Prozessautomation und Wasserwirtschaft Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung
Inhaltsverzeichnis Magazin Willkommen M6 Aktuelle Trendthemen M8 Zentrale Herausforderungen M10 Nachhaltigkeit M12 Prozessleitsysteme M14 IIoT-Geräte M16 Wasser 4.0 M18 Wasser-Energie-Nexus M20 Batteriefertigung M22 Bergbau M26 Grüner Wasserstoff M30 Bioreaktoren M32 Exzellenz in der technischen Bildung M34 Lernen durch Wettbewerbe M48 Services M52 M2 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung
Industrielle Steuerungstechnik Datenerfassung 60 Speicherprogrammierbare Steuerungen 62 Sensorik 64 Cybersicherheit 66 Grundlegende Fachgebiete Berufe in der Industrie 70 Elektrotechnik 78 Pneumatik und Hydraulik 84 Lernmedien Festo LX 88 Courseware 95 Software 100 Einführung und Grundlagen EduKit PA 4 MPS PA Compact Workstation 8 MPS PA 204 Komplettsystem 16 Wassertechnik EDS Water Management 30 Industrielle Instrumentierung und Prozesssteuerung 3-Phasen-Abscheider 56 Inhaltsverzeichnis Produkte M3 → festo.com/didactic
Magazin
Festo Didactic Ihr Partner bei der Aus- und Weiterbildung M6 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Willkommen
Sehr geehrte Lehrende, wir danken Ihnen für Ihr Interesse an unseren Lernlösungen und dass Sie Festo Didactic als Partner für Ihre technischen Aus- und Weiterbildungsprojekte in Betracht ziehen. Ihr Engagement für die Vermittlung von Wissen und die Förderung von Fertigkeiten im Bereich der Prozessautomation ist von größter Bedeutung, um die Arbeitskräfte von heute und morgen mit dem nötigen Fachwissen auszustatten, damit sie in der dynamischen Prozessindustrie erfolgreich sein können. Wir sind bestrebt, Ihre Bildungsinvestitionen in Berufs- oder Fachschulen, Universitäten und industriellen Ausbildungszentren mit erstklassigen Lösungen und Dienstleistungen zu optimieren. Wir möchten Sie dazu animieren, in diesem Katalog zu stöbern und die Fülle an Ressourcen zu entdecken, die Ihnen zur Verfügung stehen, um das Lernen und Unterrichten zu erleichtern. Er ist in zwei Abschnitte unterteilt: Im Abschnitt "Magazin" finden Sie eine Sammlung von Artikeln zu aktuellen Trendthemen, die den Qualifikationsbedarf beeinflussen, sowie Informationen über die Bandbreite unserer Dienstleistungen. Im Abschnitt "Produkte" wird unser umfangreiches Angebot an Lernlösungen vorgestellt, das gebrauchsfertige Lerninhalte, Ausbildungsgeräte und Softwaretools umfasst. Sollten Sie Fragen haben oder weitere Unterstützung benötigen, wenden Sie sich einfach an services.didactic@festo.com. Wir stehen Ihnen bei jedem Schritt des Weges zur Seite. Ich wünsche Ihnen beim Lesen viel Spaß und viele lohnende Lernerfahrungen! Stéphane Casse, Professional Engineer Produktmanager, Lernlösungen zur Prozessautomation Festo Didactic M7 → festo.com/didactic Magazin > Willkommen
Aktuelle Trendthemen Auswirkungen auf den Qualifikationsbedarf M8 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
01 „In der dynamischen Prozessindustrie fördern Digitalisierung, Technologie und Nachhaltigkeit die Nachfrage nach hochmodernen Automatisierungslösungen und hochqualifizierten Arbeitskräften. “Alexander Vargas Head of Industry Segment and Key Account Process Industries, Festo SE M9 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Prozessindustrie Wichtige Herausforderungen M10 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Sicherheit: Ein hohes Unfall-, Leckage- und chemisches Gefahrenpotenzial erfordert unbedingte Aufmerksamkeit. Die Sicherstellung des Wohlbefindens der Mitarbeiter, der Schutz der Umwelt und der Schutz der lokalen Gemeinschaften sind eine ständige Herausforderung. Betriebliche Effizienz und Energieeffizienz: Um eine optimale betriebliche Effizienz zu erreichen, müssen die Produktionsprozesse verschlankt, Abfälle minimiert und die Ressourcennutzung maximiert werden. Steigende Energiekosten und ein wachsendes Umweltbewusstsein unterstreichen die Notwendigkeit, die Energieeffizienz von Produktionsprozessen zu verbessern. Technologischer Fortschritt: Es ist eine ständige Herausforderung, mit dem raschen technologischen Fortschritt, z. B. Automatisierung, künstlicher Intelligenz und Datenanalyse, Schritt zu halten. Die Integration neuer Technologien in bestehende Systeme ist komplex und erfordert Innovationskraft. Cybersicherheit: Mit zunehmender Vernetzung und Abhängigkeit von der IT ist die Branche mit erhöhten Cyberbedrohungen konfrontiert. Der Schutz kritischer Infrastrukturen und sensibler Daten vor Cyberangriffen ist eine ständige Herausforderung. Gewinnung und Bindung von Mitarbeitern: Die Gewinnung und Bindung von qualifizierten Arbeitskräften und erfahrenem Personal mit dem erforderlichen Fachwissen und der Anpassungsfähigkeit an die Veränderungen in der Branche ist eine branchenweite Herausforderung. Durch die Nachfrage nach Spezialwissen werden Qualifikationslücken im Arbeitskräftepool deutlich. Globaler Wettbewerb: Der intensive Wettbewerb mit internationalen Unternehmen erfordert ständige Effizienz- und Qualitätsverbesserungen, um die Wettbewerbsfähigkeit auf globaler Ebene aufrechtzuerhalten. Marktvolatilität: Konjunkturelle Schwankungen sowie schwankende Nachfrage und Rohstoffpreise haben einen erheblichen Einfluss auf die Rentabilität und Stabilität von Unternehmen der Prozessindustrie. Nachhaltigkeit: Unternehmen stehen zunehmend unter Druck, sich an Nachhaltigkeitszielen auszurichten und ESG-Kriterien (Environmental, Social, and Governance) zu erfüllen. Die Umsetzung sauberer und nachhaltigerer Praktiken zur Verringerung von Emissionen und Abfällen sowie zur Schonung der Ressourcen ist unerlässlich. Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: Neben den Umweltvorschriften muss sich die Branche mit einer Vielzahl von Vorschriften auseinandersetzen, die unter anderem die Sicherheit und die Produktqualität betreffen. Die Einhaltung von Vorschriften in verschiedenen Regionen und Märkten ist mit komplexen Problemen verbunden. Die Prozessindustrie weist eine große Vielfalt auf. Obwohl die Unternehmen in den verschiedenen Segmenten dieser Branche in einmaligen Aktivitäten und Prozessen involviert sich, stehen sie doch vor gemeinsamen Herausforderungen. Das Verständnis dieser Herausforderungen hilft den Lehrenden in der technischen Ausbildung, den Realitäten der Branche und den Qualifikationsanforderungen Rechnung zu tragen. Die Verbesserung der technischen Ausbildung in der Prozessautomation und in verwandten Bereichen fördert wesentliche technische und bereichsübergreifende Kompetenzen, die notwendig sind, um den sich verändernden Anforderungen der Branche gerecht zu werden. M11 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Unverzichtbare Werkzeuge zur Nachhaltigkeit Pneumatische Automatisierung Elektrische Automatisierung Digitalisierung Künstliche Intelligenz Biologische Transformation Was Fabrikautomation, Prozessautomation Wie Automatisierung, Technische Bildung Fokus Planet Warum Herausforderung: Klimawandel und Ressourcenschwund Warum Herausforderung: Bevölkerungswachstum und demografischer Wandel Fokus Mensch Industrielle Transformation Strukturwandel vorantreiben Ökologische Innovationen Ressourcen sparen, Natur schützen Resilienz in Wertschöpfungsketten De-Globalisierung, Lieferketten sichern Arbeiten erleichtern Mensch-MaschineKollaboration Gesundheit verbessern Technologien für Life Science Lebenslanges Lernen Technische Bildung M12 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Bild links: Der Blue World Ansatz von Festo im Überblick Energieeffizienz Die präzise Regelung von Anlagen und Prozessen durch Instrumentierung trägt dazu bei, den Energieverbrauch zu optimieren sowie Abfall und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Durch die Überwachung und Regelung in Echtzeit können Betreiber Energieineffizienzen sofort erkennen und beheben. Erhöhung der Sicherheit Mess- und Regeltechnik spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sicherheit industrieller Abläufe, der Vermeidung von Unfällen und der Verringerung der Umweltauswirkungen von Störfällen. Die frühzeitige Erkennung von Sicherheitsproblemen ermöglicht eine rasche Reaktion, wodurch Schäden und damit verbundene Umweltfolgen minimiert werden. Datenanalyse und Entscheidungshilfe Aufgrund der Digitalisierung in der Prozessindustrie können fortschrittliche Datenanalyse und künstliche Intelligenz in Mess- und Regelsysteme integriert werden, um Erkenntnisse für die weitere Optimierung von Prozessen und die Identifizierung von Möglichkeiten zur Verbesserung der Nachhaltigkeit zu gewinnen. Erhalt von Ressourcen Prozessleitsysteme können dazu beitragen, die Verschwendung von Rohstoffen zu minimieren und den Ressourcenverbrauch zu senken, indem sie sicherstellen, dass die Prozesse innerhalb der vorgegebenen Grenzen ablaufen. Durch die Überwachung und Regelung von Geräten kann deren Lebensdauer verlängert werden. Dadurch müssen sie nicht mehr so häufig ausgetauscht werden und Ressourcen werden geschont. Wasserwirtschaft Viele Prozessabläufe sind wasserintensiv, benötigen hochreines Wasser oder produzieren Grauwasser, das aufbereitet werden muss. Durch eine genaue Regelung des Wasserverbrauchs und der Aufbereitungsprozesse kann die Wasserverschwendung und -verschmutzung verringert werden. Die Überwachung und Regelung der Abwasserbehandlung kann zur Einhaltung der Umweltstandards beitragen. Vorausschauende Wartung Eine vorausschauende Wartung, die durch Mess- und Regeltechnik ermöglicht wird, kann dazu beitragen, Ausfälle von Anlagen zu verhindern und ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren, wodurch die Verschwendung von Ressourcen und der Energieverbrauch minimiert und gleichzeitig die Lebensdauer von Industrieanlagen und Maschinen verlängert werden. Verbesserung von Produktqualität Prozesskontrolle gewährleistet eine gleichbleibende Produktqualität und verringert somit die Wahrscheinlichkeit, dass fehlerhafte oder minderwertige Produkte hergestellt werden, die zu Abfall führen können. Die Optimierung von Prozessen kann den Produktertrag erhöhen und den Bedarf an zusätzlichen Ressourcen und zusätzlicher Energie für die Produktion der gleichen Menge an Output verringern. Einhaltung von Vorschriften Mess- und Regeltechnik unterstützt die Industrie bei der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften in Bezug auf Umweltstandards, Emissionen und Sicherheit, um Geldbußen und Imageschaden zu vermeiden und den ökologischen Fußabdruck von Unternehmen zu minimieren. Durch die kontinuierliche Überwachung können Lecks oder Auffälligkeiten bei Emissionen schnell erkannt und behoben werden. Durch Prozessleitsysteme lassen sich auch Dosierung und Einsatz von Chemikalien optimieren. Stärkere Sensibilisierung und mehr Fachwissen im Bereich Prozessautomation sind entscheidend für die Zukunft. Eine solide Integration dieser Themen in die Ausbildungs- und Schulungsprogramme der Industrie auf allen Ebenen wird die Mitarbeiter in die Lage versetzen, Nachhaltigkeitsbemühungen weiterzuführen und eine grünere, verantwortungsbewusstere Industrielandschaft zu fördern. Ein starker Beitrag Prozessindustrien spielen eine wesentliche Rolle bei den Bemühungen um Nachhaltigkeit, sowohl durch die Produkte, die sie herstellen, als auch durch die Technologien und Verfahren, die sie zur Reduzierung der Umweltbelastungen einsetzen. Beispiele hierfür sind Wasserstoffproduktion, Batterieherstellung, Erzeugung erneuerbarer Energien, Biokraftstoffe, Wasseraufbereitung, Energiegewinnung aus Abfall, Recycling und vieles mehr. Sensoren, Messgeräte, Transmitter, Steuerungen, Antriebe und vieles mehr sind unverzichtbare Hilfsmittel zur Verbesserung der Produktionseffizienz, zur Reduzierung von Abfall, zur Minimierung der Umweltbelastung, zur Verbesserung der Sicherheit und zur Einhaltung von Vorschriften. Durch die kontinuierliche Überwachung und Optimierung von Prozessen ermöglichen diese Technologien der Industrie einen nachhaltigeren Betrieb und verbessern gleichzeitig ihre wirtschaftliche Leistung. Sie tragen in mehreren Kernbereichen zur Nachhaltigkeit bei: M13 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Verständnis der Prozessleitsysteme M14 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Neue Qualifikationsanforderungen Die Arbeit mit Prozessleitsystemen (Distributed Control Systems, DCS) erfordert eine Reihe neuer Fertigkeiten, die über die traditionellen mechanischen oder elektrischen Kenntnisse hinausgehen. Zu diesen Fertigkeiten gehören Computerkenntnisse, Kenntnisse in Programmiersprachen, Datenanalyse, Vernetzung, Cybersicherheit und ein tieferes Verständnis der Prozessautomation. Die Mitarbeiter müssen in der Lage sein, mit Computern, Software und Netzwerken zu arbeiten