Automatisierung von Chemieanlagen: Vorteile, Technologien und Implementierung

Chemieanlagen sind das Rückgrat der modernen chemischen Produktion. Ihre komplizierten Abläufe und die von ihnen ausgehenden Gefahren erfordern eine hohe Genauigkeit, Sicherheit und Automatisierung der Prozesse. Automatisierung ist nicht mehr nur ein Mittel zur Steigerung der Produktivität, sondern auch ein Garant für einen zuverlässigen Anlagenbetrieb und ein ökologisches Gleichgewicht. Um auf dem Markt wettbewerbsfähig zu bleiben, muss jedes Chemieunternehmen, einschließlich der Chemiehersteller, die Grundlagen der Automatisierung in der chemischen Industrie, ihre wichtigsten Technologien und die Auswirkungen der Technologie verstehen.

Was sind die Grundlagen der Automatisierung von Chemieanlagen?

Technologien und Systeme, die in einer Produktionsanlage wie einem Chemiewerk eingesetzt werden und menschliche Eingriffe unterstützen oder vollständig ersetzen können, werden als Automatisierung von Chemieanlagen bezeichnet. Der Zweck der Überwachung, Steuerung und Optimierung chemischer Produktionsprozesse wird durch die Automatisierung erreicht. Die Automatisierung umfasst alle Aktivitäten, von der einfachen Ein- und Ausschaltsteuerung bis hin zur fortgeschrittenen Optimierung von Prozessen und Sicherheitsverriegelungssystemen. Die genaue Kontrolle der wichtigsten Prozessparameter (Temperatur, Druck, Durchfluss, Füllstand usw.) wird als Prozessziel verfolgt. Dies führt zu einer gleichbleibenden Produktqualität, verbesserter Produktionseffizienz, geringeren Betriebskosten und erhöhter Sicherheit für Personal und Anlagen. Die Ersetzung manueller Prozesse und die Reduzierung manueller Eingriffe sind wichtige Aspekte. Das "Nervensystem" und "Gehirn" der Anlage sind die Automatisierungssysteme. Sie überwachen Veränderungen im System in Echtzeit und geben Befehle zur Korrektur des Produktionsniveaus.

Die wichtigsten Vorteile der Automatisierung in Chemiewerken

Einer der wichtigsten Vorteile der Automatisierung ist die erhebliche Verbesserung der Betriebssicherheit. Die Automatisierung bietet spezialisierte Systeme, die die Anlage in Gefahrensituationen in einen sicheren Zustand versetzen können, wodurch Sicherheitsvorfälle verhindert und das Unfallrisiko verringert werden. So können beispielsweise SIL-zertifizierte automatisierte Ventile den Flüssigkeitsdurchfluss in Notsituationen automatisch absperren oder freigeben. Sie spielen eine entscheidende Rolle in Sicherheitsverriegelungssystemen.

Zweitens verbessert die Automatisierung die Effektivität und Effizienz der Produktionsprozesse bei deutlich höherer Einheitlichkeit. Automatisierte Systeme reagieren häufiger und genauer auf Veränderungen als ein Mensch. Vom Menschen verursachte Schwankungen in der Produktion werden minimiert, und die Reaktionsbedingungen werden heuristisch optimiert. Dies verbessert die Produktionsleistung und den Gesamtertrag. Eine genauere Steuerung der chemischen Reaktionen und des Herstellungsprozesses führt zu einer verbesserten Gleichmäßigkeit der Qualität und einer geringeren Ausschussquote.

Drittens profitieren die Produktionskosten direkt von den automatisierten Systemen. Mit zunehmender Automatisierung wird manuelle Arbeit durch Maschinen ersetzt, wodurch die Arbeitskosten sinken. Darüber hinaus können durch die optimale Steuerung von Prozessen der Rohstoff- und Energieverbrauch sowie die Abfallquote gesenkt werden. Dies trägt zu weiteren Kosten- und Energieeinsparungen bei. Eine wirksame Automatisierung minimiert auch den übermäßigen Verschleiß von Maschinen und Anlagen, was ihre Langlebigkeit erhöht und zu geringeren Instandhaltungskosten führt, was wiederum die betriebliche Effizienz steigert. Dies verschafft einen erheblichen Wettbewerbsvorteil.

