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DEZ 2015

Stoffströme besser erfassen

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Die hohen Rohstoffkosten, die teils noch höheren Entsorgungskosten und die gesetzlichen Auflagen führen zu einem bewussteren Umgang mit Rohstoffen. Nach Ablauf der Nutzungsdauer eines Produkts wird die Frage nach der Wiederverwendung der Rohstoffe gestellt und es werden Anreize gegeben, diese als Rücklaufware oder Recycling-Material für die Herstellung neuer Produkte einzusetzen.

In der industriellen Produktion wird Ausschuss durch eine verbesserte Prozessführung reduziert. Die verbleibenden Ausschussmengen werden nach Möglichkeit durch direkte Aufbereitung der Wiederverwendung zugeführt. Der Vorteil besteht darin, den Wert des Materials durch Sortenreinheit und Vermeidung von Verschmutzung in hohem Maße zu erhalten.

Gebrauchte Produkte aus dem Konsumbereich wie PET-Flaschen, Fensterprofile, EPS oder landwirtschaftliche Folie u.a. werden heute ebenfalls verwertet. Da die Reinheit des Werkstoffs nicht mehr sichergestellt ist, gelangt der Werkstoff erst nach aufwendigerer Aufbereitung in die Produktion.

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Herstelleradresse Bolder automation GmbH Telefon: +49-(0)6431-9848-0 In den Klostergärten 9 Fax: +49-(0)6431-984828 D- 65549 Limburg email: info@bolder.eu 1 Die wirtschaftliche Bedeutung der Mengenerfassung Die hohen Rohstoffkosten, die teils noch höheren Entsorgungskosten und die gesetzlichen Auflagen führen zu einem bewussteren Umgang mit Rohstoffen. Nach Ablauf der Nutzungsdauer eines Produkts wird die Frage nach der Wiederverwendung der Rohstoffe gestellt und es werden Anreize gegeben, diese als Rücklaufware oder Recycling-Material für die Herstellung neuer Produkte einzusetzen. In der industriellen Produktion wird Ausschuss durch eine verbesserte Prozessführung reduziert. Die verbleibenden Ausschussmengen werden nach Möglichkeit durch direkte Aufbereitung der Wiederverwendung zugeführt. Der Vorteil besteht darin, den Wert des Materials durch Sortenreinheit und Vermeidung von Verschmutzung in hohem Maße zu erhalten. Gebrauchte Produkte aus dem Konsumbereich wie PET-Flaschen, Fensterprofile, EPS oder landwirtschaftliche Folie u.a. werden heute ebenfalls verwertet. Da die Reinheit des Werkstoffs nicht mehr sichergestellt ist, gelangt der Werkstoff erst nach aufwendigerer Aufbereitung in die Produktion. Bild 1: Materialströme bei einem Kunststoff-Verarbeiter In Bild 1 sind die Materialströme eines Produktionsbetriebs dargestellt. Es wird nicht nur Neuware verarbeitet, sondern nach Aufbereitung auch Rücklaufware oder Recyclingmaterial verwendet. Aufbereitete Übermengen werden nach Marktlage als Wertstoff weiterverkauft. Die Wertschöpfung hängt von der Nachfrage und von der Bearbeitung anstehender Aufträge ab. Zur zeitoptimalen Einsteuerung ist das Lager ein wichtiger Bestandteil des Materialfluss-Systems. Die Produktionssteuerung plant auf Basis der im Lager verfügbaren Rohstoffe und deren Menge. Die eingehenden Mengen aus der Granulierung oder Mühle werden deshalb über die Waage gemessen und einer Lagerposition zugeordnet. Der aktuelle Bestand ist somit bekannt. Die Aufgabe der Mengenerfassung übernimmt die selbsttätige Waage CTW, die Chargen verwiegt und die ermittelten Gewichte zu einer Menge aufsummiert (totalisiert). Die Zuordnung auf die Lagerposition ist Sache der zentralen Steuerung und der Auftragsverwaltung mittels eines MES- und ERP-Systems. 