Louis Dreyfus SPS-Upgrade-Projekt Brasilien | SENTRADO
Eine detaillierte Fallstudie über die Automatisierungslösung von SENTRADO, die messbare Ergebnisse für die Lebensmittelverarbeitung in Brasilien erzielt.
Projekthintergrund & Zielsetzungen
Die Louis Dreyfus Company (LDC), einer der weltweit größten Händler für landwirtschaftliche Rohstoffe, beauftragte SENTRADO mit der Durchführung einer anspruchsvollen SPS-Modernisierung in ihrer Sojaverarbeitungsanlage in Brasilien. Das Projekt umfasste die Migration veralteter SPS-Systeme auf aktiven Produktionslinien auf eine moderne, hochverfügbare Siemens-Plattform ohne ungeplante Produktionsunterbrechungen – eine Anforderung, die sorgfältige Planung, Parallelbetriebsfähigkeit und fundierte Expertise bei der Migration im laufenden Betrieb erforderte.
Die bestehende Anlage umfasste mehrere Generationen von SPS-Hardware verschiedener Hersteller, die über Jahre durch schrittweise Erweiterungen der Produktionslinien hinzugekommen waren. Diese heterogene Umgebung verursachte Herausforderungen bei der Instandhaltung, führte zur Obsoleszenz von Ersatzteilen und schränkte die Möglichkeiten der Anlage zur Implementierung fortschrittlicher Prozessoptimierungen ein. LDC benötigte einen Migrationspfad, der eine Standardisierung auf eine einheitliche Plattform ermöglichte, während die für die globalen Lieferverpflichtungen unverzichtbare Anlagenverfügbarkeit sichergestellt wurde.
SENTRADO wurde aufgrund unserer nachgewiesenen Expertise bei der unterbrechungsfreien SPS-Migration für kontinuierliche Prozessanlagen, unseres Status als Siemens Certified System Integrator (Professional Grade) und unserer Fähigkeit ausgewählt, für die Dauer des Projekts ein zweisprachiges Engineering-Team (Englisch und Portugiesisch) einzusetzen.
Zu lösende Probleme
1. Obsoleszenzrisiko
Die installierte SPS-Basis umfasste zwei eingestellte Controller-Familien mit abnehmender Ersatzteilverfügbarkeit. Ein einziger CPU-Ausfall könnte zu tagelangen Ausfallzeiten führen, während Ersatzkomponenten auf dem Gebrauchtmarkt beschafft werden müssen.
2. Vorgabe des kontinuierlichen Betriebs
Als kritischer Knotenpunkt in der globalen Ölsaaten-Lieferkette von LDC verarbeitet die Anlage täglich Tausende von Tonnen. Jeder ungeplante Stillstand würde sich durch die Logistikketten fortsetzen, Vertragsstrafen nach sich ziehen und die nachgelagerten Raffineriebetriebe auf mehreren Kontinenten beeinträchtigen.
3. Multi-Hersteller-Umgebung
Das bestehende Leitsystem mischte Siemens S5, Allen-Bradley PLC-5 und verschiedene Fremdsteuerungen mit unterschiedlichen Programmierumgebungen, Kommunikationsprotokollen und Dokumentationsstandards – was eine einheitliche Unterstützung äußerst schwierig machte.
4. Genauigkeit der Signalzuordnung
Die Migration von Hunderten von I/O-Punkten erforderte eine 1:1-Signalzuordnung ohne Fehler. Ein einziges falsch verdrahtetes oder falsch konfiguriertes Signal könnte während der Umstellung zu einer Prozessstörung, Geräteschäden oder einer Sicherheitsgefährdung führen.
5. Dokumentationslücken
Jahrelange Ad-hoc-Änderungen bedeuteten, dass die vorhandenen Stromlaufpläne und SPS-Programmdokumentationen nicht die tatsächlich installierte Konfiguration widerspiegelten. Das Migrationsteam musste den aktuellen Zustand durch Reverse Engineering rekonstruieren, bevor das Ersatzsystem konzipiert wurde.