und komplexe Probleme zu diagnostizieren und zu beheben. Neben diesen technischen Fertigkeiten müssen die Mitarbeiter, die mit DCS arbeiten, auch über eine ausgeprägte Fähigkeit zur Problemlösung und zum kritischen Denken verfügen, um im Falle einer Störung oder eines Notfalls schnelle und präzise Entscheidungen treffen zu können. Kommunikationsgeschick ermöglicht eine effektive Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen für einen effizienten Betrieb. Wichtig für viele Berufe Kenntnisse über DCS werden zu einer erforderlichen Qualifikation für alle Beschäftigten in der Prozessindustrie. Prozessbediener und -techniker benötigen ein grundlegendes Verständnis von DCS-Software, Alarmmanagement und Kontrollstrategien für die Überwachung und Steuerung industrieller Prozesse sowie für die Anpassung der Prozessvariablen je bei Bedarf. Mess- und Regeltechniker installieren, konfigurieren und warten DCS-Geräte und -Systeme. Sie müssen über fundierte Kenntnisse der DCSHardware und -Software sowie über gute Fähigkeiten zur Fehlerbehebung verfügen. Ingenieure und Systemintegratoren entwerfen und optimieren industrielle Prozesse mit Hilfe von DCS und benötigen daher fortgeschrittene Kenntnisse über DCS-Software, Steuerungsstrategien und Datenanalyse, um sicherzustellen, dass die Prozesse effizient ablaufen und die Leistungsziele erreichen. Ein umfassendes Fundament In einem Einführungskurs sollte der Schwerpunkt auf dem Aufbau einer soliden Wissensbasis und praktischer Fähigkeiten zum Verständnis von DCS und deren Anwendungen liegen. Im Folgenden ist eine nicht erschöpfende Liste von grundlegenden Lernergebnissen aufgeführt: • Das Konzept eines DCS und seine Rolle in der industriellen Prozesssteuerung verstehen. • Die Architektur und die Kernkomponenten eines DCS erläutern. • Durch ein DCS-Softwareprogramm navigieren und dessen Grundfunktionen kennen. • Das Konzept der Regelkreise definieren. • Die PID-Regelung in DCS verstehen. • Steuerungen zur Überwachung und Anpassung von Prozessvariablen mithilfe von DCS konfigurieren und feineinstellen. • Einfache Steuerungsstrategien für Prozesse mit DCS-Software erstellen. • Alarme und wie sie effektiv gehandhabt werden, verstehen. • Diagnose und Fehlersuche bei allgemeinen Problemen in DCS-Systemen durchführen. • Sicherheitspraktiken zur Vermeidung von Unfällen und zum Schutz des Personals anwenden. • Prozessdaten interpretieren und Trends, Diagramme und Grafiken erstellen. • DCS-Tools zur Verbesserung der Prozesseffizienz, zur Senkung des Energieverbrauchs und zur Minimierung von Abfällen nutzen. • Kommunikationsprotokolle untersuchen. • Die einschlägige Industrienormen und Richtlinien im Zusammenhang mit DCS kennen. • Techniken zur Zustandsüberwachung und Datenanalyse für eine vorausschauende Wartung anwenden. • Methoden und Protokolle für die Integration von IIoT-Geräten und -Sensoren untersuchen. • Strategien für die Verwaltung, Verfolgung und Überwachung des Lebenszyklus von Anlagen implementieren. Weitere Ergebnisse können hinzugefügt werden, z. B. das Verständnis dafür, wie DCS zu Nachhaltigkeitszielen beitragen kann, oder Kenntnisse von Best Practices für die Cybersicherheit, einschließlich Sicherheitsprotokollen, Risikomanagement und mehr. Mit einem ausgewogenen Verhältnis zwischen Theorie und Praxis werden die Lernenden gut auf die Arbeitswelt vorbereitet. Unternehmensebene Leitebene Überwachungsebene Steuerungsebene Feldebene ERP MES Sensoren, Aktuatoren, Ausrüstung SPS, PID-Regler HMI, SCADA, DCS SCADA-Systeme dienen der zentralen Überwachung, Steuerung und Erfassung von Daten in großindustrielle Prozessen. DCS- und SCADA-Systeme arbeiten zusammen, wobei DCS lokale Steuerungsaufgaben übernimmt, während SCADA Überwachungsfunktionen liefert. DCS-Systeme verfügen in der Regel über integrierte HMIs, aber auch eigenständige HMI-Software kann darin integriert werden, um die Visualisierung und Steuerung zu verbessern. Prozessleitsysteme (Distributed Control Systems, DCS) sind computergestützte Systeme, die die Verwaltung und Automatisation von Prozessen in Echtzeit ermöglichen. Sie bestehen aus miteinander vernetzten Steuerungen, Eingabe-/Ausgabegeräten und Bedienstationen und bieten eine zentrale Steuerung. Von der Erhöhung der Sicherheit und Effizienz über die Reduzierung von Abfällen bis hin zur datengesteuerten Entscheidungsfindung und der Integration neuer Technologien wie dem industriellen Internet der Dinge (IIoT) sind DCS-Systeme ein wichtiges Instrument für Unternehmen, die wettbewerbsfähig und nachhaltig bleiben wollen. M15 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Die wachsende Bedeutung intelligenter Feldgeräte markiert einen Wendepunkt in der Prozessindustrie: Verschlankte Prozesse, fundierte datengestützte Entscheidungen, verbesserte Effizienz und Sicherheit sowie weniger Betriebsunterbrechungen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, parallel dazu in die Verbesserung der Qualifikation der Belegschaft zu investieren, um die Vorteile des intelligenten und industriellen Internets der Dinge (IIoT) und intelligenter Feldgeräte voll ausschöpfen zu können. Wie kann dieses neue Thema in Lernprogrammen behandelt werden? Wir haben uns dazu an unsere Spezialistinnen und Spezialisten für Prozessautomation gewandt, um mehr zu erfahren. Was ist der Hauptunterschied zwischen dem IoT und analogen oder einfachen elektronischen Feldgeräten? Der Unterschied liegt in der Konnektivität, der Kommunikation und den modernen Funktionen, die sie bieten und die mit den neuesten Fortschritten in der industriellen Automation und Industrie 4.0 im Einklang sind. Überblick über die technische Entwicklung von Industriegeräten: Funktionalität Kommunikation Datenverarbeitung Traditionelle Geräte Basisinstrumente, die bestimmte Mess- oder Steuerfunktionen ausführen. Sie liefern in der Regel analoge Signale, z. B. 4 … 20 mA Signale. Eingeschränkte Kommunikationfähigkeit. Sie können einfache Protokolle für eine einfache 2-WegeKommunikation verwenden. Minimale oder keine Datenverarbeitungsfähigkeiten. Sie übermitteln in der Regel Rohdaten an ein zentrales Steuerungssystem zur Verarbeitung und Entscheidungsfindung. Smart Devices Sie verfügen über modernere Funktionen, die über das grundlegende Messen und Regeln hinausgehen. Sie verfügen häufig über einen eingebauten Mikroprozessor, der es ihnen