.

Prozesse wurden stark verbessert

In der Casein-Trocknungsanlage hat der MFC die Prozesse deutlich optimiert. Dauerte es bisher 8 bis 12 Stunden, bis die Walzen auf 180°C Betriebstemperatur aufgeheizt waren, braucht man für denselben Vorgang jetzt nur noch 3,5 Stunden. Der MFC ist aber auch an weiteren Nebenprozessen in der Trocknungsanlage beteiligt. Er steuert die Produktpumpe in Verbindung mit der Füllstandsmessung im Walzensumpf und überwacht die Oberflächentemperatur und den Dampfdruck in der Walze. Je nach Walzengeschwindigkeit verändert sich die Oberflächentemperatur der Walze. Je schneller sich die Walze dreht, desto schneller wird das Produkt zu- und abgeführt. Die Walzentemperatur kühlt bei höherer Drehzahl daher schneller ab. An dieser Stelle regelt der MFC zuverlässig nach, um ein gleichbleibend gutes Produkt zu garantieren.

Der Ertrag der Casein-Trocknungsanlage ist seit der Installation des Multifunktionscontrollers deutlich gestiegen, da kein Produkt mehr anbrennt. Das zeigt sich auch am geringeren Verschleiß der Messer, mit denen das getrocknete Casein von der Walze getrennt wird: Da nichts mehr anbrennt, werden sie sehr viel weniger beansprucht und die Instandhaltungskosten für die Anlage sinken. Der Hauptvorteil des MFC ist aber, dass die Mitarbeiter, die bisher die Prozesse manuell regeln mussten, jetzt Zeit für andere wichtige Tätigkeiten haben. Sie können ihr Augenmerk jetzt mehr auf die Gesamtproduktion richten.

Eine SPS ist für viele Anwendungen gar nicht nötig

Mit dem Multifunktionscontroller hat Hesch eine Lücke zwischen Standardreglern und SPS geschlossen. Bisher benötigten Anwender für die Steuerung individueller Temperaturregelungen eine Speicherprogrammierbare Steuerung, die nicht nur teuer in der Anschaffung ist, sondern auch tiefgehende Programmierkenntnisse erfordert. Da Unternehmen oft kein Personal haben, das diese Programmierungen vornehmen könnte, müssen externe SPS-Spezialisten mit Tagessätzen von bis zu 800 Euro beauftragt werden. Hinzu kommt, dass eine SPS über Funktionen verfügt, die für viele Anwendungen gar nicht benötigt werden. Und letzten Endes war es bisher nicht möglich, mit einem einzigen Regler die Ablaufsteuerung inklusive unterschiedlicher Nebenprozesse zu regeln.

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Ein Multifunktionscontroller kann auch von Laien bedient werden

Der MFC von Hesch schafft hier Abhilfe, denn er lässt sich schnell und intuitiv ohne Programmierkenntnisse konfigurieren und ist für fast alle Prozesse und Anforderungen mit den passenden Funktionen ausgestattet. „Wir haben den Controller so aufgebaut, wie ein Verfahrenstechniker denkt“, beschreibt Geschäftsführer Werner Brandis das Konzept hinter der Technik. Der Anwender kann sich auf dem PC mit der eigens entwickelten Software EasyTool MFC die verschiedenen Blöcke per Drag-and-Drop zu seinem gewünschten Prozessablauf zusammenstellen.

Mit dem Tool lassen sich benutzerdefinierte Bedienseiten, Programmabläufe und Applikationen erstellen. Um vor der Live-Schaltung auf Nummer sicher zu gehen, bietet die Software zudem eine Simulationsfunktion: So können alle Abläufe ausführlich getestet werden und die Inbetriebnahmezeit verkürzt sich auf ein Minimum. Zum Umfang des MFC gehören außerdem Debugging- und Forceing-Funktionen sowie eine anschauliche Online-Darstellung von Prozesswerten.

Weitere Zusammenarbeit ist wahrscheinlich

Nicht nur mit dem MFC, auch mit dem Service von Hesch ist der Lebensmittel-Zusatzstoff-Hersteller sehr zufrieden. Aufgrund der positiven Erfahrungen kann sich das Unternehmen eine weitere Zusammenarbeit mit dem Automatisierungsspezialisten gut vorstellen. Es sei durchaus möglich, dass einige der bislang autarken Anlagen künftig gemeinsam optimiert werden, berichtet ein Verantwortlicher der Firma.

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