Bild: Siemens, shannonstent

Verfahrenstechnik Alles klar

06.11.2015

Wo produziert oder bearbeitet wird, fällt Abfall an – häufig auch verunreinigtes Wasser. Bevor dieses wieder in den ökologischen Kreislauf geleitet werden kann, muss es verlässlich und nachweisbar von Schmutz und Chemikalien gereinigt werden. Dies geschieht beim Kfz-Zulieferer ZF Friedrichshafen am Standort Schweinfurt vollautomatisch – mit Komponenten von Siemens.

ZF Friedrichshafen fertigt als weltweit aktiver Zulieferer der Automobilindustrie zahlreiche Komponenten der Antriebs- und Fahrwerkstechnik sowie der aktiven und passiven Sicherheit. Am Standort Schweinfurt kommen dabei in den eingesetzten Produktionsprozessen, je nach Produkt und Anforderung, auch unterschiedliche Oberflächenreinigungs- und -behandlungsverfahren zum Einsatz, bei denen Abwässer anfallen. In der Galvanik, der Beschichtung der Oberflächen, entstehen ebenfalls Abwässer, die aufwendig gereinigt werden müssen. Die bestehende Abwasserbehandlungsanlage des Werkes Schweinfurt Nord konnte mit den Produktionssteigerungen nicht Schritt halten. Da sich ein Retrofit der bestehenden Anlage als unwirtschaftlich erwies, entschied man sich für einen Neubau der Abwasserbehandlungsanlage.

Gemäß der bestehenden Genehmigungen wird das gereinigte Abwasser der neuen Anlage in sogenannter Direkteinleitung in den nahegelegenen Main abgeführt. Damit liegt auf der Neutralisationsanlage jedoch ein besonderes Augenmerk – nicht nur ZF-intern, sondern auch das der Öffentlichkeit und der zuständigen Wasserschutzbehörden. Bei 40 bis 60 m3 Abwasser pro Stunde hätte ein Versagen der Anlage fatale Folgen für die Umwelt und sogar direkt für die Produktion. Eine gewisse Zeit können die vorgelagerten Produktionsanlagen ihr Abwasser zwischenpuffern, danach beginnen Auswirkungen auf die Produktion. Damit war ein wesentliches Kriterium der neuen Anlage bereits definiert: Sie muss absolut zuverlässig sein. Da das, realistisch gesehen, nicht zu 100 Prozent garantiert werden kann, müssen in einem Störfall die Servicetechniker und alle Verantwortlichen unverzüglich alarmiert werden.

Kontrollierte Einleitung

Der grundsätzliche Aufbau der Anlage ist durch die chemischen und physikalischen Ablaufprozesse vorgegeben: Verunreinigungen müssen durch Zugabe von Chemikalien ausgefällt und der entstehende Schlamm entsorgt werden. Zu diesem Zweck wird der pH-Wert des Abwassers vor der Behandlung mit Säure oder Lauge angepasst. Vor der Rückleitung des Abwassers in den Main muss der pH-Wert des Wassers wieder auf den genehmigten neutralen Bereich eingestellt werden.

Zudem werden alle relevanten Anlagen- und Prozesswerte zur Langzeitarchivierung und Analyse an das zentrale, firmeninterne ERP-System übergeben. Damit konnte das bisherige Archivieren von Papierbelegen abgelöst und wertvolle Ressourcen gespart werden. Außerdem ist die Verfügbarkeit der Daten gesichert und mit entsprechender Berechtigung sind sie zu jedem beliebigen Zeitpunkt intern auswertbar.

Die steuerungstechnische Projektierung und Umsetzung des Projektes „Neubau Abwasseranlage“ übernahm mit der Firma Scheba Elektromaschinenbau aus Schweinfurt, ein „Preferred Supplier“ von ZF. Die Firma Scheba ist zudem bereits seit 2005 von Siemens als Solution Partner für Simatic-Automatisierungstechnik, seit 2011 auch als Systemintegrator für Visualisierungslösungen zertifiziert. Damit bescheinigt Siemens dem Systemintegrator umfangreiches Know-how bei der Realisierung von Systemen mit Automatisierungskomponenten von Siemens.

Die 150 Mitarbeiter von Scheba realisieren Automatisierungslösungen von der Konzeption, der Umsetzung und Inbetriebnahme bis hin zum weltweiten Service. Matthias Greb, der Leiter der Entsorgung der ZF am Standort Schweinfurt, erläutert die Gründe, die für Scheba als Integrator sprechen: „Wir wissen, dass Scheba über ein großes Know-how der verfahrenstechnischen Prozesse und internen Abläufe verfügt. Zudem sind, dank der räumlichen Nähe, Georg Solf als Projektleiter und seine Techniker in kritischen Situationen sofort zur Stelle.“

Das Herzstück der Anlage ist eine Steuerung Simatic S7-317 2 PN/DP. Sie erfasst sämtliche Prozessdaten und steuert die angeschlossenen Stellventile und Motoren, darunter beispielsweise den für das Schneckengetriebe für die Zuführung des Flockungsmittels. An sie angebunden sind digitale Doppelmessgeräte zur Erfassung der pH-Werte des Abwassers in den verschiedenen Behandlungsstufen. Der pH-Wert ist die wichtigste Regelgröße der Anlage, da die Reaktionen zur Ausfällung der Verunreinigungen nur in einem bestimmten pH-Bereich optimal ablaufen.