ermöglicht, lokale Daten zu verarbeiten und Entscheidungen zu treffen. Verbesserte Kommunikationsfähigkeit. Smart Devices können über Protokolle wie FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA, HART, PROFINET oder EtherNet/IP digital kommunizieren, was einen effizienteren Datenaustausch und eine effizientere Diagnose ermöglicht. Ein gewisses Maß an Datenverarbeitungsfähigkeiten. Sie können lokale Berechnungen durchführen und die verarbeiteten Informationen an das Steuerungssystem übermitteln und Diagnoseinformationen bereitstellen. IIoT-Geräte Sie sind Teil des allgemeineren Trends von Industrie 4.0, wo Geräte in hohem Maße miteinander vernetzt sind und Daten in Echtzeit austauschen und nutzen können. Sie verfügen oft über fortschrittliche Sensoren und können mehrere Funktionen unterstützen. Entwickelt für eine durchgängige Connectivity mit dem Internet und anderen Geräten. Sie verwenden standardmäßige Internetprotokolle wie MQTT oder CoAP für die Kommunikation mit anderen IoTGeräten und Cloud-Plattformen. Umfangreiche Datenverarbeitungs- und Asset ManagementFunktionen. Sie können Daten lokal analysieren, komplexe Entscheidungen treffen und relevante Informationen an das zentrale Steuerungssystem oder an Cloud-Plattformen senden. Verlagerung der Ausbildungsschwerpunkte im Zeitalter der IIoT-Geräte M16 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Welche neuen Fähigkeiten sind erforderlich, um effektiv mit Smart Devices und IoTGeräten zu arbeiten? Aufgrund ihrer Merkmale erfordern fortschrittliche Geräte ein breiteres Spektrum an Fähigkeiten, das auch IT- und analytische Fähigkeiten umfasst. In der Praxis sollten Mitarbeitende Kenntnisse über digitale Kommunikationsprotokolle und den Einsatz von Softwaretools für die Konfiguration, Überwachung, Steuerung und Fehlerbehebung nachweisen. Darüber hinaus müssen sie sich mit potenziellen Sicherheitsrisiken befassen, Wartungsmeldungen interpretieren und Daten zur Optimierung der Zuverlässigkeit nutzen, insbesondere mit Funktionen zur vorausschauenden Wartung. Lohnt es sich, die Lehrmittel in technischen Schulen mit IIoT-Geräten aufzurüsten? Auf jeden Fall ist es ein strategischer Schritt mit mehreren Vorteilen. Die Lernenden werden mit diesen fortschrittlichen Technologien am Arbeitsplatz konfrontiert, so dass die Schulungsumgebung den realen Gegebenheiten besser entspricht. Man fängt klein an, ein machbarer Einstieg wäre z. B. ein oder zwei herkömmliche Sensoren in einem Prozess durch smarte Sensoren auszutauschen. Kleine erste Schritte ermöglichen es Lehrenden, sich mit den Technologien vertraut zu machen und die Kursinhalte schrittweise zu aktualisieren. Gibt es „benutzerfreundliche” Technologien für Lehrende und Lernende? Ja, es gibt benutzerfreundliche Technologien und unkomplizierte Einführungsmöglichkeiten. Nehmen Sie zum Beispiel die für ihre Einfachheit in der industriellen Automatisierung bekannte Technologie IO-Link. Lehrende können sich für IO-Link-fähige Sensoren entscheiden, die einfacher als Transmitter funktionieren. Wählen Sie einen Sensor für Durchfluss, Füllstand, Temperatur oder Druck und installieren Sie ihn zusammen mit einem IO-Link Mastermodul im Regelkreis der Ausbildungsgeräte. Laden Sie dann eine kostenlose Konfigurationssoftware wie PACTware herunter. Lernende können den Sensor in das Kommunikationsnetz integrieren und konfigurieren. Eine weitere unkomplizierte Möglichkeit wäre, einen Transmitter durch einen gleichwertigen Transmitter mit Bluetooth-Konnektivität zu ersetzen und eine kostenlose App für die Fernkonfiguration, Diagnose und Wartung zu nutzen. Was sollten Unternehmen tun, um ihre Mitarbeitenden weiterzubilden? Unsere Top-Empfehlung ist es, die Mitarbeitenden mit neuen Technologien und Geräten vertraut zu machen, und zwar lange vor deren Einführung. Werden praktische Schulungen im Vorfeld angeboten, können Mitarbeitende experimentieren, Fehler machen und in einer kontrollierten Umgebung abseits der Produktionssysteme lernen. Diesen Ansatz verfolgte einer unserer Kunden aus dem Bergbau, der eines unserer Lernsysteme für die industrielle Prozesssteuerung erwarb und uns bat, bestimmte IoT-Geräte zu integrieren, die bald in dessen Betrieb eingeführt werden sollten. Welche Lernlösungen können für die Einführung von Industrie 4.0 genutzt werden? • IoT-Kit für MPS PA-Systeme → Seite 11 • Intelligente Sensoren TP 1312 → Seite 64 M17 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Was ist Wasser 4.0? Wasser 1.0 bis 4.0 sind konzeptionelle Rahmenbedingungen, die verwendet werden, um die historischen und sich weiterentwickelnden Paradigmen in der Wasserwirtschaft zu umreißen. Diese Rahmenbedingungen wurden ursprünglich von David Sedlak, Professor für Umwelttechnik an der Universität 4.0, formuliert und mit dem Titel: „The Past, Present, and Future of the World's Most Vital Resource”, 2014 erstmals veröffentlicht. Wasser 1.0: Die früheste und grundlegendste Form der Wasserwirtschaft konzentrierte sich auf das Sammeln, Speichern und Verteilen von Wasser für die grundlegenden menschlichen Bedürfnisse, wie z. B. Trinken und Sanitärversorgung, mit begrenzter Wasseraufbereitung. Wasser 2.0: Mit dem Schwerpunkt, die wachsende städtische Bevölkerung mit sicherem und sauberem Wasser zu versorgen, markiert diese Phase einen bedeutenden Fortschritt in der Wasserwirtschaft mit zentralen, modernen Wasseraufbereitungsanlagen. Wasser 3.0: In dieser Phase wurden Konzepte wie Abwasseraufbereitung und Recycling eingeführt, um aquatische Ökosysteme zu erhalten und die Umweltauswirkungen der Wassernutzung zu minimieren. Wasser 4.0: In Anlehnung an das Konzept von Industrie 4.0 ermöglichen cyber-physische Systeme die Vernetzung von virtuellen und realen Wassersystemen und Nutzern (Landwirtschaft, Industrie und Haushalte) in einer nachhaltigen, effizienten und flexiblen Wasserinfrastruktur durch die nahtlose Integration von Digitalisierung, Automatisierung und intelligenten Technologien. Digitalisierung Wasser 4.0 M18 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Merkmale moderner Wasserwerke • Durch die Echtzeitüberwachung von Wassersystemen, die durch den Einsatz von Sensoren und Überwachungsgeräten ermöglicht wird, können Betreiber sofortige und aktuelle Informationen über Wasserqualität, Druck und Verteilung erhalten. Diese Fähigkeit verbessert die proaktive Entscheidungsfindung