Darüber hinaus kann die Automatisierung die Flexibilität und Reaktionsfähigkeit der Anlagen erhöhen. Wenn sich die Marktnachfrage ändert, können Automatisierungssysteme die Produktionspläne und Prozessparameter schnell anpassen. Dies ermöglicht die Herstellung vieler verschiedener Produkte in kleinen Chargen. Fernüberwachungs- und -diagnosefunktionen tragen ebenfalls dazu bei, Probleme schneller zu beheben und Ausfallzeiten zu verringern.

Wesentliche Technologien für die Automatisierung

Die Automatisierung einer Chemieanlage ist ein kompliziertes Gebilde. Sie hängt von mehreren Kerntechnologien ab, die zusammenarbeiten. Diese Technologien bilden das Gerüst des Automatisierungssystems. Sie bieten die Möglichkeit, die Produktionsprozesse zu überwachen, zu steuern und zu kontrollieren. Das Wissen um die Integration und Wertschätzung der Kerntechnologien ist für die Entwicklung und Verbesserung von Automatisierungssystemen unerlässlich. Zu den Schlüsseltechnologien gehört das DCS-System. Nachfolgend werden weitere wichtige Kerntechnologien genannt, die die Automatisierung von Chemieanlagen erleichtern:

Technologie Typ	Akronym	Hauptfunktion	Rolle in Chemiefabriken
Verteiltes Kontrollsystem	DCS	Verteilte Steuerung, zentrales Management, Prozessüberwachung, Alarmverarbeitung	Steuert große kontinuierliche oder Batch-Prozesse, bietet anlagenweit koordinierte Kontrolle
Speicherprogrammierbare Steuerung	PLC	Logiksteuerung, Ablaufsteuerung, Datenerfassung	Steuert einzelne Geräte oder Teilsysteme, häufig für Verriegelungen und An- und Abfahrvorgänge verwendet
Überwachungssteuerung und Datenerfassung	SCADA	Fernüberwachung, Datenerfassung, Datenspeicherung, Berichterstellung	Überwacht verstreute Geräte und Systeme, bietet einen Gesamtüberblick über den Betrieb, unterstützt Fernbetrieb und Datenanalyse
Sicherheitsinstrumentiertes System	SIS	Getrennt vom grundlegenden Prozessleitsystem, erkennt gefährliche Zustände und führt Sicherheitsfunktionen aus	Bringt den Prozess in Notfällen in einen sicheren Zustand, reduziert das Risiko, entspricht den Normen für funktionale Sicherheit
Feldbus und industrielles Ethernet	Feldbus/Industrielles Ethernet	Verbindet Feldgeräte (Sensoren, Aktoren) mit Leitsystemen zur Datenübertragung und Kommunikation	Vereinfacht die Verdrahtung, verbessert die Effizienz und Zuverlässigkeit der Datenübertragung, unterstützt die verteilte Steuerung
Sensoren und Messwertgeber	Sensoren und Messumformer	Messung von Prozessparametern (Temperatur, Druck, Durchfluss, Füllstand usw.), Umwandlung analoger Signale in digitale Signale zur Übertragung	Erhalten Echtzeit-Prozessdaten, sind die "Augen" des Automatisierungssystems
Stellantriebe	Stellantriebe	Empfang von Steuersignalen, Ansteuerung von Stellgliedern (wie Ventile, Motoren) zur Durchführung von Aktionen	Setzen die Befehle des Steuerungssystems in physische Aktionen um, sind die "Hände und Füße" des Automatisierungssystems

