Energieintensive Industrien spüren den Druck von allen Seiten! Neben den deutlich strengeren internationalen Nachhaltigkeitsgesetzen und -zielen zwingen die jüngsten starken Anstiege der Energiepreise die Unternehmen dazu, ihre Produkte und Prozesse genauer zu untersuchen, um sicherzustellen, dass sie Energie so effizient wie möglich nutzen.
Einfache Prozesse erfordern möglicherweise nur grundlegende Analysen und Feinabstimmungen, aber Anlagen, die mehrere Produkte herstellen und auf eine Vielzahl von Parametern mit hoher Toleranz angewiesen sind, sind viel schwieriger abzustimmen und profitieren oft enorm und unmittelbar von digitalen Lösungen.
Nachhaltigkeitsplanung
Die Compagnie des Ciments Belges SA (CCB), Teil der Cementir Holding-Gruppe – ein multinationales Unternehmen für Baulösungen und weltweit führend bei Weißzement – ist ein solches Unternehmen, das seine Prozesse mit dem Ziel untersucht, nachhaltiger zu werden. Tatsächlich hat es eine ehrgeizige Roadmap formuliert, um die CO₂-Emissionen bis 2030 deutlich zu reduzieren.
Die 10-Jahres-Roadmap der Gruppe umfasst den Ersatz von fossilen Brennstoffen und Klinker, die Entwicklung eines neuen kohlenstoffarmen Zements und mehrere Investitionen in nachhaltige Entwicklung, verbunden mit der Digitalisierung von Fertigungs-, Wartungs-, Bestands- und Ersatzteilmanagementprozessen in allen Werken.
Digitale Einblicke
Die Digitalisierung bringt in nahezu allen Industrieumgebungen Vorteile mit sich, da durch die Erfassung und Nutzung von Betriebsdaten neue und verbesserte Erkenntnisse gewonnen werden, die zu Effizienzsteigerungen führen. Die Zementindustrie bildet da keine Ausnahme.
CCB hat bereits erste Verpflichtungen in Bezug auf seine datengesteuerten Industrie-4.0-Ambitionen eingegangen, zunächst mit dem Kauf eines neuen digitalen Analysators, der die Feinheit der Zementformulierung aus seinen beiden Zementmühlen messen kann. Zuvor verwendete das Unternehmen eine Reihe von Kaskaden-PID-Reglern (proportional–integral–derivative), die auf Informationen reagierten, die alle zwei Stunden aus Laborproben gewonnen wurden. Doch konstante Qualitätskontrollen und die daraus resultierenden Energieeinsparungen erfordern eine ständige Messung, und ein zweistündiges Fenster ist mehr als genug, damit ein so komplexer Fertigungsprozess aus der Toleranz herausrutscht.
Juliano de Goes Arantes, Digital Account Executive bei Rockwell Automation, erklärt: „CCB bietet zehn verschiedene Zementsorten mit unterschiedlichen Qualitäten und funktionalen Spezifikationen an. Die Herstellung dieses Zements ist vergleichbar mit der Herstellung verschiedener Brotsorten; die unterschiedlichen Zutaten und Verhältnisse führen zu unterschiedlichen Endprodukten. Daher ist es wichtig, die richtigen Zutaten in den richtigen Mengen zu verwenden, um ein optimales Produktprofil zu erreichen, da sonst funktionale oder kostenseitige Auswirkungen auftreten können.“
Schließen des Kreislaufs
de Goes Arantes fährt fort: „CCB hatte schon lange erkannt, dass es eine genauere und zeitnahe Kontrolle über seine Verarbeitung benötigte, und der digitale Analysator war nur der erste Schritt. Als wir im Rahmen des Programms zur Digitalisierung erstmals kontaktiert wurden, war der Analysator noch nicht installiert, sollte aber als Teil der installierten Basis betrachtet werden. Daher musste unsere Lösung den Kreislauf schließen, d. h. Informationen vom Analysator in Echtzeit aufnehmen, die Prozessparameter und Rohstoffmengen feinabstimmen und dann die Korrekturen wieder in den Prozess einspeisen. Das Endziel war es, eine konsistente und optimale Qualität für die verschiedenen produzierten Zementarten zu gewährleisten. Dies würde nicht nur die Qualität verbessern, sondern durch die Verwendung energieintensiver Schritte nur für genau definierte Zeiträume auch den Stromverbrauch senken.“
Die Produkte und Fähigkeiten von Rockwell Automation waren der Cementir Group bereits bekannt, und es gab positive Referenzen, die die Entscheidung von CCB für diesen Anbieter untermauerten. Rockwell Automation konnte auch seine beträchtlichen Erfahrungen im Bereich Zement und Prozess in die Bereitstellung seiner FactoryTalk® Analytics™ PavilionX™ modellprädiktive Regelung (MPC) einbringen. MPC bietet eine intelligente Ebene, die über Automatisierungssystemen liegt und kontinuierlich aktuelle und prognostizierte Betriebsdaten bewertet. Anschließend vergleicht sie diese Daten mit den gewünschten Ergebnissen und treibt neue Steuerungsziele voran, um die Prozessvariabilität zu verringern, die Leistung zu verbessern und die Effizienz zu steigern – alles in Echtzeit.