Unser Ansatz & Systemarchitektur
SENTRADO konzipierte eine phasenweise Migration auf die Hochverfügbarkeitsplattform Siemens S7-400H mit redundanten CPUs und automatischem Umschalten in unter 100 Millisekunden. Die Migration wurde Leitung für Leitung durchgeführt, wobei jeder Produktionsbereich unabhängig voneinander während geplanter Wartungsfenster umgestellt wurde. Neue Schaltschränke wurden im SENTRADO-Werk vorgefertigt und vorgetestet und dann neben den bestehenden Schaltschränken mit temporären Überbrückungskabelbäumen installiert.
Um eine unterbrechungsfreie Umstellung zu erreichen, implementierte SENTRADO eine Parallelbetriebs-Architektur. An kritischen I/O-Punkten wurden Signalverteiler installiert, sodass sowohl die alten als auch die neuen Controller gleichzeitig Feldsignale empfangen konnten. Während jedes Umstellungsfensters wurde die neue SPS im Schattenmodus gestartet – sie verarbeitete die gesamte Logik, aber die Ausgänge waren deaktiviert –, während das alte System die Steuerung beibehielt. Sobald das Verhalten des neuen Systems über einen vollen Produktionszyklus hinweg mit dem alten System validiert wurde, erfolgte die Übertragung der Ausgänge mit einem einzigen physischen Schalter, und das alte System wurde in den Standby versetzt.
Sämtliche I/O-Punkte wurden auf dezentrale ET 200SP HA-Stationen mit Hot-Swap-Fähigkeit migriert, was bedeutet, dass einzelne Module ausgetauscht werden können, ohne die Station abzuschalten oder den Prozess zu stoppen. Die Anwendungssoftware wurde von Grund auf unter Verwendung moderner strukturierter Programmierpraktiken neu entwickelt, mit umfassenden Funktionsbausteinbibliotheken für gängige Regelungsstrategien. WinCC SCADA wurde mit neuen Prozessgrafiken, einem Alarmmanagement und einem Produktionsberichtsmodul aktualisiert. Das gesamte Projekt wurde ohne eine einzige Minute ungeplanter Ausfallzeit abgeschlossen.
Highlights der Systemarchitektur
- Redundante Siemens S7-400H Controller mit <100 ms Umschaltzeit
- Dezentrale ET 200SP HA E/As mit Hot-Swap-Modulen
- Parallelbetriebs-Migration mit Signalverteilern für unterbrechungsfreie Umstellung
- Phasenweise Migration Leitung für Leitung während geplanter Wartungsfenster
- 1:1-Signalzuordnung mit vollständiger Schleifenprüfung vor jeder Umstellung
- Neu entwickelte Anwendungssoftware unter Verwendung strukturierter Programmierung
- WinCC SCADA-Upgrade mit erweitertem Alarmmanagement
- Vollständiges As-built-Dokumentationspaket (Portugiesisch/Englisch)
Systemparameter & Konfiguration
| Steuerungssystem | Siemens SIMATIC S7-400H |
| Steuerungen | 3 × CPU 412-3H (redundante Paare) |
| Gesamtzahl der E/A-Punkte | 1.800+ (AI: 240, AO: 80, DI: 1.050, DO: 430) |
| Kommunikationsprotokoll | PROFINET / PROFIBUS DP / Modbus TCP |
| HMI / SCADA | WinCC RT Professional — 3 OS + 1 EWS |
| Schaltschränke | 6 × IP54 mit redundanter Stromversorgung |
| Dezentrale E/A-Stationen | 10 × ET 200SP HA |
| Redundanzumschaltung | <100 Millisekunden |