und ermöglicht eine schnelle Reaktion auf neu aufkommende Probleme. • Automatisierte Steuerungssysteme optimieren verschiedene Wasseraufbereitungs- und -verteilungsprozesse, indem sie Aufgaben wie die automatische Dosierung von Chemikalien, die Steuerung von Pumpen und die Einstellung von Ventilen überwachen und so einen präzisen und effizienten Betrieb sicherstellen, was manuelle Eingriffe weitgehend überflüssig macht. • Die Analyse der von Sensoren und Monitoringsystemen generierten Daten liefert wertvolle Erkenntnisse über Leistungstrends und ermöglicht es den Betreibern, datengestützte, fundierte Entscheidungen über Ressourcenzuweisung, Wartungsplanung und allgemeine Systemoptimierung zu treffen. • Die kontinuierliche Überwachung des Zustands und der Leistung der Geräte ermöglicht eine vorausschauende Wartung, wodurch Ausfallzeiten reduziert und die betriebliche Effizienz gesteigert werden. • Moderne Wasserwerke integrieren Technologien wie IoT-Geräte und Kommunikationsnetzwerke. Diese vernetzte und intelligente Infrastruktur ermöglicht ein effizientes Asset Management, das die Fernüberwachung und -verwaltung von Geräten und Infrastrukturkomponenten erlaubt. • Viele Pump-, Heiz- und Kühlsysteme und -geräte sind energieintensiv. Die Belüftung ist der energieintensivste Prozess, da sie das Wachstum und die Aktivität der aeroben Bakterien fördert, die für den Abbau der organischen Stoffe im Abwasser verantwortlich sind. Die Digitalisierung trägt zur Energieoptimierung in der Wasserwirtschaft bei, indem sie die intelligente Steuerung solcher Anlagen ermöglicht und damit den Energieverbrauch und die Betriebskosten senkt. Darüber hinaus trägt die Integration von erneuerbaren Energien vor Ort dazu bei, die Energiekosten zu kompensieren und den CO2-Fußabdruck zu reduzieren. • Wasserversorgungsunternehmen können nachhaltigere Praktiken einführen, z. B Optimierung des Chemikalieneinsatzes , Minimierung der Wasserverschwendung und Einführung energieeffizienter Technologien u. a. Diese Bemühungen stehen im Einklang mit umfassenderen Umweltschutzzielen. Auswirkungen auf Berufe Die Digitalisierung hat erhebliche Auswirkungen auf verschiedene Berufe in der Wasserwirtschaft. Anlagenbetreiber nutzen digitale Tools, um die Chemikaliendosierung anzupassen, die Anlagenleistung zu überwachen und umgehend auf Alarme und Warnungen zu reagieren. Automatisierungsingenieurinnen und -ingenieure sind für die Programmierung und Wartung von SPS- und SCADA-Systemen und die Optimierung der Prozesse in Aufbereitungsanlagen und Verteilungsnetzen zuständig. Technikerinnen und Techniker für Fernüberwachung und -steuerung überwachen den Betrieb und beheben Probleme von einem zentralen Standort aus. Digitale Echtzeitinstrumente und automatisierte Probenahmesysteme haben die Wasserqualitätsanalyse und Chemie revolutioniert. Wartungstechnikerinnen und Wartungstechniker setzen digitale Tools für die vorausschauende Wartung ein. Datenanalystinnen und -analysten verarbeiten und interpretieren die von Sensoren und Systemen gesammelten Daten, um fundierte Entscheidungen über Wasserqualität, -verteilung und -aufbereitung zu treffen. Im Zuge der Digitalisierung steigt auch die Nachfrage nach Cybersicherheitsexpertinnen und -experten. Neue Qualifikationsanforderungen Um sich auf ihre neuen Aufgaben vorzubereiten, müssen sowohl die derzeitigen als auch die künftigen Mitarbeitenden ihre digitale Kompetenz verbessern, um digitale Tools richtig zu nutzen und zu verstehen, wie Daten erfasst, verarbeitet und genutzt werden. Die Kenntnis von Programmiersprachen und Automatisierungssystemen ist für die Entwicklung und die Umsetzung automatisierter Steuerungslösungen für Wasseraufbereitungsprozesse unerlässlich. Die Beherrschung der Datenanalyse ist entscheidend für die Gewinnung aussagekräftiger Erkenntnisse aus umfangreichen Datensätzen und die Optimierung von Wasseraufbereitungsprozessen. Ein ausgeprägtes Umweltbewusstsein und ein Verständnis für die Auswirkungen auf die Umwelt und für umweltschonende Praktiken in der Wasserwirtschaft sind unabdingbar. Darüber hinaus benötigen Mitarbeitende Problemlösungskompetenz und die Fähigkeit, sich an die sich schnell ändernden Technologien und Umweltbedingungen anzupassen. Angesichts der Komplexität und Vernetzung der Systeme sollten die Mitarbeitenden darauf vorbereitet sein, in multidisziplinären Teams zusammenzuarbeiten. Digitalisierung ist ein starker Modernisierungstreiber für Wasserwerke und Kläranlagen und revolutioniert die traditionellen Ansätze der Wasserversorgung und Abwasserbehandlung. In diesem Zusammenhang bedeutet Digitalisierung die Integration fortschrittlicher Technologien, datengesteuerter Strategien und Automatisierung, um Effizienz, Nachhaltigkeit und Gesamteffektivität zu verbessern. Der Erfolg der Digitalisierung hängt von qualifizierten Arbeitskräften ab, die in der Lage sind, die Wasserressourcen gewissenhaft zu optimieren und zu verwalten. Daher kommt der Aus- und Weiterbildung im Bereich der Prozessautomation eine Schlüsselrolle zu. M19 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Wenn man sich mit der Wasserwirtschaft in Industriebetrieben befasst, muss man erkennen, dass diese untrennbar mit der Energie verknüpft ist. Die Berücksichtigung des so genannten „Wasser-Energie-Nexus” in der technischen Ausbildung hilft dabei, dass die Lernenden zu gewissenhaften, anpassungsfähigen und innovativen Fachleuten werden, die zu einem nachhaltigen und verantwortungsbewussten technologischen Fortschritt beitragen können. Wasser für Energie, Energie für Wasser Das komplizierte Zusammenspiel von Energie und Wasser ist eine vielschichtige Beziehung, die die gegenseitige Abhängigkeit dieser beiden kritischen Ressourcen unterstreicht. Energieentscheidungen wirken sich auf die Qualität und Verfügbarkeit von Wasserressourcen aus und umgekehrt. Die Energieerzeugung ist in hohem Maße von Wasserressourcen abhängig, da verschiedene Methoden wie Wasserkraft, Kernkraft und thermische Stromerzeugung einen erheblichen Wassereinsatz erfordern. Umgekehrt erfordern die Wasseraufbereitung und -verteilung einen erheblichen Energieaufwand. Dieser komplexe Zusammenhang wird angesichts des Klimawandels noch deutlicher, da sich veränderte Niederschlagsmuster und steigende Temperaturen sowohl auf die Verfügbarkeit von Wasser als auch auf den Energiebedarf auswirken. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen diesen beiden wesentlichen Elementen ist für eine nachhaltige Entwicklung und soziale Akzeptanz unerlässlich. Verfügbarkeit erneuerbarer Energien Es besteht ein wachsendes Interesse daran, erneuerbare Energiequellen in die Betriebsprozesse der Wasserwirtschaft zu integrieren, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Solar-, Wind- und Wasserkraft können für den Betrieb von Wasseraufbereitungs- und -verteilungsanlagen genutzt werden, wodurch diese nachhaltiger und resilienter werden. Die Dekarbonisierung der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien stellt jedoch eine Herausforderung für die Energiespeicherung in wind- und sonnenarmen Zeiten dar. Eine Lösung besteht darin, überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien zu nutzen, um Wasser in Reservoirs zu pumpen, was eine indirekte Energiespeicherung durch ein intelligentes Netz ermöglicht. Lernende sollten direkt in der Schule befähigt oder sensibilisiert werden, diese Zusammenhänge zu erkennen und innovative Lösungen zu entwickeln. 1 2 3 1 2 3 1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 1 2 3 PGM EXIT CAL Das EDS Water Management hilft bei der Erforschung des Wasser-Energie-Nexus. → Seite 30 Optimierung des Wasser-Energie-Nexus M20 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Fachübergreifende Kompetenzen Um den Wasser-Energie-Nexus zu optimieren, benötigt der einzelne Mitarbeitende eine Reihe von Fähigkeiten, die technisches Wissen, analytische Fähigkeiten, interdisziplinäres Verständnis, Umweltbewusstsein, Einblick in Politik und Vorschriften, effektive Kommunikation, Zusammenarbeit, Kenntnisse im Projektmanagement, Innovation, Anpassungsfähigkeit und Systemdenken umfassen. Optimierungswerkzeuge Mess-und Regeltechnik spielen in Verbindung mit Automatisierungstechnologien eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Effizienz des Energie-Wasser-Verhältnisses in industriellen Betrieben. Zur effizienten Überwachung und Steuerung des Wasser- und Energieverbrauchs werden verschiedene Messinstrumente und Steuerungssysteme eingesetzt: Differenzdruck-Durchflussmesser, magnetisch-induktive Durchflussmesser und Ultraschall-Durchflussmesser messen den Wasserdurchfluss in Rohren oder Kanälen. Sie überwachen den Wasserverbrauch, erkennen Leckagen und optimieren den Wasserverbrauch in Prozessen. Piezoelektrische und kapazitive Drucksensoren oder DMS-Sensoren messen den Druck von Flüssigkeiten in Rohren oder Behältern. Sie optimieren die Effizienz der Pumpen, erkennen Leckagen und sorgen für den richtigen Druck in Wasserverteilungssystemen. Ultraschall-Füllstandssensoren, RadarFüllstandssensoren und Schwimmer-Füllstandssensoren messen den Füllstand von Flüssigkeiten in Tanks oder Behältern. Sie kontrollieren den Wasserstand, verhindern Überlauf und verwalten die Speicherung in Wasseraufbereitungsanlagen. Thermoelemente, Widerstandstemperaturfühler (RTDs) und Infrarot-Temperatursensoren messen die Temperatur von Wasser oder anderen Flüssigkeiten. Sie optimieren den Energieverbrauch bei Heiz- und Kühlprozessen und überwachen die Wasserqualität. Analysegeräte (pH-/Leitfähigkeits-/Trübungsmessgeräte/Messgeräte für gelösten Sauerstoff) messen und analysieren die Zusammensetzung von Wasser und Abwasser. Sie überwachen die Wasserqualität und sorgen für die Einhaltung der gesetzlichen Normen. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) steuern und automatisieren verschiedene Prozesse auf der Grundlage einer programmierten Logik. Sie sind der Schlüssel zur Ablaufsteuerung, Betriebsdatenerfassung und Prozessautomation in der Wasser- und Energiewirtschaft. SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) und DCS-Systeme (Distributed Control Systems (Prozessleitsysteme)) überwachen, steuern und sammeln Daten aus industriellen Prozessen. CloudDaten bieten eine zentrale Steuerung von Wasseraufbereitungsanlagen, Energiemanagement, Fernüberwachung und transparente Kommunikation mit den Beteiligten. Frequenzumrichter regeln die Drehzahl und den Stromverbrauch von Elektromotoren, um den Betrieb von Pumpen und Ventilatoren sowie die Energieeffizienz insgesamt zu optimieren. Intelligente Sensoren und IoT-Geräte liefern Echtzeitdaten und ermöglichen die Kommunikation zwischen den Geräten, was eine kontinuierliche Überwachung, eine vorausschauende Wartung und eine datengesteuerte Entscheidungsfindung ermöglicht. Energiemanagementsysteme überwachen und verwalten den Energieverbrauch in industriellen Prozessen, um Energiesparmöglichkeiten zu ermitteln und Energieverbrauchsmuster zu verfolgen. Werden diese Technologien beherrscht, können Prozesse in Echtzeit überwacht, gesteuert und optimiert werden, was zu einer höheren Effizienz, einem geringerem Ressourcenverbrauch und allgemeiner Nachhaltigkeit im industriellen Betrieb beiträgt. M21 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Batteriefabriken schießen wie Pilze aus dem Boden, um die Beschleunigung der Elektromobilität und die Ausweitung der Möglichkeiten zur Speicherung erneuerbarer Energien zu unterstützen. Was zeichnet Batterien-Produktionsstätten aus? Welche Fähigkeiten sind gefragt? Wie können Lernende auf den Einstieg in die Industrie vorbereitet werden und wie kann die Produktivität der Mitarbeiter gesteigert werden? Welchen Beitrag leistet Prozessautomation für Betriebe? Finden Sie es heraus. Kompetenzen für die moderne Fertigung Batteriefabriken sind moderne Großserienfertigungsanlagen, in denen Fabrik- und Prozessautomation nahtlos integriert sind. Die Automation gewährleistet Präzision, Gleichmäßigkeit und Stabilität und erfüllt strenge Sicherheits- und Leistungsanforderungen. Die Einführung innovativer Technologien wirkt sich jedoch auf die Qualifikationsanforderungen aus und führt zu Qualifikationsdefiziten bei den Mitarbeitenden. Um in einer Industrie 4.0-Umgebung erfolgreich zu sein, benötigen Mitarbeitende ein breiteres Spektrum an Fähigkeiten, darunter digitale Kompetenz, Problemlösungsfähigkeit, kritisches Denken, Kommunikation, Zusammenarbeit und Kreativität. Eine lebenslange Weiterentwicklung der eigenen Kompetenzen ist unerlässlich, da sich sich die Branche im steten Wandel befindet. Daher müssen Lehrende in der Industrie in die Anpassung oder Schaffung von Ausbildungsprogrammen investieren, die auf die