Fit für Folien

Automatisierungstechnik
Fit für Folien
Gießfolien-Coextruder mit Simatic-Regelung runderneuert
Mit neuer Regelungstechnik und
einem zeitgemäßen Bedien- und
Beobachtungssystem von Simatic hat
die Nordenia Deutschland Gronau
GmbH einen bewährten GießfolienCoextruder zu neuen Höchstleistungen gebracht. Greifbare Ergebnisse des Retrofits sind konstant
hohe Produktqualität und deutlich
kürzere Umrüstzeiten.
intensiv. Abhilfe sollten ein neues Regelungssystem und ein neues B&B-System schaffen.
Nordenia beauftragte die ATG Automatisierung GmbH aus Gronau, die technisch
anspruchsvollen Vorstellungen umzusetzen.
Das innovative Ingenieurbüro kann auf umfangreiche Projekterfahrung in der Nahrungsmittel-, Textil-, Zement-, Papier- und
Betonindustrie sowie bei kerntechnischen
und klärtechnischen Anlagen verweisen.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Verpackungs- und Kunststoffindustrie.
Der Gießfolien-Coextruder verarbeitet Kunststoffgranulat zu Mehrschichtfolien mit bis
zu 1900 mm Breite und maximal 1 mm
Dicke. Um engste Fertigungstoleranzen einhalten zu können, muss die Temperatur
über den gesamten Aufbereitungsprozess
hinweg exakt geregelt werden. Dazu sind
Co- und Hauptextruder, die Adapterzone
Extrusionszylindern erhöht die Anforderungen an die Regelung, weil zur zugeführten
Wärmeenergie auch die innere Reibungswärme kommt.
Aus den Zylindern gelangen beide
Schmelzeströme in die Adapterzone, wo sie
über weitere sechs Heizzonen auf Verarbeitungstemperatur gehalten werden. Nach
der Adapterzone folgt die Breitschlitzdüse,
die die Mehrschichtfolie ausformt. Die
Lippenheizung der Austragsdüse besteht
aus sieben Heizzonen, die im Bereich von
225 °C bis 240 °C geregelt werden müssen.
Die geforderte Temperaturtoleranz beträgt
an jeder (Regel-)Stelle der Aufbereitung
± 2 K , größere Abweichungen würden sich
unmittelbar auf das Plastifizier- bzw. das
Fließverhalten und damit auf die Folienqualität auswirken.
Projektleiter Uwe Ottink von ATG hat in Zusammenarbeit mit Siemens Münster ein maßgeschneidertes Retrofit-Konzept entwickelt,
Hochflexibler Ersatz
für alte, starre Hardware-Regler:
Simatic-Regelbaugruppe FM 455 S
Ein Simatic Multi Panel MP270 liefert
Folienrezepturen per Knopfdruck
und visualisiert den Gesamtprozess
Regelung fit dank Simatic-Retrofit:
Modernisierter Gießfolien-Coextruder
der Nordenia Deutschland Gronau GmbH
nisch aber nicht mehr auf dem Stand der
Technik war. Das auf Hardware basierende
Regelsystem in 19"-Technik mit fest vorgegebenen Reglerstrukturen (PID-Regler) war
nur sehr aufwändig auf die Verarbeitung
unterschiedlicher Materialien einzustellen.
Auch die Ersatzteilbeschaffung war nicht
mehr gesichert und zudem relativ kosten-
und auch die Lippen der Breitschlitzdüse
mit Heizelementen ausgerüstet. Jeweils
fünf Heizelemente bringen den kleineren
Coextruder und den Hauptextruder auf die
Verarbeitungstemperatur von rund 250 °C
bzw. 230 °C, bei der das Kunststoffgranulat
aufschmilzt und plastifiziert. Die Scherwirkung der rotierenden Schnecken in den
das alle Anforderungen erfüllt. Basis ist eine
Simatic S7-414-2 DP, die Stelle der alten
Hardware-Regelung nimmt eine kompakt
bauende Simatic-Regelbaugruppe FM 455 S
mit selbstoptimierendem Regelungsalgorithmus auf der Basis von Fuzzy-Logik ein.
Zum Bedienen und Beobachten wurde ein
Simatic Multi Panel MP270 eingesetzt.
