Nicht nur die Textilindustrie verwendet Fasern von Lenzing. Spezialfasern werden auch für Hygieneprodukte sowie für technische Anwendungen eingesetzt. Geliefert werden die Fasern an Weiterverarbeiter in aller Welt, wobei Asien mit über 50 Prozent den größten Markt darstellt. Die Fasern werden in mehreren Schritten hergestellt, ausgehend vom nachwachsenden Rohstoff Holz. Allein am Standort Lenzing werden jährlich etwa 800.000 Festmeter Buchenholz verarbeitet. Die Umwandlung von Holz in natürliche Fasern geschieht in ausgedehnten Anlagen, die mit einem hohen Automatisierungsgrad, einer größtmöglichen Umweltverträglichkeit und bestmöglicher Verwertung von Energie und Reststoffen operieren. Gerade die Optimierung in diesem Bereich ist das Hauptmotiv für die sukzessive Erneuerung einzelner Anlagen innerhalb des Gesamtkomplexes. Mit einer solchen Aufgabenstellung sah sich Dr. Bernhard Voglauer, leitender Regelungstechniker in der Faser Lenzing Technik Planung, konfrontiert. Es galt, ein völlig neues Verfahren, entwickelt von den hausinternen Chemikern, in eine Großanlage für die Produktion umzusetzen. Deren Konstruktion war weitgehend abgeschlossen und ein generelles Automatisierungskonzept lag vor. Auch die Entscheidung für die zu verwendende Leittechnik war gefallen: Aprol von B&R. Da die Produktionsprozesse innerhalb solcher Anlagen komplex und durch die verwendeten chemischen Verfahren nicht ungefährlich sind, ist es üblich, zwischen den Laborversuchen und dem Aufbau der produktiven Anlage sogenannte Technikumsanlagen zu errichten. Auf diesen werden die Prozesse im Kilogramm-Maßstab ausgetestet und optimiert, ehe sie auf die Großanlage übertragen werden – ein teueres und langwieriges Vorgehen. „Wir suchten daher eine Möglichkeit, ohne diesen lästigen Zwischenschritt auszukommen“, erinnert sich Voglauer. „Klar war allerdings, dass längere unproduktive Zeiten durch Optimierungsarbeiten in der Inbetriebnahmephase nicht auftreten dürfen.“ Die Antwort auf diese herausfordernde Aufgabenstellung fand Voglauer in der dynamischen Prozesssimulation, in der die gesamte Produktionsanlage mit sämtlichen verfahrenstechnischen Gegebenheiten als Computermodell nachgebildet wird. So können die Optimierungsaufgaben an der virtuellen Anlage durchgeführt werden. Ohne Produktionsstillstand,ohne Ausschussproduktion und vor allem ohne Gefahr für Mensch, Maschine und Umwelt. Als Werkzeug bot sich Matlab/Simulink des amerikanischen Herstellers The MathWorks an. Einerseits, weil es ein weltweit verbreitetes, anerkanntes Simulationssystem ist, das im Gegensatz zu einem früher bei der Lenzing AG verwendeten Produkt mit der geforderten Komplexität fertig wird. Andererseits, weil aus den Simulationsmodellen direkt ein Code generiert werden kann, der vom Aprol-Leitsystem verstanden wird. Bernhard Voglauer: „Der wirtschaftliche Nutzen ergibt sich aus der raschen Aufnahme der Produktion mit voller Leistung mit minimalem Zeitverlust durch die Inbetriebnahme.“ Dazu trägt die Vorabfestlegung der PLS-Parameter wie Arbeitspunkte, Grenzwerte, Alarmgrenzen etc. ebenso bei wie die Erkennung von Fehlern in der Programmierung des PLS, im Regelkonzept und in der Bedienbarkeit. Zusätzlich lässt sich die Plausibilität der verfahrenstechnischen Auslegung überprüfen und die für den reibungslosen Betrieb wichtige Akzeptanz der Anlagenfahrer durch vorgezogene Schulung und überzeugende Funktion steigern. In etwa 400 Arbeitsstunden wurde in drei Monaten aus Konstruktionsdaten, dem Verfahrensschema, sonstigem Expertenwissen und Ergebnissen von Laborversuchen zunächst ein physikalisches Anlagenmodell entwickelt und das Simulationsmodell in Simulink aufgebaut. Zum Einsatz kam das Konzept „Hardware-in-the-Loop“. Dabei wurde das Simulationsmodell über den sogenannten LAG-Simulator, der von einem CAE System mit einer I/O-Liste versorgt wurde, mit dem PLS verbunden. Die Dimension der Aufgabe: In der Anlage müssen 420 Inputs/Outputs, 78 Messwerte, 36 Motoren, 77 Ventile und 70 binäre Anzeigen angesteuert bzw. abgefragt werden. Die Visualisierung umfasst sechs Prozessbilder und acht Systembilder, der Automatisierungsalgorithmus wird in 51 Regelkonzept- und Bilanzrechnungsbildern abgebildet. Dazu kommen zwei Schrittautomaten mit insgesamt 35 Schritten sowie 42 Querverkehrsvariablen zu anderen Systemen.„Dieses Verfahren hat der Lenzing AG enorme Einsparungen vor und während der Inbetriebnahme gebracht“, weiß Voglauer. „In der Applikationssoftware konnten noch vor Inbetriebnahme 180 Mängel behoben werden.“
Probefahrt im Büro
Die eigentliche Inbetriebnahme ging dann sehr rasch vonstatten, da das Prozessleitsystem als Fehlerquelle ausgeschlossen werden konnte. Auch kamen die Programmierer während der Inbetriebnahmephase ohne die sonst üblichen Nachtschichten aus. Sie konnten ihre Arbeit bis zur Einstellung der Parameter für Regelungen, Grenzwerte und Programmautomaten bereits während der Simulationsphase planvoll und ohne Hektik vom Büro aus erledigen. Die Möglichkeiten des virtuellen Probebetriebs, auch außergewöhnliche Betriebszustände zu simulieren, hebt die Qualität der Schulungen für das Bedienpersonal. „Die Reduktion von Zeit und Problemen durch die virtuelle Inbetriebnahme hat selbst schärfste Kritiker überzeugt“, berichtet Bernhard Voglauer. Mittlerweile wird Matlab/Simulink beinahe schon routinemäßig zur Entwicklung neuer Regelungskonzepte verwendet. Es ist geplant, die zwischenzeitlich von B&R weiter ausgebauten Möglichkeiten zur direkten Codegenerierung durch Integration von Automation Studio in die neueste Aprol-Version zu nutzen.
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