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Mit Sicherheit in die Cloud

Linde hat eine Luftzerlegungsanlage entwickelt, die sich hochgradig flexibel betreiben lässt – abhängig von der Lage am Strommarkt. Um zu verhindern, dass diese innovative Betriebsweise zu erhöhten Belastungen oder Effizienzverlusten der Anlage führt, hat Linde ein ausgefeiltes, cloudbasiertes Monitoring eingerichtet. WAGO stellt dabei sicher, dass die Messdaten mit Hilfe der Lösung Cloud Connectivity zuverlässig in die Cloud übertragen werden.

Der alte Märchentraum, aus Stroh Gold spinnen zu können – dieser Utopie kommen die Luftzerlegungsanlagen von Linde schon ziemlich nah: Die Anlagen nehmen Luft her, um daraus wertvolle chemische Grundprodukte zu gewinnen. Sauerstoff für den Gesundheitssektor und die Stahlbranche zum Beispiel, Stickstoff für Lebensmittelhersteller oder Argon für die Elektroindustrie. Märchenhaft ist daran jedoch rein gar nichts. Vielmehr sind die turnhallengroßen Anlagen mit den charakteristischen Türmen Ausweis höchster Ingenieurskunst. Das Verfahren zur Gastrennung, das ihnen zugrunde liegt, hat Firmengründer Carl von Linde Ende des 19. Jahrhunderts selbst entwickelt – und trägt deshalb ihm zu Ehren den Namen „Linde-Verfahren“.

Ihre Vorteile:

Mit WAGO Luftzerlegungsanlagen hochgradig flexibel betreiben
Mit Cloud Connectivity Daten sammeln und in die Cloud versenden
IoT-Gateway Controller PFC200 - Höhere Verfügbarkeit, bessere Performance

Allerdings bedarf es einer Menge Strom, um Luft in seine Bestandteile zu zerlegen. „Für die globale Energiewende liegt darin eine große Chance. Denn Industrieanlagen dieser Art können wesentlich dazu beitragen, Windkraft und Photovoltaik ins Energiesystem zu integrieren“, erklärt Dr. Oliver Slaby, Head of IT for Plant Operation bei der Konzerntochter Linde Engineering. Möglich wird das durch eine Flexibilisierung des Betriebs, die sich am Stromangebot orientiert: Ist viel Wind- und Solarstrom verfügbar, laufen die Anlagen mit höchster Leistung; steht weniger regenerative Energie zur Verfügung, werden sie gedrosselt oder ganz abgeschaltet.

Mit Cloud-Connectivity sicher vernetzt

Eine solch variable Fahrweise stellt jedoch deutlich höhere Anforderungen an die Anlagentechnik als der bislang übliche Betrieb mit weitestgehend konstanter Leistung. Linde Engineering hat deshalb ein neues Technologiekonzept namens FLEXASU^® entwickelt, das es erlaubt, Luftzerlegungsanlagen hochgradig flexibel zu betreiben. Dabei verhindert ein ausgefeiltes Monitoring- und Analysesystem, dass die Lastwechsel die Leistungsfähigkeit und Internal Lebensdauer der Anlagen mindern. Eine Kernkomponente dieses Systems: das IoT-Gateway der Controller PFC200 von WAGO, der mittels Cloud Connectivity Daten sammelt und in die Cloud sendet.

Höhere Verfügbarkeit, bessere Performance

Was Luftzerlegungsanlagen für die Energiewende leisten können, zeigt ein Blick nach Vejle, eine Stadt im Südosten Dänemarks. Dort hat Linde Engineering eine FLEXASU® -Pilotanlage installiert. Sie unterscheidet sich von konventionellen Anlagen unter anderem dadurch, dass der Plattenwärmetauscher, Herzstück aller Luftzerlegungsanlagen, mit zahlreichen Sensoren ausgerüstet ist. „Die Plattenwärmetauscher haben die Aufgabe, die einströmende Luft abzukühlen. Zugleich erwärmen sie die in der Anlage erzeugten ausströmenden Produkte“, erläutert Paul Heinz, Conceptual Design Engineer bei Linde Engineering. Das häufige Hoch- und Herunterfahren der Anlagen verursacht thermischem Stress, was in der Folge unter Umständen zu einer Belastung des Wärmetauschers führt. „Im schlimmsten Fall könnte es dabei zu kleinen Leckagen kommen. Müsste deshalb die Produktion für die Reparatur unterbrochen werden, entstehen hohe Kosten durch den Betriebsausfall“, sagt Heinz.

Experten von Linde Engineering überwachen deshalb mithilfe der installierten Sensoren den thermischen Zustand der Wärmetauscherblöcke. Anhand dieser im Minutentakt erhobenen Daten können die Fachleute mit Simulationen prognostizieren, wie es um die Lebensdauer der Blöcke bestellt ist. Sollte sich abzeichnen, dass ein Bauteil demnächst seine Belastungsgrenze erreicht, tauschen es die Mitarbeiter rechtzeitig aus oder verändern die Betriebsweise, um Belastungen für die Bauteile zu verhindern.

