Prozesstechnische Anlagen in der Zuckerproduktion – wie hier bei Nordzucker in Schladen – müssen hochverfügbar sein
Wenn hohe Anforderungen an die Verfügbarbarkeit gestellt werden und zusätzlich Signale große Distanzen in einem Umfeld mit elektromagnetischen Störungen überwunden werden müssen, ist Glasfasertechnik oft das Mittel der Wahl. In der Zuckerproduktion setzt die Nordzucker AG in der Zuckerfabrik am Standort Schladen auf Glasfasertechnik von eks Engel.
Das Unternehmen Nordzucker gehört zu den führenden Zuckerherstellern Europas. Es betreibt mehrere Werke in Europa sowie Rohrzuckermühlen in Australien. Die Zuckerproduktion folgt einem klaren saisonalen Rhythmus. Während der sogenannten Kampagne von September bis Ende Januar werden die angelieferten Zuckerrüben zu Zucker verarbeitet. In dieser Zeit läuft das Werk rund um die Uhr. „24/7 auch über Weihnachten und Neujahr wird durchgearbeitet“, beschreibt Seeliger die Intensität dieser Monate.
Das Verfahren zur Zuckerproduktion besteht aus verschiedenen Stufen: Nach dem Waschen werden die Rüben zerkleinert, der Zucker in der Extraktion herausgelöst, gereinigt, eingedampft und schließlich kristallisiert. Zentrifugen trennen Kristalle und Sirup. Die dafür benötigte Technik ist umfangreich und umfasst Fördertechnik, Pumpensysteme, Verdampferstationen und Energieversorgung. Entsprechend komplex ist die Automatisierungstechnik und die Energieinfrastruktur. Während der Kampagne steht vor allem die Verfügbarkeit der Anlagen im Fokus.
Hohe Anforderungen an Technik und Instandhaltung
Die Zuckerproduktion stellt besondere Anforderungen an die Anlagentechnik. Zucker ist klebrig, bindet Wasser aus der Umgebung und wirkt in Verbindung mit Feuchtigkeit korrosiv. Rohrleitungen, Behälter und Maschinen müssen regelmäßig gereinigt und inspiziert werden. Nach der Kampagne beginnt eine mehrmonatige Phase intensiver Instandhaltung, in der auch Modernisierungen und Neuinvestitionen stattfinden.
Neben klassischen Wartungsarbeiten stehen regelmäßig größere Modernisierungen an. So investiert das Nordzucker Werk in Schladen aktuell in neue Anlagenteile und in die Energieinfrastruktur. Für die Automatisierung bedeutet dies: Integration neuer Komponenten, Anpassung der Leittechnik, Sicherstellung der Kompatibilität und minimale Stillstandszeiten bei der Inbetriebnahme.
Besonders kritisch ist die Betriebssicherheit während der Kampagne. Ein Ausfall kann erhebliche wirtschaftliche Folgen haben. Entsprechend werden zentrale Ersatzteile vorgehalten. „Wenn nachts oder am Wochenende etwas kaputt geht, müssen wir reagieren können“, betont Seeliger. Große Lagerbestände vermeidet man zwar, doch strategisch wichtige Komponenten sind verfügbar.
Die Distanzen zwischen Leitwarte und Anlagenteile betragen bis zu 500 Meter
Zentrale Prozessführung
Kern der Automatisierung ist ein Prozessleitsystem auf Basis von Siemens-Technik. Eingesetzt wird Simatic PCS 7, ein in der Prozessindustrie weit verbreitetes Leitsystem. Die Architektur ist zentral organisiert. Die Intelligenz sitzt im Leitsystem, während in den Anlagenbereichen dezentrale Peripherie installiert ist. Zum Einsatz kommen unter anderem Simatic-ET-200 als dezentrale Ein- und Ausgabeeinheiten. Für die Antriebstechnik werden Simocode-Module genutzt, die Motoren überwachen und steuern.
Die Fabrik erstreckt sich über mehrere Hektar. In den einzelnen Bereichen befinden sich Schalträume mit Energieverteilung, Motorabgängen und dezentraler Peripherie. Diese sind in der Regel über Profibus mit dem Leitsystem verbunden.
Herausforderung: Große Distanzen des Anlagenbetriebs und EMV-Einflüsse
Die räumliche Ausdehnung der Anlage stellt die Kommunikationstechnik vor besondere Herausforderungen. Profibus auf Kupferbasis ist in der Standardausführung auf Leitungslängen von maximal 250 m begrenzt und anfällig für elektromagnetische Störungen. „Profibus arbeitet mit fünf Volt und kann über maximal 250 m verwendet werden“, erklärt Seeliger: „Die Übertragung über Kupferleitungen ist natürlich auch störanfällig gegenüber EMV-Einflüssen.“ In einer industriellen Umgebung mit leistungsstarken Motoren, Mittelspannungsanlagen und frequenzgeregelten Antrieben sind elektromagnetische Störungen unvermeidlich.
