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CC-Link IE-Netzwerk für die Automatisierung des Biomassekraftwerks eines besonderen Milchviehbetriebs



https://youtu.be/KeSQm5pPtoY

Die maximale Verwertung landwirtschaftlicher Nebenprodukte ist gleich in zweierlei Hinsicht sinnvoll: Abfallvermeidung verringert die Umweltauswirkungen, und es werden wichtige Einnahmequellen genutzt. Der landwirtschaftliche Betrieb Roana in Italien hat daher in ein Biomassekraftwerk investiert, das Viehdung und andere organische Abfälle zur Energieerzeugung nutzt.

Zur Optimierung seiner Automatisierungsinfrastruktur benötigte der Betrieb ein fortschrittliches Steuerungsnetzwerk zur Überwachung des anaeroben Vergärungsprozesses und zur Produktivitätsmaximierung. CC-Link IE Field ermöglichte die Vernetzung diverser Automatisierungskomponenten von Mitsubishi Electric mit einer flexiblen, offenen Industrial-Ethernet-Lösung mit Gigabit-Bandbreite und war damit die optimale Lösung.

Auf der Azienda Agricola Zootecnica Roana in der ländlichen italienischen Provinz Latina leben etwa 1.100 Wasserbüffel. Jeden Tag liefern die Tiere gut 3 t Milch zur Herstellung des berühmten Büffelmozzarellas. In derselben Zeit produziert die Herde etwa 60 m3 verwertbaren Viehdung, der, bevor er als Dünger für die Anbauflächen des Betriebs zum Einsatz kommt, zur Erzeugung von Bioenergie verwendet wird. Der Betrieb wollte die Nutzung dieses Nebenprodukts maximieren, um seine Umweltbilanz zu verbessern und seine Einnahmen zu steigern. So wurde der örtliche Spezialist ProgestAmbiente mit dem Bau eines Biomassekraftwerks beauftragt.

Hierzu Carmen Iemma, Miteigentümerin von Roana: „Roana hat schon seit Jahren über ein Biomassekraftwerk nachgedacht. Die maßgeschneiderte Lösung von ProgestAmbiente war für uns jetzt besonders attraktiv, weil sie unseren geschäftlichen Anforderungen entsprach und sich unseren bestehenden Abläufen und unserer Infrastruktur anpassen konnte.“

Funktionsweise des Biomassekraftwerks von Roana

Schieber in den Ställen befördern den Stallmist über Rohrleitungen in einen Vorbehandlungsbehälter, in dem das Material durchmischt und homogenisiert wird. Dieser Behälter ist mit einem Fermentersystem verbunden, das mit Tauchrührwerken ausgestattet ist. In diesem Stadium vergären verschiedene Bakterienstämme die Biomasse in einer sauerstofffreien Umgebung bei Temperaturen, die in etwa denen im Büffelmagen entsprechen. Hierbei werden komplexe organische Substanzen auf biochemischem Wege zu einem methanreichen Biogas umgewandelt.

Das im Fermenter erzeugte Gas steigt in die Kuppel und gelangt von dort in die Aufbereitung, wo das Gas in einem thermischen Prozess gereinigt und die Methankonzentration erhöht wird. Mit dem Endprodukt wird ein Stromerzeuger betrieben, der ins Netz einspeist.

Sowohl für die Methanausbeute als auch die Reinheit des Gases spielt die präzise Steuerung wichtiger Prozessparameter wie Temperatur, Gasdruck, Zufuhrrate und Durchmischung im Fermenter eine entscheidende Rolle, denn die optimale Abstimmung aller Faktoren für den sensiblen Prozess entscheidet über dessen Rentabilität. Reaktionsschnelle Automatisierung und Netzwerkkommunikation waren daher maßgeblich für den kommerziellen Erfolg des Projekts.

Auf hochwertige Automatisierungslösungen kommt es an

Michele Di Stefano, Projektleiter bei ProgestAmbiente, erklärt: „ProgestAmbiente legt Wert darauf, stets die von der Funktion her besten Prozessausrüstungen und Bedienungskonzepte anzubieten, die sich durch zeitgemäße Technik und höchste Zuverlässigkeit auszeichnen. Hier haben wir uns für die Kombination von Mitsubishi Electric und CC-Link IE entschieden.