Der Beweis liegt in den Zahlen
CCB verzeichnet bereits erhebliche Leistungssteigerungen durch eine straffere Kontrolle der Prozessschritte, wobei der spezifische Energieverbrauch (SEC) um mehr als 6 % gesunken ist – verglichen mit einem Ziel von 3 %. Die Produktionsrate ist um fast 8.5 % gestiegen, verglichen mit einem Ziel von 3 %, und die Verfügbarkeit liegt bei 97 % – genau im Zielbereich. In einer ähnlichen Anwendung in den USA hat die FactoryTalk® Analytics™ PavilionX™ modellprädiktive Regelung (MPC) den Durchsatz in zwei Mühlen um 4.8 % bzw. 5.7 % erhöht, die Produktion der Fertigmühle um 5 % gesteigert und den Stromverbrauch um 3.5 kWh pro Tonne produziertem Zement gesenkt.
Gauthier Autrand, Werksleiter bei CCB, betonte ebenfalls die Vorteile dieses neuen Systems: „Seit seiner Inbetriebnahme mussten wir die Rockwell-Service-Hotline nicht mehr anrufen, da dieses System kontinuierlich mit der erwarteten Leistung arbeitet, obwohl dies aufgrund der Änderungen in den Prozessen und Produkten, die jetzt Teil unserer Roadmap für die Nachhaltigkeit sind, schwer zu bestimmen ist.“
de Goes Arantes erläutert weiter: „Dies ist eine der komplexesten Anwendungen, an denen ich je gearbeitet habe, aufgrund der schieren Anzahl von Prozessvariablen und Zementarten. Aber Nachhaltigkeit ist eine wichtige zeitgenössische Metrik für jedes Unternehmen, daher war es wichtig, die bestmögliche Lösung zu liefern. Die MPC-Plattform optimiert mehrere Parameter gleichzeitig mit Hilfe von Spezialalgorithmen, wobei sie die Prozessbedingungen ständig auf der Grundlage optimaler Ergebnisse aktualisiert.
„Die technische Komplexität wurde durch die pandemiebedingten Bedingungen für die Fernarbeit noch verstärkt“, fährt de Goes Arantes fort, „aber wir konnten die so wichtige Sicherheit und natürlich eine Lösung liefern, die das hielt, was wir versprochen hatten.
„Wir erwarten, dass dem Projekt und der Anlage als Ganzes neue Elemente hinzugefügt werden“, schließt er, „die alle auf dem neuen digitalen Rückgrat des Unternehmens aufbauen werden. CCB hat mir auch gesagt, dass es glaubt, noch mehr erreichen zu können, und ich stimme dem zu. Ich glaube nicht, dass wir das volle Bild dessen gesehen haben, was diese Lösungen liefern werden.“
Allen-Bradley, expanding human possibility, FactoryTalk® Analytics™ PavilionX™ und Rockwell Automation sind Marken von Rockwell Automation, Inc.
Marken, die nicht Rockwell Automation gehören, sind Eigentum der jeweiligen Unternehmen.