2 Integration der Waage in den Aufbereitungsprozess Die Verwiegung ist Teil einer Gesamtanlage bestehend aus: • Zerkleinerung (Mühle) • Aufbereitung (Trennung, Waschung, Entstaubung,..) • Materialförderung (Zyklon, Vakuumerzeugung, Verrohrung, …) • Lager (Silo, Big-bag, Container, …) Bild 2: Einbindung der Waage in den Materialstrom Wie in Bild 2 dargestellt wird die Waage mit Mahlgut beladen und nach Ermittlung des Gewichts in einen Absaugbehälter entladen. Von da aus wird das Material weiterverteilt. Dieser Ablauf ist vollkommen autark im Sinne einer selbsttätigen Waage. Lediglich der Beginn und das Ende einer Mengenerfassung werden von außen vorgegeben, damit die Ergebnisse auf einen Produktionsauftrag bezogen werden können. 3 Ablauf Nachfolgend ist der Ablauf der Befüllung und Entleerung der Waage mit der dazugehörenden Ansteuerung der Klappen und Ventile dargestellt. Bild 3: Messzyklus der Chargenverwiegung Die Messung startet bei leerem Trichter mit dem Gewicht Null. Im Zustand „Messen Voll“ wird das Gewicht des eingefüllten Materials Wvoll ermittelt und der Gesamtmenge zugerechnet: Menge (neu) = Menge (alt) + Wvoll Die Entleerung ist gekoppelt an die beiden integrierten Klappen, die symmetrisch eine Öffnung von 300x300mm freigeben. Damit kann auch sehr leichtes oder schlecht fließendes Material aus dem Trichter mit den Maßen 600x600m ausfließen. Die Befüllung kann über Ventile, Dosierer, Zellradschleusen oder andere Einheiten erfolgen. Die Kapazität beträgt bis zu 5to/h bzw. bis zu 12m³/h. Eine materialgerechte Auslegung ist nach folgenden Kriterien vorzunehmen:   • Schüttdichte Material • Füllvolumen • Messbereich Gewicht • Min. Zykluszeit • Fließeigenschaften des Materials Die verschiedenen Einflüsse werden in der Projektierung bewerten. Entsprechend wird die Ausführung der Waage gestaltet. 4 Mechanische Ausführung Die Waage ist in ein Rahmengestell von 1000x800x800mm (HxBxT) eingebaut. Das Rahmengestell kann in einen Gesamtaufbau von Materialzuführung und Materialabnahme integriert werden. Außerdem können auf der Oberseite ein Sperrventil oder andere Zuführungen montiert werden. Von oben ragt auch die Niveauerfassung in die Waage hinein. Die Sonde ist in der Höhe verstellbar, um unterschiedliche Sollhöhen festzulegen. Auf der rechten Seite sind der Schaltkasten und alle notwendigen pneumatischen Elemente positioniert. Die restlichen freien Flächen werden durch steckbare Seitenwände abgedeckt, die zu Servicezwecken leicht abgenommen werden können. Bild 4: CTW-200l 5 Steuerung Die Steuerung der selbsttätigen Waage ist auf Basis der Simatic S7-1200 ausgeführt. Eine genaue Gewichtsmessung wird über eine Siwarex-Baugruppe erreicht. Alle Funktionen wie Ablauf der Verwiegung, Niveauüberwachung und Ventilansteuerung laufen autark ab. Über das Touch-Panel kann die Erfassung gestartet und beendet werden. Als Ergebnisse werden auf der zentralen Bedienseite das Materialgewicht, der aktuelle Durchsatz, die aufsummierte Menge und der Betriebsstatus dargestellt. Da die Mengenerfassung selten für sich alleine steht, ermöglicht die Anbindung an eine zentrale SPS auch die Abwicklung von eingesteuerten Aufträgen. Per standardmäßig vorhandener Ethernet-Schnittstelle werden alle Daten ausgetauscht. Es steht eine dokumentierte Datenschnittstelle und ein Beispielprojekt