Die Nordenia Deutschland Gronau GmbH
gehört zur Nordenia International AG, einem
der weltweit führenden Hersteller und Veredler von Industriefolien, Industrie- und
Konsumverpackungen. In Gronau betreibt
das Unternehmen unter anderem eine in
den achtziger Jahren installierte GießfolienCoextrusions-Anlage, die zwar mechanisch
noch voll funktionsfähig, regelungstech-
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Enge Toleranzen gefordert
Automatisierungstechnik
Simatic FM 455 S –
Regelgüte erster Klasse
Die Simatic FM 455 ist eine universell einsetzbare Regelbaugruppe mit 16 Kanälen.
Sie bietet mehrere weitgehend vorgefertigte
Regelungsstrukturen für Festwert-, Kaskaden-, Verhältnis- und 3-Komponenten-Regelung, eine Selbstoptimierungsfunktion und
eine Backup-Funktion für störungsfreien
Betrieb bei CPU-Stopp oder -Ausfall. Für
kontinuierliche Regler steht die FM 455 C
mit 16 Analogausgängen zur Verfügung. In
diesem Fall wurde die FM 455 S für Schrittoder Impulsregler eingesetzt.
Identifizieren der Regelstrecke
Die Identifikation der Regelstrecke
beginnt mit einer Beobachtungsphase, wobei keine Heizleistung ausgegeben wird und Temperaturtrends
im Heizmedium erkennbar sind.
Danach wird die maximale Heizleistung von 100 Prozent ausgegeben.
Der Bereich der ersten vier Prozent
Temperaturerhöhung vom Sollwertbereich wird für die Identifikation
genutzt. Bei einem und vier Prozent
Temperaturerhöhung werden anhand
der verstrichenen Zeit Informationen
über das Prozessverhalten gewonnen.
Die Identifikation ist abgeschlossen,
wenn die Heizleistung geringer als
100 Prozent wird, anschließend
arbeitet der Regler mit den ermittelten Parametern.
Die mit Thermoelementen (Typ L) erfassten Temperatur-Istwerte werden über die
integrierten Analogeingänge der FM 455 S
eingelesen, die Thermoelemente über Polygonzüge mit 13 Stützpunkten nachgebildet. 32 digitale Ausgänge leiten die Stellwerte über Halbleiterschütze zu den Heizbändern.
Lippenheizung der Breitschlitzdüse mit
sieben Heizzonen, die per Simatic FM 455 S
auf ± 2 °C genau geregelt werden
Herausragendes Merkmal der Baugruppe
ist der selbstoptimierende Temperaturregelalgorithmus in Fuzzytechnologie. Mit einfachen Parametriermasken des Projektierungspakets lässt sich die Regelstrecke mit
minimalem Aufwand identifizieren, so dass
der Regler schneller im Optimum arbeitet
(siehe Kasten).
„Diese Selbstoptimierung verkürzt die
Inbetriebnahme deutlich, insbesondere bei
Anlagen mit vielen Regelstellen“, vergleicht
Uwe Ottink mit anderen Projekten, „und der
Anwender bleibt flexibel, weil er das Procedere zum Beispiel nach einem Wechsel der
Heizbänder schnell wiederholen kann. Das
hält Ausfallzeiten in engen Grenzen.“ Seine
Programmierarbeit wurde durch vordefinierte Funktionsbausteine und das perfekte
Zusammenspiel zwischen Controller und
Regelbaugruppe erheblich verkürzt. So
wurde für das Retrofit weniger als die eingeplante Woche benötigt.
Bedienkomfort am Multi Panel
Mit der Projektierungssoftware ProTool
(Version 6) hat er auch in kürzester Zeit eine
komfortable Oberfläche zum Bedienen und
Beobachten der Anlage über ein Simatic
Multi Panel MP270 entwickelt. Die industriegerechte multifunktionale Plattform ist
für maschinennahes Bedienen und Beobachten unter Windows CE konzipiert. Auf
PC-Card und/oder CF-Card können Rezepturen gespeichert und bei Bedarf schnell
wieder eingelesen und Prozessdaten archiviert werden.
„Die neue, durchgängige Steuerung und
Regelung auf Simatic-Basis reduziert Maschinenumrüstzeiten auf ein Minimum, zusammen mit der interaktiven Bedienung
macht sie Produktwechsel einfacher und
sicherer“, so der verantwortliche Elektromeister bei Nordenia, Wilhelm Albers. Und
was besonders wichtig ist: Die Qualität der
Endprodukte ist wieder auf konstant hohem
Niveau gesichert.
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