Die Chemieindustrie benötigt eine präzise und automatisierte Temperierung ihrer Betriebsstoffe. Damit sinkt das Risiko von Produktionsausfällen durch fehlerhafte Erwärmung. Die DENIOS Heating Box erhöht mit IoT-Technologien und Cloud-Anbindung über den NB-IoT-Funkstandard Prozesssicherheit und Qualität.
Entwickelt hat sie DENIOS, ein Spezialist für Umweltdienstleistungen und für den sicheren Umgang mit Gefahrstoffen. Zusammen mit seinem Entwicklungspartner EXOR einem Spezialisten für die digitale Industrie, entstand die industrielle Wärmekammer mit automatischer Prozessregulierung.
Die Herausforderung: Temperierung als Qualitätsfaktor
Chemische Reaktionen laufen oft nur bei bestimmten Temperaturen sicher ab und liefern das gewünschte Ergebnis. Viele Chemikalien oder Stoffe sind bei Raumtemperatur nicht in der richtigen Konsistenz. Für eine zuverlässige Weiterverarbeitung müssen sie gezielt erwärmt werden. Fehler bei der Erwärmung führen dazu, dass Produktionsanlagen stillstehen. Häufig ist auch eine zeitaufwendige Reinigung notwendig, die zusätzliche Kosten verursacht. Zudem müssen die chemischen Betriebe ihren Auftraggebern oder Behörden nachweisen, dass bestimmte Temperaturfenster eingehalten werden.
Für diese Aufgaben benötigt die chemische Industrie Wärmekammern, die mit Warmluft arbeiten. Das sind abgeschlossene Räume oder Container, in die Behälter mit Flüssigkeiten oder Feststoffen, aber auch einzelne Metall- oder Kunststoffteile eingelegt werden. Solche Kammern gibt es in unterschiedlichen Größen, da die chemischen Betriebe verschiedene Behälterarten einsetzen: Zum Beispiel normierte Stahlfässer mit 200 Litern Volumen oder Standard-IBC-Behälter mit 1000 Litern Volumen, aus Kunststoff oder Metall.
Hohe Anforderungen an die Steuerung
Das Grundprinzip einer industriellen Wärmekammer klingt einfach, jedoch sind die Anforderungen an diese Maschinen hoch.
Die Wärmekammer muss …
- … die ausgewählten Temperaturparameter präzise einhalten.
- … so lange gleichmäßig temperieren, bis zum Beispiel auch die Kerntemperatur von größeren Behältern oder Bauteilen den Vorgaben entspricht.
- … Temperaturverläufe aufzeichnen, sodass die Nutzer die Anforderungen von Auftraggebern oder im Gesetzgeber nachweisen können.
- … aus der Ferne steuerbar sein und Daten an eine zentrale Anwendung senden, damit sie leichter in digitale Prozesse einzubinden ist.
Herausforderungen im Überblick
- Chemische Prozesse benötigen präzise Temperierung
- Stillstand und Mehrkosten durch fehlerhafte Erwärmung
- Digitale Nachweise gefordert
- Integration in digitale Prozesse notwendig
Die Lösung: IoT-Lösung für automatisierte Erwärmung
IoT-Technologien statten die Heating Box mit digitaler Intelligenz aus. Steuerung und Regelung erfolgen nicht nur direkt vor Ort, sondern auch aus der Ferne. Über IoT-Komponenten werden die Temperaturverläufe kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet.
Bedienung und Integration der Heating Box
Die DENIOS Heating Box ist eine industrielle Wärmekammer, die über ein modernes HMI von EXOR gesteuert wird. Dieses HMI der eSmart-Serie verfügt über einen 7-Zoll-Touchscreen, eine 32-Bit-CPU, läuft unter Embedded Linux und ist für die chemische Industrie (ATEX Zone 2) zertifiziert. Zusätzlich kommt eine kleine SPS für die Regelung der internen Warmluftsysteme zum Einsatz. Über die Entwicklungsumgebung von EXOR können Daten der SPS komfortabel ausgelesen, vorverarbeitet und für die Visualisierung genutzt werden. Die weitere Verarbeitung und Speicherung erfolgt anschließend über eine Cloud-Plattform beim Kunden.
Die Heating Box arbeitet vollständig autonom: Jede Box ist mit einem Router und eigener SIM-Karte ausgestattet. Dadurch entfällt die aufwendige Einbindung in das Unternehmensnetzwerk. Die Daten werden zunächst lokal am HMI gespeichert und sind dort direkt einsehbar. Parallel dazu überträgt die Box die Informationen in eine Cloud-Plattform. Eine Middleware sorgt dort für die weitere Verarbeitung und ermöglicht zusätzliche Funktionen wie Reporting, Export und Integration in kundenseitige Systeme.
NB-IoT als Kommunikationsstandard
Die Connectivity wird nicht über das herkömmliche Mobilfunknetz hergestellt. Stattdessen nutzt die SIM-Karte das Gerätenetzwerk Narrowband-IoT (NB-IoT). Dies ist ein Funkstandard, der speziell für das Internet der Dinge entwickelt wurde. NB-IoT gehört zu den sogenannten Low Power Wide Area Networks (LPWAN) und ist Teil der Mobilfunkstandards LTE (4G) sowie 5G.
NB-IoT-Signale können tief in Gebäude oder unter die Erde vordringen. Hinzu kommen eine sehr große Reichweite und eine niedrige Datenrate. Allerdings ist NB-IoT nicht für große Datenmengen wie Videos oder Bilder ausgelegt, sondern nur für kurze Statusmeldungen, Messwerte oder Steuerbefehle. Dadurch ist der Energiebedarf gering, mit Batterien ist eine Laufzeit von vielen Jahren möglich.
Sichere und zuverlässige Datenübertragung
In der chemischen Industrie sind die Datenmengen überschaubar und Temperaturwerte ändern sich nur langsam. Deshalb sendet das HMI die Daten lediglich im Minutentakt über NB-IoT. Sie werden zunächst lokal auf dem HMI gespeichert und können dort auf dem Display eingesehen werden.
Parallel dazu werden die Daten über den Router in die Cloud übertragen. Diese Doppelung stellt sicher, dass keine Daten verloren gehen. In der Cloud sorgt eine Middleware für die weitere Verarbeitung, bevor die Ergebnisse in einer Webanwendung sichtbar sind. In der Cloud gibt es zusätzliche Funktionen wie Export und Weiterverarbeitung.
Das Ergebnis: Mehr Effizienz und Qualitätssicherung
Die DENIOS Heating Box automatisiert Abläufe in der Chemieindustrie. Durch den gezielten Einsatz der Wärmekammer lassen sich Produktionsstopps vermeiden. Die Temperierung von Materialien wird mit ihrer Hilfe planbar und zuverlässig. Produktionsausfälle durch unzureichend erwärmte Werkstoffe gehören damit der Vergangenheit an.
Gleichzeitig erfüllt die Heating Box die wachsenden Anforderungen an Qualitätssicherung und regulatorische Nachweise. Kunden profitieren von einer höheren Prozesssicherheit und können sich auf stabile Abläufe verlassen. Dabei setzt die Heating Box auf Einfachheit. Komplexe Integrationen sind nicht nötig. Jedes Gerät verfügt über eine eigene SIM-Karte und ist dadurch autonom.
Ergebnisse im Überblick
- Automatisierte und planbare Temperierung
- Vermeidung von Produktionsstopps
- Sichere Einhaltung regulatorischer Vorgaben
- Einfache Einbindung dank Cloud-Konnektivität