Die Distanzen zwischen Leitwarte und entfernten Anlagenteilen liegen häufig bei 300, 400 oder sogar 500 m. Damit ist eine direkte Kupferverkabelung weder technisch noch betrieblich sinnvoll. Zusätzlich führen Spannungsabfälle, Potenzialunterschiede und Erdschleifen zu erhöhtem Störungsrisiko. Frühere Erfahrungen mit seriellen Protokollen wie RS232 und RS485 zeigten bereits die Grenzen klassischer Kupferlösungen. Die Suche nach einer robusteren Lösung führte schließlich zur Glasfasertechnik.
Glasfaserstrecken
sind ein fester Bestandteil der Infrastruktur in der Automatisierungstechnik; dabei ermöglichen LWL-Systeme die Profibus-
Kommunikation
Glasfaser als stabile Lösung
Zum Einsatz kommen bei Nordzucker Medienkonverter und Bussystem-Umsetzer der Firma eks Engel FOS GmbH & Co. KG. Sie wandeln Profibus-Signale von Kupfer auf Lichtwellenleiter und am Zielort wieder zurück. Zum Einsatz kommen Systeme vom Typ DL485-PB für ProfiBus-Netzwerke über Lichtwellenleiter. Mit diesem innovativen System lassen sich optische Bus-, Stern- oder Baumstrukturen ebenso realisieren wie elektrisch-optisch gemischte Strukturen. Optional gibt es auch das redundanzfähige LWL-System DL485-PBR, das den Aufbau von optischen Ringstrukturen ermöglicht. Um die einwandfreie Funktion zu überprüfen, sind LED am Gerät sowie ein Fehlerrelais integriert.
Das Prinzip ist klar: Direkt am Prozessleitsystem erfolgt die Umsetzung von Kupfer auf Glasfaser. Über die störsichere Lichtwellenleiterstrecke werden die Daten in die entfernten Schalträume übertragen. Dort erfolgt die Rückwandlung auf Kupfer, um die dezentrale Peripherie anzubinden. „Wenn man auf Lichtwellenleiter geht, hat man natürlich keine Störeinflüsse von elektromagnetischen Feldern“, nennt Seeliger den wichtigsten Vorteil. Die galvanische Trennung erhöht zusätzlich die Betriebssicherheit. Auch größere Distanzen lassen sich problemlos überbrücken. Die Installation der Glasfaser erfolgt durch spezialisierte Dienstleister. Verlegung, Spleißen und Messtechnik erfordern spezielles Know-how und teure Ausrüstung.
Die Entscheidung für eks fiel nach praktischen Tests. „Wir haben das ausprobiert, eingesetzt und es hat sofort auf Anhieb funktioniert. Wir waren sehr begeistert und überrascht, wie gut es doch funktionieren kann, wenn man vernünftige Komponenten hat“, fasst Seeliger die Erfahrungen zusammen. Seitdem sind die Glasfaserstrecken ein fester Bestandteil der Infrastruktur in der Automatisierungstechnik.
LWL-System Typ DL485-PB
Perspektive: Migration zu Profinet
Mit der schrittweisen Einführung von Profinet und steigenden Anforderungen an Updatefähigkeit und Cybersecurity steht die Netzwerkinfrastruktur erneut im Fokus. Ziel ist eine möglichst einheitliche Managementstruktur für verschiedene Bussysteme.
Ob künftig auch im Profinet-Umfeld weiterhin Medienkonverter von eks eingesetzt werden, ist noch in der Bewertung. Klar ist jedoch: Die physikalischen Herausforderungen großer Distanzen bleiben bestehen – ebenso wie der Anspruch an die hohe Verfügbarkeit.
Fazit
Die Zuckerproduktion bei Nordzucker ist ein Paradebeispiel dafür, wie prozesstechnische Anlagen mit einer hohen Verfügbarkeit arbeiten müssen. Während der Kampagne zählt jede Stunde. Die Kombination aus zentralem Leitsystem, dezentraler Peripherie und glasfaserbasierter Kommunikation schafft die Grundlage für einen stabilen Betrieb über mehrere Hektar Anlagenfläche.
Die Erfahrungen zeigen, dass robuste physikalische Übertragungstechnik ein wesentlicher Baustein für die Gesamtverfügbarkeit ist. Gerade in EMV-belasteten Umgebungen mit langen Leitungswegen erweist sich Glasfaser als zuverlässige Technologie – und als entscheidender Faktor für einen reibungslosen Betrieb.
Autor: Dr. Jörg Lantzsch, Agentur Dr. Lantzsch, Wiesbaden
Quelle: eks Engel
Bilder: Aufmacher Nordzucker, Einklinker stockadobe.com – Irma, 01 + Einklinker