Alles arbeitet als ein System zusammen. Sie werden über Software und Netzwerk-Frameworks kombiniert. So werden beispielsweise Daten von den Sensoren über Feldbusse oder industrielles Ethernet an das DCS oder die SPS übertragen. Die Steuerung verarbeitet die empfangenen Informationen anhand vordefinierter Logik und Algorithmen. Anschließend stellt sie die Ausrüstung im Feld mit Automaten ein, einschließlich wichtiger automatisierter Ventile. Die Bediener erhalten den Anlagenstatus mit der Möglichkeit, Anpassungen über das SCADA-System vorzunehmen, das einen zentralisierten Überblick bietet. Die Anlagensicherheit wird getrennt vom Kernprozessleitsystem durch SIS-Systeme gehandhabt, die sich ganz auf die Gewährleistung der größtmöglichen Sicherheit konzentrieren.

Automatisierungsanwendungen in chemischen Prozessen

Die Rolle der Automatisierung in der Chemietechnik umfasst nahezu den gesamten Fertigungsbereich einer chemischen Anlage:

• Prozesskontrolle: Die Automatisierung hält den Durchfluss, die Temperatur und den Druck für einen Arbeitsfluss in Reaktoren, Destillationskolonnen, Wärmetauschern oder anderen wichtigen Geräten aufrecht. Die Automatisierung überwacht und steuert Prozesse kontinuierlich.
• Batch-Kontrolle: In der Feinchemie und der Pharmazie werden Automatisierungssysteme für die Zugabe von Materialien, die zeitliche Steuerung von Reaktionsintervallen und die Gestaltung von Temperaturprofilen eingesetzt. Diese strenge Kontrolle garantiert eine Wiederholbarkeit von Charge zu Charge.
• Sicherheitsverriegelung und Notabschaltung (ESD): Abnormale Situationen werden von SIS-Systemen erkannt. Um eine Verschlechterung der Situation zu verhindern, werden Pumpen und Ventile automatisch geschlossen und andere vordefinierte Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt.
• Asset Management und vorausschauende Wartung: Automatisierungssysteme sammeln Messwerte über die Auslastung der Anlagen. Die Auswertung dieser Informationen ermöglicht die Vorhersage von Ausrüstungsstörungen, so dass geplante Wartungsarbeiten möglich sind. Die Automatisierung minimiert reaktive Stillstandszeiten.
• Energiemanagement: Leitsysteme für Versorgungsunternehmen sind multitasking-fähig. Neben der Überwachung wichtiger Prozesse können sie auch weniger kritische Prozesse wie Kühlwasser, Strom und Dampf überwachen. Dadurch lassen sich die Betriebskosten optimal senken.
• Alarm-Management: Die Bediener werden durch Automatisierungssysteme auf abnormale Situationen aufmerksam gemacht. Alarme werden durch intelligente Systeme gefiltert, die den Bedienern helfen, schnell auf kritische Probleme zu reagieren. Die Automatisierung hilft bei der effektiven Verwaltung von Produktionsplänen und der sicheren Handhabung von Gefahrstoffen zum richtigen Zeitpunkt.

Die wichtige Rolle von Ventilen in automatisierten Systemen

Ventile sind entscheidende Komponenten für die Steuerung des Flüssigkeitsstroms in jedem chemischen Automatisierungssystem. Sie dienen als entscheidendes Element für Flüssigkeitsströme und beeinflussen somit die Genauigkeit und Sicherheit des gesamten Prozesses. Selbst einfache Ein- und Ausschaltvorgänge erfordern eine präzise Ventilmechanik.

Automatisierte Ventile sind mit pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Antrieben ausgestattet. Das Steuersystem befiehlt ihnen, die Richtung, die Menge oder den Druck der Flüssigkeit zu ändern. Regelventile sind von großer Bedeutung, da sie in der Lage sind, die Flüssigkeitsgeschwindigkeit entsprechend den an sie gesendeten Steuersignalen auszugleichen. Sie sind für einen geschlossenen Regelkreis unerlässlich. Sicherheits- oder Entlastungsventile sind aus sicherheitstechnischer Sicht von entscheidender Bedeutung, da sie als erste Verteidigungslinie fungieren, indem sie Überdruck ablassen, wenn voreingestellte automatische Schwellenwerte überschritten werden, und so Geräte und Rohrleitungen schützen.