Bei unseren Projekten zur Biogaserzeugung und Wasseraufbereitung setzen wir auf die Automatisierungsprodukte von Mitsubishi Electric und offenes industrielles Ethernet der CC-Link IE-Familie. Leistungsmäßig sind diese Lösungen unserer Ansicht nach derzeit auf dem Markt konkurrenzlos.“

In der Biogasanlage für Roana gewährleistet ein CC-Link IE Field-Gigabit-Ethernet die einwandfreie Kommunikation zwischen den Automatisierungskomponenten von Mitsubishi Electric, d. h. einem MAPS SCADA-System und einer SPS der MELSEC Q-Serie. Diese steuert fünf Frequenzumrichter der energieeffizienten FR-F800-Serie von Mitsubishi Electric, die alle Funktionen der am Prozess beteiligten elektromechanischen Geräte und Komponenten regeln. So hat der Betreiber jederzeit einen kompletten Überblick über die Anlage und ihre Prozesse, kann kritische Prozessparameter anpassen und eine Strategie der vorausschauenden Wartung verfolgen.

Alberto Griffini, Produktmanager bei Mitsubishi Electric: „Wir wollten vor allem ein System liefern, das trotz höchster Funktionalität einfach zu bedienen, zu warten und zu erweitern ist. Wenn die Anlage ausgebaut werden soll, weil mehr Viehdung anfällt, kann Roana das System ohne Weiteres mit der neuesten Steuerungsgeneration, der MELSEC iQ-R-Serie, aufrüsten, die noch mehr fortschrittliche Funktionen mitbringt und eine Vielzahl von E/A-Modulen unterstützt. Die Netzwerklösung ist sehr flexibel und modern, sodass die ganze Installation zukunftssicher ist.“

Hohe Netzwerkgeschwindigkeit und Offenheit für zukunftssicheren Betrieb

Wesentliche Voraussetzung für das von Alberto Griffini beschriebene Wachstumsszenario sind die Gigabit-Bandbreite und die Offenheit des CC-Link IE Field-Netzwerks. Michele Di Stefano: „Mit CC-Link IE Field steht Roana ein Highspeed-System zur Verfügung, das schnelle Reaktionszeiten gewährleistet und dessen Infrastruktur leicht skaliert und an zukünftige Anforderungen angepasst
werden kann.“

John Browett, General Manager der CLPA Europe: „Durch die Gigabit-Bandbreite können wir in Prozessanlagen wie Roana gewährleisten, dass zeitkritische Daten in hohem Maße deterministisch verarbeitet werden. CC-Link IE Field ermöglicht die Vernetzung von 1-Gbit-Geräten verschiedener Hersteller, was für den Integrator die Auswahl vergrößert.“

Carmen Iemma fügt hinzu: „Zuverlässige, schnelle Überwachung und Datenkommunikation sind für Roana wichtig, damit wir bei Anomalien sofort eingreifen und Ausfallzeiten auf ein Minimum reduzieren können.“

Clevere Strategien zur Verwertung von Nebenprodukten

Seit Fertigstellung des Biomassekraftwerks und der Netzwerkinfrastruktur kann Roana täglich 2.400 kWh elektrische Energie produzieren. Die Einspeisung ins italienische Stromnetz generiert für Roana zusätzliche Einnahmen in Höhe von 15.000 € pro Monat.

Carmen Iemma weiter: „Wir sind mit der Lösung sehr zufrieden, weil die Vorteile der Umstellung auf erneuerbare Energien und der maximalen Verwertung von Nebenprodukten deutlich spürbar sind. Vor allem gefällt uns, dass die Anlage selbstständig läuft, ohne dass unser Personal für den Betrieb der Anlage neue Qualifikationen erwerben muss. Das System ist intuitiv und einfach zu bedienen, sodass alle Beschäftigten effizient damit umgehen können.“

John Browett: „Weniger Umweltauswirkungen von Herstellungs- und Verarbeitungsprozessen haben weltweit eine hohe Priorität. Wir freuen uns, Unternehmen bei der Einführung nachhaltiger Systeme maßgeblich mit CC-Link IE-Netzwerken unterstützen zu können. Projekte wie Roana zeigen außerdem, dass unsere offenen Netzwerktechnologien die Bedürfnisse ganz unterschiedlicher Sektoren erfüllen können.“

Über die CC-Link Partner Association (CLPA)

Die CLPA ist eine im Jahr 2000 gegründete, internationale Organisation, die sich der Förderung und technischen Weiterentwicklung der CC-Link-Familie offener Automatisierungsnetzwerke widmet. Die Schlüsseltechnologie der CLPA ist CC-Link IE TSN, das weltweit erste offene Industrial Ethernet, das Gigabit-Bandbreite mit Time-Sensitive Networking (TSN) kombiniert und damit die führende Lösung für Anwendungen der Industrie 4.0 darstellt. Derzeit hat die CLPA mehr als 3.800 Mitgliedsunternehmen weltweit. Ihr Angebot umfasst über 2.000 zertifizierte Produkte von 340 Herstellern. Weltweit sind über 30 Millionen Geräte mit CLPATechnologie im Einsatz.

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