Diese digitale Erfassung ist wesentlich genauer und schneller im Vergleich zur früheren Anlage mit analoger Messwerterfassung. Anhand des pH-Wertes werden die Regelventile für die Säure- und Laugenzuführung geöffnet oder geschlossen, Säure und die Lauge werden präzise dosiert. Weitere Mess- und Regelgrößen, die im 30-Sekunden-Zyklus erfasst und archiviert werden, sind Wassertemperatur, Wassertrübung und Durchfluss. Aus Sicherheitsgründen ist die Anlage so konzipiert, dass bei einem Ausfall der Steuerung alle Ventile automatisch schließen, damit kein unbehandeltes Wasser in die Umwelt gelangen kann.

Durchgängig beobachten

Als Leitsystem und Visualisierungssoftware kommt Simatic WinCC V7.0 sowohl in einer lokalen Bedienstation wie auch in der Leitwarte zum Einsatz. In der Anlage läuft die Software auf einem industrietauglichen Panel-PC
Simatic IPC577C.

Von der Leitwarte aus werden die Prozessdaten auch dem Unternehmensnetzwerk zur Verfügung gestellt. Dort werden sie zentral gespeichert und in Echtzeit ausgewertet. Sollte einer der Messwerte aus dem Rahmen laufen oder ein Anlagenfehler auftreten, wird sofort per SMS ein Alarm an die Anlagenbediener und -techniker ausgelöst. Die erfassten Prozesswerte werden darüber hinaus auf der lokalen Bedienstation gespeichert und stehen selbst bei einem Verbindungsausfall zwischen Steuerung und Leitwarte weiterhin zur Verfügung.

Die gesetzlich vorgeschriebene Dokumentation wird in auf diese Weise auch bei Ausfall der Leitwarte fortgeführt und die Abwasserbehandlung kann weiterlaufen.

In der Regel läuft der Betrieb vollautomatisch. Es ist aber auch möglich, manuell einzugreifen oder in Ausnahmefällen den kompletten Prozessablauf vor Ort per Hand zu bedienen.

Auf lange Sicht reines Wasser

Die in der Anlage eingesetzten Automatisierungskomponenten stammen aus dem TIA-Produktspektrum von Siemens und zeichnen sich durch ausgewiesene Durchgängigkeit zum Beispiel hinsichtlich der Vernetzung aus. Georg Solf, Projektleiter der Firma Scheba kann aus seiner Erfahrung bestätigen: „Die Steuerungen von Siemens sind extrem ausgereift und zuverlässig. Deswegen konnten wir beim Aufbau der Anlage auf einen redundanten Aufbau verzichten und Kosten sparen.“

Innerhalb von zwei Jahren wurde die neue Neutralisationsanlage aufgebaut, in Betrieb genommen und behördlich genehmigt. Seitdem läuft die Anlage fehlerfrei. Durch die neue Abwasserbehandlungsanlage profitiert der Standort Schweinfurt der ZF Friedrichshafen auf ganzer Linie. Die Anlage wurde platzsparend für das Direkteinleitungsverfahren realisiert. Voraussetzung dafür war die Zuverlässigkeit der genutzten Automatisierungskomponenten. Der Systemintegrator Scheba setzt auf Komponenten von Siemens – zur vollen Zufriedenheit von Matthias Greb: „So können wir beispielsweise sicher sein, dass das Unternehmen auch wirklich über die Anlagenlaufzeit die Ersatzteilverfügbarkeit der eingesetzten Komponenten gewährleistet.“

Weitere Vorteile zieht ZF aus der Integration in die IT-Infrastruktur des Unternehmens zur zentralen Speicherung und Analyse von Daten. Das Ausdrucken und Archivieren von Papierbelegen gehört damit endgültig der Vergangenheit an. Schließlich erzielt die exakte und zeitnahe Messung des pH-Wertes eine bestmögliche Behandlung der Abwässer bei optimiertem Ressourceneinsatz – davon profitiert auch die Umwelt.

Bildergalerie

  • Georg Solf, Projektleiter Scheba (links) und Mattias Greb, Verantwortlicher für die Entsorgung bei ZF Friedrichshafen am Standort Schweinfurt freuen sich über den fehlerfreien Dauerbetrieb der Neutralisationsanlage.

    Bild: Siemens

  • Das Bedienpersonal kann an der lokalen Bedienstation den aktuellen Anlagenzustand intuitiv erfassen.

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  • Die Bedienstation liegt zentral in der Neutralisationsanlage. Der robuste Simatic Panel-PC ist für den Dauerbetrieb in industriellen Umgebungsbedingungen ausgelegt.

    Bild: Siemens

  • Reinigung der Abwässer aus der Oberflächenbehandlung – gesteuert durch Siemens-Automatisierungskomponenten – bevor sie direkt in den Main eingeleitet werden

    Bild: Siemens

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