Ventile sind in jedem Automatisierungssystem von entscheidender Bedeutung. Unabhängig davon, wie fortschrittlich ein Steuersystem ist, führen zu nachlässige, langsame oder ungenaue Ventile zum Verlust der Kontrolle. Manchmal stellen diese Systeme auch ein Sicherheitsrisiko dar. Damit das Automatisierungssystem eines Chemiewerks reibungslos funktioniert, sind daher präzise automatisierte Ventile erforderlich, die das Medium, die Temperatur, den Druck und die Prozessanforderungen berücksichtigen.

Überwindung von Herausforderungen bei der Implementierung der Automatisierung

Die Umsetzung von Projekten zur Automatisierung von Chemieanlagen ist nicht immer einfach und bringt viele Herausforderungen mit sich:

Technische Integration und Kompatibilität

Die Integration von Geräten und Automatisierungssystemen verschiedener Anbieter ist aufgrund ihrer unterschiedlichen Kommunikationsschnittstellen eine Herausforderung. Der nahtlose Informationsaustausch zwischen Systemkomponenten erfordert eine qualifizierte Systemintegration.

Risiken für die Netzsicherheit

Je enger die Automatisierungssysteme mit den Unternehmensnetzwerken verbunden sind, desto größer sind die Bedrohungen für die Cybersicherheit. Steuerungsviren, Malware und Cyberangriffe auf Steuerungssysteme erfordern starke Abwehrmaßnahmen und Notfallpläne.

Personalschulung und Qualifikationsverbesserung

Die Integration der Automatisierung verändert die Arbeitsabläufe des Bedienungs- und Wartungspersonals. Das Personal muss nun umfassend geschult werden, um die Systeme bedienen, überwachen und warten zu können. Es sollte auch eine multidisziplinäre Ausbildung organisiert werden.

Kostenkontrolle und Rentabilität der Investition

Automatisierungsprojekte sind in der Regel im Vorfeld mit hohen finanziellen Investitionen verbunden. Die Sicherstellung der Systemleistung und -zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Kostenkontrolle und genauer Bewertung der Investitionsrentabilität hat großen Einfluss auf die Entscheidungsträger.

Wartung und Ersatzteilmanagement

Wie alle anderen Systeme erfordern auch Automatisierungssysteme ein effektives Management in Bezug auf Fähigkeiten und Werkzeuge. Die Umsetzung von Instandhaltungsstrategien und die Aufrechterhaltung kritischer Ersatzteilbestände rationalisieren die mühelose Wiederbeschaffung und den Austausch von Teilen in nicht funktionierenden Systemen innerhalb eines festgelegten Zeitrahmens. Dies wiederum trägt zu einem kontinuierlichen, konsistenten Betrieb bei und reduziert oder beseitigt sogar Systemfehler in der gesamten Automatisierung.

Zukünftige Trends in der Automatisierung von Chemieanlagen

Die Automatisierung von Chemieanlagen hat die Tendenz, intelligenter, vernetzter und unabhängiger zu werden:

