Mit PC-based Control zur nachhaltigen Düngerproduktion im industriellen Maßstab
Auf einer Farm in den USA wird in einem großen Fermenter der Gülle wertvolles Ammoniak entzogen und zu Ammoniumsulfat verarbeitet. Das komplexe Verfahren hat NSI Byosis in ein modulares Anlagenkonzept überführt, das sich unterschiedlichen Betriebsgrößen und organischen Ausgangstoffen flexibel anpassen lässt. Der modulare Ansatz verlangt eine in Hard- und Software ebenso flexibel skalierbare Automatisierungslösung, die das niederländische Unternehmen mit PC-based Control von Beckhoff gefunden hat.
Bei der Vergärung von organischen Abfällen, Klärschlamm und Gülle erzeugen Bakterien Biogas. Als Nebenprodukt entsteht Ammoniak, das für die Bakterien giftig ist und daher aus den Reaktoren entfernt werden muss. „Wir entziehen dem Güllestrom den Ammoniak und wandeln ihn in Ammoniumsulfat um, das als Dünger auf Feldern ausgebracht werden kann“, skizziert Dylan Veelers, Projektingenieur bei NSI Byosis, das Verfahren. Die ByoFlex genannten Anlagen von NSI Byosis B.V. im niederländischen Raalte werden daher oft parallel zu Biogasanlagen, Abfall- und Kläranlagen eingesetzt, aber auch in industriellen Umgebungen installiert.
Eine große Byosis-Anlage wurde jüngst für einen landwirtschaftlichen Betrieb in den USA montiert. Entsprechend der Betriebsgröße und Güllemenge sind die Dimensionen beachtlich: Eine Linie der modularen Anlage besteht aus einem 3 x 12 m großen Gestell mit drei Polypropylen-Türmen. „Mit einer Kapazität von bis zu 40 m³ pro Stunde werden mehr als 70 % des Ammoniaks extrahiert und in wertvollen Dünger umgewandelt“, erklärt Dylan Veelers stolz.
TwinCAT ersetzt grafisches Engineeringtool
Projektingenieur Dylan Veelers stieß 2021 zu Byosis. „In dieser Zeit suchte das Unternehmen eine neue Steuerungsplattform, um die bisherige grafische Programmierung abzulösen“, erinnert sich Reinoud van Bennekum, Vertriebsingenieur von Beckhoff Niederlande. „Bereits die ersten Tests mit einem Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6017 zeigten, dass wir mit PC-based Control und insbesondere auch mit TwinCAT als Entwicklungsumgebung einen großen Schritt in Richtung weiterer Standardisierung der Automatisierungstechnik gehen können“, so Dylan Veelers. Die Programmierung mit TwinCAT sei wesentlich übersichtlicher, viel schneller zu verstehen und zudem offen. Auch weil EtherCAT bereits in früheren Projekten genutzt wurde, sei es nur logisch gewesen, komplett auf PC-based Control von Beckhoff umzustellen.
Byosis automatisiert die ByoFlex-Anlagen seitdem mit einem Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6025. Dessen drei konfigurierbare Ethernet-Ports nutzt das Unternehmen zum Auslesen von Durchflussmessern und pH-Transmittern über EtherNet/IP. „Der Vorteil für unsere Kunden ist, dass wir jede Ethernet-basierte Kommunikation unterstützen“, so Reinoud van Bennekum. Eine zusätzliche Ethernet-Schnittstelle ergänzt Byosis über einen USB-zu-LAN-Adapter CU8880.
Die browserbasierte Anlagenvisualisierung ist mit TwinCAT HMI realisiert und läuft auf einen Multitouch-Control-Panel CP2921. So haben die Techniker bei Bedarf von jedem Ort aus Zugriff auf die Anlagen. Je nachdem welches System der Kunde für Inbetriebnahme, Diagnose und Service bevorzugt, werden Teamviewer, OpenVPN oder Anydesk ergänzt. Bei einer PC-basierten Plattform sei das alles sehr einfach umzusetzen, so Dylan Veelers, den nicht nur die Technik überzeugt: „Auch beim Support und Service sind die Experten von Beckhoff unkompliziert und schnell.“ Reinoud van Bennekum sieht seine Rolle hauptsächlich in der Unterstützung und Beratung: „Das Prozesswissen ist und bleibt immer beim Kunden. Wir bieten Unterstützung und Schulungen an, damit der Kunde in der Lage ist, seine Anlagen optimal zu projektieren und zu programmieren.“ Dylan Veelers ergänzt: „Ein paar Tage Schulung sparen in der Praxis oft Wochen.“
Die Anlage bestimmt die Topologie
Die Steuerungsarchitektur strukturiert Byosis analog zum modularen Aufbau der Anlagen mit einem 8-Port-Abzweig CU1128. Für ein transparentes Netzwerk sorgt dabei die umfassende EtherCAT-Diagnose, die auf Knopfdruck die gesamte Hardwarekonfiguration darstellt. „Eine großartige Funktion ist ebenso Hot Connect“, so Dylan Veelers. Mit einem dezentral montierbaren 2-Port-EtherCAT-Abzweig EP1122 lassen sich bei Anlagenstörungen einzelne EtherCAT-Stränge vor Ort einfach abkoppeln und die Störungen beseitigen. Die anderen Anlagenteile können dann weiter Ammoniak abscheiden und die Bakterien in den Reaktoren ungestört Biogas erzeugen.
Beim Anschluss der unterschiedlichen Sensorik zur Messung von Druck, Temperatur, pH-Wert und Durchfluss kommt das breite Spektrum an I/O-Modulen von Beckhoff zum Einsatz: neben EtherCAT-Klemmen im Schaltschrank auch EtherCAT-Box-Module in Schutzart IP67 beispielsweise für die IO-Link-Kommunikation. Da der Prozess energieintensiv ist, wird bei den Anlagen der Energieverbrauch über Stromwandler der SCT-Serie und Leistungsmessklemmen EL3443 ermittelt. So lässt sich kontrollieren, ob der Ist-Verbrauch mit dem Soll übereinstimmt.
Ein Industrie-PC für alle Anlagengrößen
Mit dem Wechsel auf PC-based Control hat Byosis für alle Anlagengrößen eine Steuerungskonfiguration spezifiziert und ein einziges P&ID-Schema (Piping and Instrumentation Diagram) entwickelt, beginnend mit dem Einsteigermodell Demo mit 5 m³ bis hin zu den skalierbaren Standardanlagen mit 10, 20 oder 40 m³. Dazu Reinoud van Bennekum: „Mit EtherCAT als dem schnellsten Feldbussystem und PC-based Control können wir mit den Entwicklungen von Byosis jederzeit Schritt halten.“