für die Master-SPS zur Verfügung, um eine Integration zu erleichtern. Die unterlagerte SPS kann zusätzliche Aufgaben im lokalen Umfeld übernehmen. Für weitere Sensoren, Ventile oder Antriebe werden Programmmodule ergänzt, die abhängig oder unabhängig von der Verwiegung arbeiten. Bild 5: Integration der CTW in ein Steuerungskonzept Eine besondere Überwachung wird für die elektrische und pneumatische Versorgung angeboten. Schließlich blockiert ein Ausfall der Versorgung den Materialfluss. Abhilfe bietet eine SPS-Funktion, die bei Ausfall der Versorgung die Verwiegung beendet, die letzte Information speichert und die Waage auf Durchlass schaltet. Nach Alarmbehandlung kann der reguläre Betrieb fortgeführt werden. Die SPS überwacht auch das Befüllen der Waage, um stark wechselnde Schüttdichten verarbeiten zu können. Ziel ist es, die Waage ausreichend zu befüllen bevor das Gewicht gemessen wird. Keinesfalls darf sie überfüllt werden. Eine Kombination aus Gewichtsmessung und Niveaumessung ermöglicht die Adaption auf die Schüttdichte. Bei umfassender Ausstattung wird eine 2 zu 3- Entscheidung für die Anpassung auf ein neues Sollgewicht getroffen. Diese Konfigurationsvariante empfiehlt sich bei der Verarbeitung von unpolaren Kunststoffen wie PE und PP und stark veränderlichen Schüttdichten. Die Darstellungs- und Summengenauigkeit der ermittelten Menge ist so hoch, dass keine Begrenzung der Menge und keine Einbuße an Auflösung zu erwarten ist. Selbst dann nicht, wenn nur alle paar Jahre die Erfassung auf Null zurückgesetzt wird. Beim Betrieb einer Aufbereitungsanlage kann ein konstanter Materialfluss nicht garantiert werden. Deswegen ermittelt eine Diagnosefunktion, wie hoch der aktuelle Durchsatz ist. Hierzu wird in festen Zeitintervallen die Gewichtsdifferenz gemessen. Der berechnete Durchsatz wird als Wert dargestellt, beziehungsweise in einem Trenddiagramm veranschaulicht. 6 Erweiterung des Anwendungsbereichs Batch Dosierung / Batch Blender Der modulare Aufbau der Waage eignet sich auch für den Aufbau einer Batchdosierung für hohe Durchsätze von 1…4 to/h und 2…6 Komponenten. Für die Zuführung der einzelnen Komponenten können auf der Oberseite schnell wirkende Ventile oder Dosierer montierte werden. Die einzelnen Rohstoffe werden nach Rezeptur nacheinander in die Waage präzise eingefüllt und als Charge gemeinsam entleert. Unter der Waage sorgt ein Mischer für eine ausreichende Durchmischung aller Komponenten bevor die Mischung abgesaugt und verarbeitet wird. Eine entsprechende Software auf Basis S7-1200 steht ebenfalls zur Verfügung. MES mit Siemens WinCC Scada Die Verwaltung von aufbereiteten Materialmengen, die Steuerung des Materialflusses und die Übergabe von auftragsbezogenen Informationen an das ERP erfordert eine auf den Betrieb zugeschnittene MES-Ebene. Als Softwaretool bietet sich WinCC Scada an, das frei auf die Aufgabe projektiert werden kann. Es verfügt über Schnittstellen sowohl zur Prozessebene und deren Steuerungen, als auch zur Leitebene, um Daten mit dem ERP auszutauschen. Die Datenbank im Hintergrund hilft, die Lagerbestände und Rezepte zu verwalten sowie Meldungen und Prozesswerte zu archivieren, um einen Herstellungsnachweis führen zu können. Alle MES Funktionen können somit individuell programmiert werden. Für diese Aufgaben ist ein kundenspezifisches Pflichtenheft zu erstellen.
 
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