Daten für den Topf

Wie soll man an die Daten eines Kugel­la­gers kom­men, das sich in einem gigan­ti­schen Rührtopf befin­det, in dem ­hei­ße Kunst­stoff­sup­pe schwappt? Mit die­sem ­Kunst­stück ­beschäf­tigt sich eine For­schungs­grup­pe der TU Dres­den in Zusam­men­ar­beit mit BASF und Phoe­nix Con­tact.

Thi­lo Glas (Phoe­nix Con­tact) mit Lui­se Rahm, Juli­us Lorenz, Dr. Mar­kus Grau­be und Valen­tin Khay­dar­ov (TU Dres­den)

Am BASF-Stand­ort Schwarz­hei­de wer­den che­mi­sche Grund­stof­fe pro­du­ziert. Mit­ten im Braun­koh­le­ab­bau­ge­biet der Lau­sitz gele­gen, wur­de das Werk schon 1935 als Hydrier­werk Schwarz­hei­de gegrün­det und dien­te zunächst der Her­stel­lung von syn­the­ti­schem Ben­zin aus Braun­koh­le. Heu­te gehört es zur BASF SE und dient seit 1972 vor allem der Poly­ure­than­pro­duk­ti­on. Dane­ben wer­den tech­ni­sche Kunst­stof­fe, Schaum­stof­fe, Pflan­zen­schutz­mit­tel und Lacke her­ge­stellt.

Auf kei­nen Fall Still­stand

Um aus den Basis­sub­stan­zen die jewei­li­gen ­End­pro­duk­te zu syn­the­ti­sie­ren, wird erhitzt, gekühlt, gerührt und ­gegos­sen. In mäch­ti­gen Rühr­kes­seln wer­den die ­Inhalts­stof­fe zusam­men­ge­führt und auf meh­re­re ­hun­dert Grad ­erhitzt. Sie sind ein zen­tra­ler Bestand­teil der ­Pro­duk­ti­on. Steht der Kes­sel, steht die Pro­duk­ti­on. Dann wird es teu­er.

Der Lau­sit­zer Pro­duk­ti­ons­stand­ort BASF Schwarz­hei­de GmbH gehört zur BASF-Grup­pe und zählt zu den größ­ten Stand­or­ten in Euro­pa. Sein Port­fo­lio umfasst Poly­ure­than-Grund­pro­duk­te und ‑Sys­te­me, Pflan­zen­schutz­mit­tel, Was­ser­ba­sis­la­cke, tech­ni­sche Kunst­stof­fe, Schaum­stof­fe, Disper­sio­nen und Laro­mer-Mar­ken.

Das Rühr­werk in die­sen Kes­seln wird durch extrem star­ke Kugel­la­ger beweg­lich gemacht. Die­se Kugel­la­ger unter­lie­gen einem nor­ma­len Ver­schleiß. Das Pro­blem: Da die Rühr­wer­ke im Kes­sel sind, sind sie nicht zugäng­lich. Fällt das Kugel­la­ger aus, geschieht dies plötz­lich und ohne Vor­war­nung. Also müs­sen War­tungs­rou­ti­nen, bei denen der Rühr­kes­sel inspi­ziert und das Lager bei Bedarf getauscht wer­den kann, nach einem star­ren Zeit­sche­ma ablau­fen, wel­ches immer kür­zer ist als der tat­säch­li­che Ver­schleiß, damit die Anla­gen kon­trol­liert her­un­ter­ge­fah­ren wer­den kön­nen.

Wie schön wäre es, wenn man den Zustand des Lagers und damit die Sta­bi­li­tät des Pro­zes­ses genau­er und zeitak­tu­ell bestim­men könn­te und die Pro­duk­ti­on nur dann still­ste­hen müss­te, wenn der Zustand des Kugel­la­gers tat­säch­lich einen Tausch nötig machen wür­de? Doch wie an das Lager her­an­kom­men? Und wel­che Sen­so­ren hal­ten zuver­läs­sig und jah­re­lang den Angrif­fen aggres­si­ver Che­mi­ka­li­en unter Hit­ze und Druck stand?