„Ein solcher Predictive-Maintenance-Ansatz steigert weiter die Verfügbarkeit der Anlagen“, erklärt Heinz. Darüber hinaus verraten die Sensordaten aber auch, wie die Performance der Anlagen verbessert werden kann – zum Beispiel, indem sie zeigen, wo die Temperaturen im Bauteil lokal vom Optimum abweichen. Mit diesem Wissen lässt sich der Prozess so anpassen, dass der Energiebedarf der Anlage sinkt. Die Monitoring-Experten werden damit zu Beratern für den Anlagenbetrieb. Diese Leistung kommt nicht nur den konzerninternen, sondern auch externen Betreibern zugute – Linde verkauft seine Luftzerlegungsanlagen auch an andere Unternehmen.

Im schlimmsten Fall könnte es dabei zu kleinen Leckagen kommen. Müsste deshalb die Produktion für die Reparatur unterbrochen werden, entstehen hohe Kosten durch den Betriebsausfall.

Paul Heinz | Conceptual Design Engineer | Linde Engineering

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Videos:1 | Dauer: 3:19

Digitalisierung für Nachhaltigkeit

3:19

Zuverlässig in Wüste und Tundra

Steuerung PFC200

Die Konsolidierung der Daten, die Analysen, Simulationen und Prognosen erfolgen in Microsoft Azure, dem Cloud-Angebot des USSoftwarekonzerns. Das macht es unter anderem möglich, weltweit ortsunabhängig mit den Daten zu arbeiten – ein großer Vorteil, da die Luftzerlegungsanlagen von Linde oftmals in abgelegenen Regionen installiert werden. Doch wie kommen die Daten in die Cloud? Bei dieser systemkritischen Aufgabe verlässt sich Linde Engineering auf WAGO: Mit seinen Cloud-Connectivity-Funktionen sorgt das IoT-Gateway in Form des PFC200 dafür, dass die Daten sicher und verschlüsselt an Microsoft Azure übergeben werden.

Für WAGO sprach dabei gleich eine Reihe von Gründen, berichten die Linde-Experten. Paul Heinz verweist unter anderem auf die Robustheit, die hier gefordert ist. „Unsere Anlagen werden oft an Orten betrieben, an denen extreme klimatische Bedingungen herrschen. Uns hat überzeugt, dass sich das Produkt von WAGO für den Einsatz in der Wüste genauso eignet wie in der Tundra“, erklärt der Experte. Je abgelegener der Standort ist, desto wichtiger ist es, dass die Datenerfassung und -übertragung aus der Ferne aufgesetzt und in Betrieb genommen werden kann. „Mit WAGO ist das problemlos möglich, die Konfiguration erfolgt remote“, sagt Dr. Oliver Slaby. Die Installation selbst sei dabei ein Kinderspiel und erfordere keinerlei besonderes Fachwissen. Gerade an abseits gelegenen Standorten ist die MobilfunkInfrastruktur nicht immer zuverlässig. Die Anlagenbetreiber profitieren hier vom Datenpuffer, den das IoT-Gateway der WAGO Controller bietet: Sollte die Verbindung kurzfristig ausfallen, werden die Daten später gesammelt aus dem Puffer übertragen, so dass kein Messwert verloren geht.

Unsere Anlagen werden oft an Orten betrieben, an denen extreme klimatische Bedingungen herrschen. Uns hat überzeugt, dass sich das Produkt von WAGO für den Einsatz in der Wüste genauso eignet wie in der Tundra.

Paul Heinz | Conceptual Design Engineer | Linde Engineering

Agil und engagiert

Darüber hinaus führt Slaby auch die ATEX-Zertifizierung von WAGO an. “Viele Prozessanlagen, die Linde Engineering anbietet, verarbeiten entzündliche oder explosive Medien. Das verlangt, einen Controller zu verwenden, der für diese hochexplosiven Bereiche zertifiziert ist“, erklärt er. Nicht zuletzt hat Linde Engineering bereits in anderen Bereichen viele gute Erfahrungen mit Produkten des Internal Unternehmens gemacht, betont Slaby. So kommen Lösungen von WAGO in weiteren Bereichen von Linde zum Einsatz. Neben den technischen Qualitäten konnte WAGO seinen Auftraggeber aber auch mit Agilität und Engagement bei der Implementierung beeindrucken. „Bei der Entwicklung unserer Pilotanlagen brauchten wir schnelle, flexible Unterstützung. Da haben die Experten von WAGO wirklich ganze Arbeit geleistet: Sie haben ihre Aufgabe innerhalb von nur zwei Wochen erfolgreich abgeschlossen“, sagt Slaby.

Linde Engineering will sein Konzept für eine lastflexible Luftzerlegungsanlage nun in eine neue Produktserie überführen. Damit wird das Unternehmen zu einem Schrittmacher der Energiewende – und Vorbild für die gesamte Prozessindustrie. Auch auf anderen Technologiefeldern ist das Lastmanagement-Potential der Unternehmen erheblich. WAGO steht ihnen hier als verlässlicher Partner zur Seite.

Autor: Ralph Diermann
Ansprechpartner bei WAGO:
Dirk Volkening | Product Manager Software
Carsten Wendt | Product Manager Software

Bei der Entwicklung unserer Pilotanlagen brauchten wir schnelle, flexible Unterstützung. Da haben die Experten von WAGO wirklich ganze Arbeit geleistet.

Dr. Oliver Slaby | Head of IT for Plant Operation | Linde Engineering

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