Intelligente Energieüberwachungsgeräte sind für Europas größte Molkerei erste Sahne

Die Rolle hochmoderner Druckluftüberwachungs- und Durchflussmessgeräte sowie Edgecomputingtechnologien in einem 60.000 Quadratmeter großem Molkereibetrieb.

Schon eine sehr geringe Leckage in einem Druckluftsystem kann sich stark auf Ihre Ressourcen auswirken. Bei einer typischen Pneumatikanlage kann durch Luftleckagen – ob durch einen beschädigten Druckluftschlauch oder eine verschlissene Dichtung – ein Luftverlust von bis zu 30 Prozent auftreten. Wenn solche Leckagen nicht abgestellt werden, führen sie nicht nur zu Energieverschwendung und Kostensteigerung, sondern können auch den Wirkungsgrad Ihrer pneumatischen Anlagen reduzieren, den Wartungsbedarf erhöhen und sogar Produktionsausfälle nach sich ziehen.

Um diese Folgen zu vermeiden, hat eine von Europas größten Milchproduktionsstätten vor kurzem eine intelligente IIoT-kompatible Sensorik (IIoT: Industrial Internet of Things) eingeführt, um den Energieverbrauch der Maschinen zu überwachen und wichtige Daten zu liefern. Zu den Instrumenten, die bei Abfüllmaschinen für aseptische Kartonverpackungen eingebaut wurden, gehören Echtzeitüberwachungsgeräte für Luft, Dampf, Wasser, Wasserstoffperoxid und Strom sowie Edgecomputingsysteme, die den Vorgang der Datenerhebung optimieren.

In ihrer Gesamtheit ermöglichte es diese Paketlösung aus Hardware und Software der Molkerei, die inzwischen eine eindrucksvolle Fläche von 60.000 Quadratmetern, 17 Abfüllmaschinen für aseptische Kartonagen und eine Produktionskapazität von 800 Millionen Litern Milch pro Jahr umfasst, ihre Betriebsabläufe zu optimieren.

Eine intelligente Lösung zur Energieüberwachung

Vor mehr als drei Jahren begann Hochwald, ein großes deutsches genossenschaftlich organisiertes Molkereiunternehmen, mit dem Bau einer Molkerei in Mechernich (Deutschland). Für dieses industrielle Neuansiedlungsprojekt, eins der größten Europas, war eine Kapazität zur Verarbeitung von über 800 Millionen Liter Milch pro Jahr, geliefert von mehr als 1.200 Milchlieferanten in der Hochwald-Gruppe, zu ultrahocherhitzter Milch (UHT), Kondensmilch, aromatisierter Milch, Sahne und anderen hochwertigen Produkten vorgesehen.

In der Planungsphase wählte Hochwald SIG, einen führenden Anbieter von Lösungen mit aseptischen Kartonagen, Bag-in-Box-Beuteln und Beuteln mit Ausgießern, als Lieferanten für die aseptische Befüllungstechnik auf den Fertigungsbändern. Die Befüllbänder für aseptische Kartonagen von SIG sind für ihre hohe Geschwindigkeit und Flexibilität bekannt und ermöglichen äußerst kurze Umrüstzeiten für diverse Verpackungsformate, -volumen und -designs. Bei diesem Projekt lieferte SIG 15 Abfüllmaschinen für aseptische Kartons, sodass Hochwald fünf verschiedene Verpackungsformate mit verschiedenen Füllmengen, Verschlüssen und Strohhalmen realisieren konnte.

„Der Wettbewerb auf dem Markt wird von Tag zu Tag intensiver und daher ist die Effizienz und Flexibilität beim Befüllen wichtiger denn je“, sagt Klaus Schippel (SIG Senior Key Account Manager). „Dadurch, dass unsere Abfüllmaschinen für mehrere Verpackungsformate und -volumen eingesetzt werden können, kann Hochwald sich von anderen Molkereibetrieben absetzen und weiterhin die sich wandelnden Bedürfnisse der Verbraucher erfüllen.“

SIG ist außer für die Geschwindigkeit und Flexibilität seiner Abfüllmaschinen für aseptische Kartonagen auch für seinen Einsatz um die Nachhaltigkeit bekannt. Zum Beispiel haben die innovativen Verpackungsmaterialien, die unter anderem forstwirtschaftlich gewonnene und recycelte Rohstoffe enthalten, sowie die Papierstrohhalme des Unternehmens im Vergleich zu anderen Verpackungslösungen auf dem Markt nachweislich umweltfreundlichere Eigenschaften.

Nachhaltigkeitsaspekte spielten auch eine entscheidende Rolle bei der Planung des Werks und dem Bau der Abfüllmaschinen selbst.  „SIG wollte den Energieverbrauch seiner Abfüllmaschinen überwachen, bei denen verschiedene Medien wie Druckluft, Wasser, Dampf und Wasserstoffperoxid zum Einsatz kommen“, erläutert Gerson Henning, Manager Business Development bei Emerson. „Damals war SIG auf der Suche nach einem Partner, der eine geeignete Überwachungs- und Analysetechnologie liefern könnte.“

Einen Fuß in der Tür

SIG wandte sich an Emerson, ein im Bereich der Flüssigkeitsregelung und Pneumatik global führendes Unternehmen, um ein besseres Verständnis für den Verbrauch von Druckluft und anderen Medien in seinen Abfüllmaschinen zu entwickeln. Emerson brachte seinen AVENTICS™-Sensor der Serie AF2 zum Einsatz, der die Luftaufnahme von Pneumatikanlagen in Echtzeit überwacht und es damit den Nutzern ermöglicht, schnell und effektiv einzugreifen, wenn eine Leckage entdeckt wird.