Pro­jekt gesucht

Und hier kommt die neue PLCnext Tech­no­lo­gy von Phoe­nix Con­tact ins Spiel. Denn die­se sys­tem­of­fe­ne Steue­rungs­tech­no­lo­gie kann mit Hoch­spra­che ange­spro­chen wer­den. Und nicht nur das, moder­ne Soft­ware­tools wie Matlab/Simulink kön­nen ein­fach in PLCnext inte­griert wer­den. Was zu bewei­sen war. Also galt es, im Zusam­men­hang mit den Akti­vi­tä­ten zur dies­jäh­ri­gen NAMUR Haupt­sit­zung ein Pro­jekt zu iden­ti­fi­zie­ren, bei dem die PLCnext Tech­no­lo­gy kon­fron­tiert wur­de mit der Über­wa­chung von Slow Rota­ting Equip­ment, einer ganz typi­schen Anwen­dung in der Pro­zess­in­dus­trie.

Jetzt kam Dres­den auf den Plan: Denn der Lei­ter der Pro­fes­sur für Pro­zess­leit­tech­nik und der Arbeits­grup­pe Sys­tem­ver­fah­rens­tech­nik an der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Dres­den, Pro­fes­sor Dr. Leon Urbas, kennt die Bran­che. Und er kennt Phoe­nix Con­tact. Er gab den rich­ti­gen Tipp mit dem hei­ßen Kes­sel und sei­nem mal­trä­tier­ten, aber fast uner­reich­ba­ren Lager.

Dr. Mar­kus Grau­be

Dr. Mar­kus Grau­be ist der ver­ant­wort­li­che Wis­sen­schaft­ler im Labor „Pro­cess-To-Order“ am Insti­tut. Das gilt in Deutsch­land als füh­rend, wenn es um „modell­ba­sier­te, daten­ge­trie­be­ne und infor­ma­ti­ons­tech­ni­sche Ansät­ze zur Beschrei­bung und der Vor­her­sa­ge des Ver­hal­tens modu­la­rer Anla­gen“ geht. Ein­fa­cher aus­ge­drückt: Die Wis­sen­schaft­ler wol­len mit­hil­fe von Daten Vor­aus­sa­gen tref­fen über den Zustand von Anla­gen. Qua­si in den Kes­sel gucken, ohne hin­ein fas­sen zu müs­sen.

Damit sind sie idea­le Part­ner der PLCnext Tech­no­lo­gy. Denn die Stu­die­ren­den set­zen auf Hoch­spra­chen, um die Algo­rith­men zu pro­gram­mie­ren, mit denen Steue­run­gen aus den gewon­ne­nen Daten Vor­aus­sa­gen gewin­nen und Hand­lun­gen wie Alar­me oder die Redu­zie­rung von Dreh­zah­len ablei­ten. Die Pro­gram­mie­rung in Maschi­nen­spra­che, mit der klas­si­sche Steue­run­gen arbei­ten, wäre viel zu auf­wän­dig und teu­er.

Idea­le Part­ner

In Zusam­men­ar­beit mit den Spe­zia­lis­ten von ­Phoe­nix Con­tact ent­wi­ckel­ten Grau­be und sein Team einen kom­ple­xen Algo­rith­mus, der aus der Strom­auf­nah­me des E‑Motors sowie der Tem­pe­ra­tur und Stoff­zu­sam­men­set­zung im Kes­sel Rück­schlüs­se auf den Zustand des Kugel­la­gers zulässt. Der mit Hil­fe von Matlab/Simulink erstell­te Algo­rith­mus soll die Abwei­chun­gen, die vom defek­ten, schwer­gän­gi­gen Lager her­vor­ge­ru­fen wer­den, erken­nen und vor­war­nen, bevor das Lager ganz aus­fällt. Das Auf­spie­len auf die Steue­rung klapp­te pro­blem­los.

Mitt­ler­wei­le befin­det sich der Schalt­schrank mit der inno­va­ti­ven Steue­rung vor Ort und zeich­net flei­ßig Daten auf, um so die ange­streb­te Pre­dic­tive Main­ten­an­ce zu ermög­li­chen. Ein­zig das Kugel­la­ger spielt noch nicht mit. Denn es läuft rund und lie­fert bis­her noch kei­ne Situa­ti­on, die ein Ein­grei­fen nötig macht und den Algo­rith­mus ler­nen lässt. Aber da sind sich alle Betei­lig­ten einig: Das kommt noch.

TU Dres­den
PLCnext Tech­no­lo­gy

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