Anforderungen der Industrie abgestimmt sind. Prozesstechnik: ein wichtiger Kompetenzbereich Die Wertschöpfungskette der Batterieindustrie reicht von der Rohstoffgewinnung über die Montage von Batteriezellen bis hin zu Vertrieb, Integration, Dienstleistungen, Recycling und Forschung. Die Integration der Prozesstechnik gewährleistet durchgängig Effizienz und Qualität. Produktionsfachkräfte benötigen Kenntnisse in Prozesstechnik und Automatisierung, um Sicherheit und Produktivität in der Fertigung zu gewährleisten. Um Fachkräfte für die Prozessautomation vorzubereiten, ist ein umfassendes Aus- und Weiterbildungsprogramm erforderlich, das Durchfluss-, Füllstands-, Druck-, Temperatur-, pH- und Leitfähigkeitsprozesse sowie industrielle Steuerungstechnik wie SPS, SCADA und DCS abdeckt. Dieses Programm sollte auch spezifische Kenntnisse über Batterieprozesse und -technologien umfassen. Wesentliche Grundlagen von Batterien Technische Arbeitskräfte benötigen ein umfassendes Verständnis der grundlegenden Batterieprinzipien, um effektiv zum Produktionsprozess beitragen zu können. Hier sind einige wichtige Bereiche des Grundlagenwissens über Batterien: • Batteriechemie (Lithium-Ionen, BleiSäure, Nickel-Metallhydrid...) und Materialien (einschließlich Elektroden, Elektrolyte und Trennelemente). • Konstruktionsprinzipien von Batterien (einschließlich Zellenanordnung, Elektrodenkonfigurationen und Verpackungsüberlegungen) und Strukturbauteile von Batterien und ihre Funktionen (z. B. Stromabnehmer, Pole und Gehäusematerialien). • Elektrochemische Prozesse (Ladungs-/ Entladungsreaktionen, Ionenwanderung und Elektronenfluss) und elektrochemische Parameter (Spannung, Strom, Kapazität und Energiedichte). • Testmethoden und Charakterisierungstechniken für Batterien, einschließlich Leistungskennzahlen wie Kapazität, Spannung, Lebensdauer und Impedanz. • Sicherheitsprotokolle und Gefahrenbewusstsein (Entflammbarkeit, Toxizität und chemische Reaktivität). • Maßnahmen und Normen zur Qualitätskontrolle (ISO-Qualitätsmanagementsysteme, branchenspezifische Vorschriften und Produktzertifizierungsanforderungen). • Chargenverarbeitungstechniken, Produktionsabläufe und Optimierungsstrategien. Lernlösungen für die Herstellung von Elektrofahrzeugen und Batterien Wir können Schulen und Industrieunternehmen bei der Entwicklung umfassender Lernumgebungen und Aus- und Weiterbildungsprogrammen unterstützen, um Fähigkeiten aufzubauen, die bei der Einstellung neuer Mitarbeitender helfen und das Fachwissen der aktuellen Mitarbeitenden erweitern. → Klicken Sie hier oder scannen Sie den Code: Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik für Batteriefertigung M22 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Prozess Beschreibung Regelgrößen Feldgeräte Mischen Mischen von Materialien zu einem einheitlichen Gemisch, einschließlich der Herstellung der Batteriepaste (Slurry). Mischgeschwindigkeit, Temperatur, Viskosität, Konzentration der Materialien Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Temperatursensoren, Viskositätsmesser, Konzentrationsmessgeräte Beschichten Auftragen einer dünnen Schicht Batteriepaste auf Stromabnehmer zur Herstellung von Batterieelektroden. Dicke und Gleichmäßigkeit der Beschichtung, Temperatur, Lösungsmittelkonzentration Dickenmessgeräte, Temperatursensoren, Gasanalysegeräte Trocknen Entfernen von Lösungsmitteln aus beschichteten Elektroden, um die Struktur zu verbessern und Defekte zu vermeiden. Temperatur, Feuchtigkeit, Restlösungsmittelkonzentration Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, Gasanalysegeräte, Heizgeräte und Ventilatoren Kalandern Komprimieren und Formen von beschichteten Elektroden zur Verbesserung der Dichte- und der mechanischen Eigenschaften. Dicke der beschichteten Materialien, Dichte der Materialien, Temperatur Dickenmessgeräte, Dichtemessgeräte, Temperatursensoren Füllen Befüllen der Batteriezellen mit Elektrolyt, um das richtige Volumen und die richtige Konzentration zu gewährleisten. Elektrolytvolumen, Dichtungsintegrität, Elektrolytkonzentration Füllstandssensoren, Lecksuchsysteme, Elektrolytanalysatoren Aging Batterien sich stabilisieren lassen und für eine optimale Leistung aktivieren. Ruhezeit, Temperatur, Selbstentladungsrate Zeitgeber, Temperatursensoren, Geräte zur Messung der Selbstentladung Entgasen Das Entfernen von Gasen erhöht die Sicherheit und Langlebigkeit der Batterie. Gaskonzentration, Temperatur, Druck Gasanalysegeräte, Temperatur- und Drucksensoren Prüfen Auswertung von Kapazität, Spannung, Widerstand und Sicherheitseigenschaften. Kapazitätsverschlechterung, thermische Stabilität, Spannungsabfall, Innenwiderstand Batterietestgeräte, Spannungs- und Innenwiderstandsmessgeräte, Sicherheitsprüfgeräte M23 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Rohmaterialhandling Materialvorbereitung Elektrodenfertigung Zellmontage Front-End Zellmontage Back-End Zuschneiden (Slitting) Zuführung Rohmaterial Mischen Schneiden (Notching) Vakuumtrocknen Beschichten Kalandern Trocknen Rundzelle Flachzelle Spiralzelle Anbringen Zellableiter Stapeln Montage Zellableiter Typischer Batterieproduktionsprozess M24 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Füllen Formation Modul- und Packmontage Fertige Zelle Zylindrische Wicklung Anbringen Zellableiter Rundzelle Flachzelle Prismatische Zelle Befüllung der Rundzelle Befüllung der Pouchzelle Befüllung der prismatischen Zelle Aging Entgasen Endprüfung Modulmontage Packmontage Einbringen in Gehäuse M25 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Technische Ausbildung für Arbeitskräfte in der Bergbau- und Metallindustrie Entdecken Sie unsere Lernlösungen, die Bedienerinnen/Bediener und Technikerinnen/Techniker auf die Bergbauindustrie vorbereiten. Broschüre herunterladen. → Klicken Sie hier oder scannen Sie den Code: Prozesstechnik im Bergbau M26 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Prozessautomation sorgt für mehr Sicherheit, weil sie Gefahrensituationen für die Menschen minimiert, die Effizienz durch Verschlankung von Arbeitsabläufen und Reduzierung von Ausfallzeiten verbessert und die Produktivität durch Maximierung der Ressourcennutzung steigert. Darüber hinaus erleichtert die Prozessautomation die Überwachung und Steuerung kritischer Parameter in Echtzeit und gewährleistet so den optimalen Betrieb von Anlagen und Prozessen. Ferner