• Industrielles Internet der Dinge (IIoT) und Big Data Analytics: Es werden mehr Sensoren und intelligente Geräte eingesetzt, um große Mengen an Produktionsdaten zu sammeln. Die Big-Data-Analytik wird aus diesen Daten wertvolle Erkenntnisse gewinnen. Diese werden für die Prozessoptimierung, die Vorhersage von Fehlern und die Entscheidungsfindung genutzt.
• Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen: Der Einsatz von Algorithmen wird die Steuerungsoptimierung, die Vorhersage der Anlagenleistung, die Erkennung von Anomalien und Ereignissen, das intelligente Alarmmanagement und die allgemeine Systemleistung verbessern. Dies wird das Lern- und Anpassungsverhalten der Systeme verbessern.
• Digitaler Zwilling: Virtuelle Erstellung eines Anlagenmodells. Ein solches Modell kann den Betrieb der Anlage unter Verwendung von Echtzeitdaten simulieren, die Prozesse optimieren und bei der Schulung von Bedienern und der Risikobewertung helfen, also Vorhersagen und Optimierungen ermöglichen. Die digitale Transformation treibt die Einführung dieser Technologien voran.
• Cloud Computing und Edge Computing: Cloud Computing bietet eine robuste Datenverarbeitung und -speicherung, während Edge Computing die Verarbeitung und Steuerung von Geräten in die Nähe des Betriebs bringt. Dies erhöht die Reaktionszeit und verbessert gleichzeitig die Sicherheit der Daten.
• Erweiterte Realität (AR) / Virtuelle Realität (VR): Die AR/VR-Technologie wird bei der Wartung vor Ort, bei der Steuerung des Betriebs und bei der Schulung des Personals zum Einsatz kommen, was die Effizienz und die Sicherheit verbessern wird.

Die Auswahl der richtigen Automatisierungslösungen

Die Auswahl der richtigen Automatisierungslösungen ist für eine Chemieanlage von entscheidender Bedeutung. Ein verlässlicher Partner, der einen echten Mehrwert bietet, ist dabei sehr wichtig. In den letzten zehn Jahren hat sich VINCER als Technologieunternehmen auf automatisierte Ventile konzentriert und gehört heute zu den führenden Unternehmen in diesem Bereich. VINCER bietet qualitativ hochwertige Dienstleistungen und ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis mit automatisierten Ventilen aus einer Hand.

VINCER bietet elektrische Ventile, pneumatische Ventile, Kugelhähne, Klappen, Magnetventile und andere automatisierte Ventilprodukte von bemerkenswerter Qualität. VINCER verfügt über umfassende Kenntnisse in verschiedenen Branchen und bietet spezialisierte und professionell konfigurierbare Ventiloptionen. VINCER untersucht die Kundenanforderungen anhand von acht Parametern: Analyse des Mediums, Temperaturanalyse, Analyse des Mediendrucks, Bestimmung des Anschlussstandards, Steuerungsmethode (manuell/elektrisch/pneumatisch), Materialanforderungen, Öffnungs-/Schließzeit des Mediums sowie Einbauposition und -raum. Diese Vorgehensweise garantiert eine genaue Abstimmung auf die Anforderungen des Kunden. Die Produkte von VINCER erfüllen internationale Zertifizierungen wie CE, RoHS, SIL und FDA und sind ISO9001-zertifiziert, was eine zuverlässige Produktion und Qualitätskontrolle in der großen Fabrik von VINCER mit fortschrittlicher Ausrüstung gewährleistet. VINCER bietet eine schnelle Reaktion und einen professionellen Service, mit schnellen Angeboten und effizienten Lieferzeiten. Professionelle Unterstützung nach dem Verkauf wird angeboten.

Wenn Sie VINCER als Partner wählen, profitieren Sie von professionellen, maßgeschneiderten Lösungen, schnellen Reaktionszeiten und verlässlicher Genauigkeit bei Ihren automatisierten Armaturen. Das macht Ihre Chemieanlage produktiver, sicherer und steigert die Rentabilität.

Schlussfolgerung

Um die Rentabilität eines Unternehmens zu steigern, ist die Automatisierung von Chemieanlagen unerlässlich. Wettbewerbsfähigkeit geht über Produktion und Kosten hinaus; sie umfasst auch Sicherheit, Nachhaltigkeit und die Zukunft der Anlage. Die Beherrschung grundlegender Automatisierungstechnologien wird die Zukunft der Chemieanlagen sicherer und effizienter machen. Die Bewältigung der Herausforderungen bei der Implementierung, die Nutzung der Grundlagen der Automatisierung und die Wahl der richtigen Partner sorgen für intelligente Anlagen. Die Fortschritte in der Automatisierungstechnik werden die Automatisierung in der chemischen Industrie stärken und damit diesen Industriezweig weiterentwickeln.