| Stromversorgungsbereich | 480 V 3-phasig, 60 Hz |
| Migrationsansatz | Phasenweiser Parallelbetrieb ohne Ausfallzeiten |
| Hot-Swap-E/A | Alle Module unter Spannung austauschbar |
| Ausfallzeit nach dem Upgrade | Keine ungeplanten Stillstände |
Hauptkomponenten & Hardware
Siemens CPU 412-3H
6ES7412-3HJ14-0AB0
Redundante Hochverfügbarkeits-SPS
ET 200SP HA E/A
6DL5110-0AL10-0AX0
Hot-Swap-fähige dezentrale I/O-Station
WinCC RT Professional
6AV2105-0DA06-0AA0
SCADA mit Redundanzoption
SCALANCE X204RNA
6GK5204-0BA00-2KB2
Redundanter PROFINET-Ringschalter
SITOP PSU8600
6EP3437-8SB00-0AY0
Redundante 24V/40A-Stromversorgung
SIRIUS 3RV2 Schutzschalter
3RV2031-4UA10
Motorschutzschalter
Rittal VX25 Schaltschrank
VX 8806.000
Reihenfähiges Gehäusesystem
Signal-Splitter-Relais
3TX7002-1AB00
Parallele Signaltrennung
Projektphasen
Vor-Ort-Analyse & Reverse Engineering
4 WochenDokumentation der bestehenden Konfiguration und I/O
Planung & Engineering
6 WochenNeue Systemarchitektur, Schaltschrankplanung, Software-Spezifikation
Schaltschrankfertigung
4 WochenVorkonfektionierung der Schaltschränke mit allen Komponenten
Softwareentwicklung
8 WochenSPS-Programmierung, HMI, Simulationstests
Phasenweise Migration (Linie 1)
3 WochenParalleles System installieren, validieren, umschalten
Phasenweise Migration (Linie 2)
3 WochenGleiche Methodik für die zweite Linie
Phasenweise Migration (Linie 3)
3 WochenFinale Systemumstellung der letzten Linie und Rückbau des Altsystems
SAT & Übergabe
2 WochenEndabnahme, Dokumentation, Schulung
Messbare Ergebnisse
Leistungsdaten nach der Systeminbetriebnahme und dem Dauerbetrieb verifiziert.
Keine Produktionsstillstände während der Migration
Rezepturwechselzeit reduziert
Einheitliche Siemens-Plattform über alle Linien hinweg
SENTRADO Fernzugriff für Diagnose
Vorher vs. Nachher: Quantifizierter Vergleich
| Kennzahl | Vorher | Nachher | Änderung |
|---|---|---|---|
| Ungeplante Ausfallzeiten | Wiederkehrende Stillstände | 0 während der Migration | −100% |
| Rezepturwechsel | 2–3 Stunden | 30 % schneller | −30% |
| SPS-Plattform | Gemischt S7-300/400 + Drittanbieter | 100 % Siemens-Standard | Vereinheitlicht |
| Fernsupport | Nur vor Ort, verzögert | 24/7 Fernzugriff zur Diagnose | Immer verfügbar |
| Ersatzteilverfügbarkeit | Veraltet, lange Lieferzeiten | Aktuelle Generation S7-1500, sofort verfügbar | Gesichert |
Daten basieren auf den Inbetriebnahmeberichten des Projekts und kontinuierlichen Betriebsmessungen. Der Name des Kunden ist unter NDA verfügbar.
Wirtschaftliche Auswirkungen
Das gelieferte Automatisierungssystem übertraf alle im Vertrag festgelegten Leistungsziele und erzielte im Vergleich zum Ausgangsbetrieb einen höheren Durchsatz, einen geringeren Energieverbrauch und eine verbesserte Produktqualität. Der Kunde meldete eine vollständige Amortisation der Investition innerhalb des prognostizierten Amortisationszeitraums und hat SENTRADO seitdem für weitere Ausbauphasen der Anlage beauftragt.
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