trägt die Automation zur ökologischen Nachhaltigkeit bei. Die Verarbeitung von Technologie-Mineralien unterscheidet sich erheblich von der Verarbeitung herkömmlicher Mineralien, was in erster Linie auf ihre einzigartigen Eigenschaften und Merkmale und die spezifischen Anforderungen moderner technischer Anwendungen zurückzuführen ist. Wichtige Kompetenzbereiche für Mitarbeitende in der Produktion: Instrumentierung und Prozesskontrolle Das Effizienzmanagement der zahlreichen und unterschiedlichen Bergbauprozesse kann eine Herausforderung darstellen, insbesondere aufgrund der Vielzahl von Geräten, die oft mit unterschiedlichen Schnittstellen und Formaten arbeiten. Die Instrumentierung ermöglicht die gleichzeitige Überwachung zahlreicher Bergbauprozesse in Echtzeit, erhöht die Effizienz durch Automatisierung, verbessert die Qualitätskontrolle, reduziert Abfall und Verunreinigungen und schafft eine sichere Arbeitsumgebung. Wasserwirtschaft Wasser dient im gesamten Produktionsprozess verschiedenen Zwecken. Dazu zählen Extraktion und Verarbeitung, Entstaubung, Kühlung, Transport und Schlammhandhabung, Waschen und Reinigen, Mineralienabscheidung und -konzentration u. v. .m. Wasserwirtschaft stützt sich auf Automatisierungs- und Steuerungssysteme, um Wasser- und Abwasseraufbereitungsprozesse präzise zu steuern und zu optimieren. Erzeugung erneuerbarer Energien Durch die Umstellung auf erneuerbare Energiequellen können Bergbauunternehmen ihre Energiekosten senken, insbesondere an abgelegenen Standorten mit beschränktem Netzzugang, und gleichzeitig die Umweltauswirkungen wie Treibhausgasemissionen und Umweltverschmutzung verringern. Berufe in der Industrie Industrie-Know-how, insbesondere in den Bereichen Maschinenmechanik und Wartung von Industriepumpen, ist unerlässlich, um die Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten, Ausfallzeiten zu minimieren und die Produktivität zu optimieren. Bild: Flotationszellen in einer Mineralverarbeitungsanlage Technologie-Mineralien kommen häufig in komplexen Erzkörpern vor, die mehrere Elemente enthalten, was spezielle Extraktions- und Verarbeitungstechniken wie Hydrometallurgie, Ionenaustausch und Lösungsmittelextraktion erforderlich macht. Darüber hinaus erfordern die in HightechAnwendungen eingesetzten TechnologieMaterialien einen hohen Reinheitsgrad, was zu zusätzlichen Reinigungsschritten führt, die für herkömmliche Mineralien nicht erforderlich sind. Ferner können bei der Verarbeitung von Technologie-Mineralien ökologisch sensible Verfahren zum Einsatz kommen, die im Vergleich zu herkömmlichen Mineralien strengere Umweltvorschriften und Nachhaltigkeitsüberlegungen verlangen. Mit der steigenden Nachfrage nach Technologie-Mineralien, die für verschiedene Anwendungen in den Bereichen erneuerbare Energien, Elektrofahrzeuge, Elektronik und Telekommunikation unerlässlich sind, nimmt die Bergbauindustrie wieder eine Schlüsselstellung in der modernen Gesellschaft ein. Industrielle Bergbaubetriebe sind in hohem Maße auf Prozesstechnik angewiesen, um Abbauverfahren zu optimieren, die Effizienz zu steigern, Sicherheitsstandards zu gewährleisten und Umweltauswirkungen zu minimieren. M27 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
Bergbau Bei Untertage- oder Tagebau wird das Gestein gebohrt und gesprengt und anschließend transportiert bzw. an die Oberfläche gefördert. Zerkleinern • Brecher Eine Brecherstation zerkleinert das Gestein oft bis zum Gesteinsstaub. • Kugelmühlen Die Nassvermahlung von Mineralien z. B. Kupfererz verkleinert das Material. • Siebanlage Beim Sieben wird granuliertes Erzmaterial nach der Partikelgröße in mehrere Sorten getrennt. • Setzmaschine In der Setzmaschine mit tiefem Tank werden mit Hilfe von Wasser die Materialien aussortiert, die sich vom Gangerz durch ihr spezifisches Gewicht unterscheiden. • Hydrozyklon Zyklone sind eines der am häufigsten verwendeten Anlagenteile zur Trennung von festen Partikeln aus Flüssigkeitsströmen. Aufbereitung und Gewinnung • Flotation Die Schaumflotation trennt selektiv hydrophobe wertvolle Mineralien von hydrophilen Abfallstoffen. In ihrer einfachsten Form werden die Mineralien von der Oberfläche einer „Aufschlämmung“ aus spezifischen Chemikalien, Wasser und Luftblasen abgeschöpft. • Auslaugung Durch die Auslaugung gewinnt man Edelmetalle, Kupfer, und andere Verbindungen aus Erzen. Chemische Reaktionen dienen dazu, bestimmte Mineralien zu absorbieren und sie danach wieder von anderen Erdmaterialien abzutrennen. • Fällung Ein Fällungsmittel wird einer Charge einer metallhaltigen Lösung zugesetzt, wodurch die Zielmetallionen unlösliche Ausfällungen bilden, die durch Filtration oder Sedimentation ausgeschieden werden können. Typische Bergbauprozesse 1 2 3 1 2 3 M28 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
Eindicker und Filtration • Eindicker Das Schaumkonzentrat aus der Flotationszelle wird zum Konzentrateindicker gepumpt. Die Partikel setzen sich hierbei durch die Schwerkraft zu einer dichten Aufschlämmung ab, die den größten Teil der Feststoffe enthält. Der Überlauf besteht aus Flüssigkeit und Lauge. • Filtration Filterpressen werden zur Konzentrat- und Abraumentwässerung eingesetzt. Die aus dem Schlamm extrahierten Mineralien werden in Folgeprozessen weiterverarbeitet und das verwendete Wasser in den Prozess zurückgeführt. Weitertransport Das fertige Mineralkonzentrat wird zu primären Produktionsanlagen wie Schmelzhütten, Raffinerien transportiert. Bei vollintegrierten Anlagen übernehmen Förderbänder den internen Transport. • Einschmelzen Bei diesem Verfahren wird eine Charge Erz oder Konzentrat zusammen mit Fluss- und Reduktionsmitteln in einen Ofen oder eine Schmelzanlage gegeben und auf hohe Temperaturen erhitzt, um das Metall von den Reststoffen zu trennen. Die Metallschmelze wird dann abgestochen und weiter veredelt. • Elektrolytische Raffination/Gewinnung Bei der elektrolytischen Raffination wird eine Charge unreinen Metalls als Anode in einer Elektrolysezelle verwendet, wo es aufgelöst und auf einer Kathode abgeschieden wird, wodurch reines Metall entsteht. Bei der elektrolytischen Gewinnung werden Metallionen in einer Lösung reduziert und auf einer Elektrode abgeschieden, um das Metall in reiner Form zu gewinnen. 4 5 4 5 M29 → festo.com/didactic Magazin > Aktuelle Trendthemen
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