Der intelligente Sensor verfügt über eine kalorimetrische Messzelle, die Luftstrom, Druck, Volumen und Energie präzise misst. Zusätzlich berechnet und speichert er Luftaufnahmedaten mit Minimal-, Maximal- und Durchschnittswerten, den Gesamtenergieverbrauch und andere aussagekräftige statistische Daten. Außerdem übermittelt der AF2-Sensor seine Daten über weit verbreitete Ethernet-Kommunikationsprotokolle wie OPC-UA und Message Queuing Telemetry Transport (MQTT).

Mit dieser Lösung und dem tragbaren Smart Pneumatics Analyzer (SPA) wurde die Druckluftaufnahme einer vorhandenen Abfüllmaschine evaluiert und angezeigt. „Es wurde deutlich, dass SIG den AF2 bei den Befüllbändern einbauen wollte,“ sagt Henning. „Laut unseren Tests kann dieser intelligente Sensor den Anwendern 10 bis 15 Prozent der Gesamtenergiekosten sparen.“

Die Ausweitung der Energieüberwachung auf andere Medien

Neben dem AF2 lieferte Emerson das Advanced Electronic System (AES) der AVENTICS™-Serie mit analogem und digitalem Input und Output (I/O) und IIoT-Funktionen zur Datensammlung aus allen Sensorquellen.

Da die aseptischen Abfüllmaschinen viele verschiedene Energiequellen wie Luft, Dampf, Wasser, Wasserstoffperoxid und Strom nutzen, wollte SIG seine Energieüberwachungsfähigkeit auch auf andere Medien ausweiten. Zu diesem Zweck lieferte Emerson Durchflussmessgeräte vom Typ ROSEMOUNT™ und Micro Motion™. Ihr jeweiliger Durchflussmessbereich wurde von Emerson-Ingenieuren durch Tests bestätigt.

„Neben unserem kompletten und fachkundigen Support dieser Anwendung war einer der Hauptgründe für SIG, sich für unsere Luftüberwachungs-, Durchflussmessgeräte und anderen Technologien zu entscheiden, die Tatsache, dass alles von einem Lieferanten bereitgestellt werden konnte, als echte Komplettlösung“, sagt Henning.

Die Umsetzung nahtloser IIoT-Konnektivität

Zusätzlich zur Energieeinsparung durch die Durchflusssensoren und -messgeräte war für SIG die Benutzer- und Konnektivitätsfreundlichkeit der Komponenten ein überzeugendes Argument. Außer der Ausrüstung an sich lieferte Emerson den Industrial PC RXi2 mit PACEdge™-Software. Mit diesem robusten und gleichzeitig kompakten Edgecomputinggerät, das ideal für die Remoteüberwachung von technischen Anlagen ist, konnte die Erhebung, Speicherung, Verarbeitung, Visualisierung und Weitergabe von Energienutzungsdaten optimiert werden. Dank der leistungsstarken PACEdge™-Software kann der RXi2 nahtlos mit den Geräten vor Ort und den Überwachungssystemen kommunizieren, was Hochwald eine Steigerung der Produktion von Molkereiprodukten und die flexible Verwaltung kritischer Ressourcen ermöglicht.

Die PACEdge™-Software umfasst Datenvisualisierungsfunktionen, mit denen die Ingenieure von Emerson individuelle Dashboards vor Ort schufen, die mit dem PACEdge™-Softwarestack (Node-RED und Grafana) ausgestattet und für die Anzeige von Sensor- und Energieverbrauchsdaten gedacht sind.

Emerson nimmt fortlaufend neue Gelegenheiten wahr, diese Vorteile auszubauen und das Wertschöpfungspotenzial der Lösungen zu erweitern. Zum Beispiel plant das Unternehmen schon den nächsten Schritt zur Erweiterung der IIoT-Fähigkeiten des Dashboards: die Einführung dynamischer Dashboards, die sich einfach an die Anwendung des Endnutzers anpassen lassen, anstelle von fixen Lösungen. „Wenn die Endnutzer dynamische Dashboards hätten, bräuchten sie nur eine Softwareplattform zur Steuerung aller Maschinen“, sagt Henning. „So müssten etwa die Ingenieure nur ein einziges Softwareupdate auf alle Maschinen aufspielen, wohingegen zuvor jede Maschine einzeln aktualisiert wurde, was wertvolle Zeit kostet und zu höheren Kosten führt.“

Eine schlüsselfertige Komplettlösung

Hochwald setzt nun in seiner Molkerei, die im Juni 2022 offiziell eröffnet wurde, den Druckluftüberwachungssensor der AF2-Serie, Durchflussmessgeräte und den PC RXi2 mit PACEdge™-Software ein. Zusammengenommen ergeben diese Geräte ein beliebig oft implementierbares Plug-and-Play-System mit lokalen Dashboards und Cloudintegrationsfähigkeit, das eine spezifische Stückliste und Anzahl von Paneelen umfasst und daher von SIG ganz einfach bei zukünftigen Projekten nachbestellt werden kann.

„Das Hardware-und-Software-Paket von Emerson erlaubt es uns, den Energieumsatz unserer Abfüllmaschinen zu überwachen und besser zu verstehen“, sagt Lukas Merten, Department Manager Automation Engineering. „Mit diesen wichtigen Informationen können Endnutzer ihre Prozesse optimieren, ihre Bemühungen um Nachhaltigkeit verstärken und eine bessere Qualität der Betriebsabläufe erreichen. Und wir sind Emerson nicht nur für die Geräte selbst dankbar, sondern auch für die notwendige Beratung, wie alles zusammenpasst. Wir freuen uns darauf, auch bei zukünftigen Projekten zusammenzuarbeiten.“