Alleine in Deutschland werden im Jahr über drei Millionen Tonnen tiefgefrorene Lebensmittel verzehrt - pro Person rund 38 kg. Diese Zahlen des deutschen Tiefkühlinstituts verdeutlichen die wirtschaftliche Bedeutung der Produktion von Tiefkühlkost. Ein Verfahren ist das kryogene Schockfrosten, bei dem die Lebensmittel innerhalb von Minuten auf -18 °C abgekühlt werden - mit flüssigem Kohlendioxid (-79 °C) oder flüssigem Stickstoff (-196 °C). Dabei kommt es zum direkten Kontakt zwischen Kühlmittel und dem zu frostenden Produkt.

Vergleichbar mit dem „scharfen" Anbraten von Fleisch, bildet sich eine dünne, tiefgefrorene Schutzschicht, die ein Entweichen von Flüssigkeit aus den Nahrungsmitteln verhindert. Deswegen bleibt beim kryogenen Schockfrosten die Zellstruktur der Lebensmittel erhalten und damit auch deren Aroma, Geschmack und Optik. Mit der Spiralgefrieranlage kann Linde alle Arten von Lebensmittel schockfrosten oder auch nur kühlen. Das Spektrum reicht von Fleisch über Gemüse und Halbfertigprodukte bis hin zu typischen Convenience- Produkten wie Tiefkühlpizzen.

In der Theorie ist der Ablauf beim Frosten einfach: Auf einem Transportband werden die Lebensmittel durch den Spiralgefrierer geführt und dort so lange gekühlt, bis sie am Ausgang der Kühlstrecke die gewünschte Endtemperatur erreicht haben. Erst die Praxis zeigt die realen Anforderungen: Temperatur, Druck, Durchlaufzeit und Lüftergeschwindigkeit müssen korrekt eingestellt sein und entsprechend überwacht werden. Um die Zellstruktur des jeweiligen Produkts zu erhalten, bedarf es jeweils produktspezifischer Gefriergeschwindigkeiten. Dabei sind Parameter wie die Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Oberflächenbeschaffenheit und Eingangstemperatur jedes Produkts zu berücksichtigen.

Hinterlegte Rezepte Grundlage für weitere Anlagenparameter

Mit einer ausgeklügelten Regelungstechnik lässt sich das realisieren. Zum Einsatz kommt eine Siemens-Steuerung S7-300, die über Profibus-DP mit dem Visualisierungs- PC und den dezentralen Automatisierungskomponenten (Frequenzumrichter, I/Os) kommuniziert. Zur Kontrolle und Visualisierung dieser Prozesse verwendet Linde die auf Microsoft Silverlight basierende Scada/HMISoftware Webfactory 2006 (Supervisory Control And Data Acquisition/Human Machine Interface). Über den Bedien-PC kann der Anlagenfahrer aus bis zu 30 im System hinterlegten Rezepten das für den anstehenden Fertigungsauftrag passende wählen. Ein Rezept beinhaltet jeweils Angaben zur Solltemperatur, Durchlaufzeit und zum Lüfterverhalten. Im Hintergrund berechnet die Visualisierung daraus weitere Anlagenparameter.

Zielsetzung beim Aufbau der Visualisierung war, dem Bediener eine möglichst einfache Kontrolle zu ermöglichen und trotzdem sämtliche Steuerungsmöglichkeiten bereit zu stellen. Die Visualisierung speichert die Produktionsdaten in der Datenbank SQL Server 2008, deren skalierbare Infrastruktur die Nutzung von Business Intelligence (BI) im gesamten Unternehmen ermöglicht. Über die Reporting Services von SQL-Server können Anwender beispielsweise komfortabel auf historische Alarmmeldungen, Benutzeraktivitäten und Wartungsinformationen zugreifen.

Diese Reports wurden mit dem BI-Development Studio erstellt. Für die Projektierung und Anpassung der Web-Visualisierung stehen die Werkzeuge von Microsoft Expression Studio zur Verfügung. Diese wurden von der Firma Webfactory um branchenspezifische Symbolbibliotheken sowie einen Signalbrowser zur Auswahl der verwendeten Steuerungs- Tags erweitert. Über das Control-Toolkit von Visual Studio sind die Standardbibliotheken um individuelle Controls erweiterbar. Für die Applikation bei Linde wurde beispielsweise ein Control zur automatischen Umschaltung und Umrechnung von °C in °F erstellt.

Dynamische Browser

Der Einsatz von Silverlight 2 sorgt für Browser- und Plattform-Unabhängigkeit: Silverlight-Szenen laufen unter Windows- Betriebssystemen wie auch unter Apple MacOS oder Linux und können in Browsern wie Internet-Explorer, Firefox oder Safari dargestellt werden. Zudem lassen sich Vektorgrafiken nutzen und mit Multimedia-Elementen zu realitätsnahen Bedienoberflächen für Maschinen und Anlagen kombinieren. Von Grund auf objektorientiert konzipiert, trennt Silverlight 2 das Design vom Programmcode. Dies erleichtert nicht nur die Verwaltung von Web- Applikationen, sondern es verbessert auch die Zusammenarbeit zwischen Designern und Entwicklern.

Die Grundlage dafür bildet die eXtensible Application Markup Language (XAML). Zudem unterstützt das flexible Programmiermodell eine Vielzahl von Programmiersprachen und Frameworks wie AJAX (Asynchronous Java- Script and XML), Visual Basic .NET, C#, Java Script, Python und Ruby. Es setzt keine Microsoft-Server-Plattform voraus und lässt sich in bestehende Web-Anwendungen integrieren.

Flexibler Zugriff aus der Ferne

Anlagenbetreiber wollen mittlerweile jederzeit und von überall den Status ihrer kompletten Anlage abfragen können. Systeme, die aus unflexiblen, statischen Mosaikbildern und großen Bedienpulten bestehen, können das nicht mehr leisten - webbasierte Visualisierungssysteme haben dagegen die nötige Flexibilität. Aus Sicherheitsgründen muss die Gefrieranlage bei Linde vor Ort gestartet und gestoppt werden. Alles Weitere lässt sich dank der Web-Visualisierung auch problemlos per Fernzugriff regeln.

Abhängig von der Zugangsberechtigung hat ein Nutzer über seinen Browser vielfältige Interaktionsmöglichkeiten: Von der Rezeptauswahl über das manuelle Ändern von Parametern bis zum Herunterladen von Servicedaten, Alarm- und Warnmeldungen sowie Aktivitätsprotokollen der Benutzer. Der Hauptadministrator darf per FTP-Zugriffe sogar historische Daten mit Einloggund Auslogg-Informationen abrufen. Treten in derAnlage Störungen auf, kann sich der Servicetechniker über eine gesicherte Internet-Verbindung zunächst einen Überblick verschaffen, die entsprechenden Änderungen vornehmen oder bei Bedarf einen Service-Einsatz beauftragen.

Besonders hilfreich ist, dass weltweit Mitarbeiter gleichzeitig alle prozessrelevanten Informationen in ihrer Landessprache abrufen können. Ein entsprechendes Sprachverwaltungsmodul stellt die benötigten Informationen zur Verfügung. Mit der auf Silverlight 2 basierenden Anwendung erhöht Linde die Auslastung Multider Anlage und verringert darüber hinaus per Fernzugriffservice die Stillstandzeiten.

Silverlight 2 - Technologie-Update für Browser

Silverlight ist ein kostenloses Plug-In für alle gängigen Browser unter Windows, Apple Macintosh und Linux. Es ermöglicht sogenannte „Rich Interactive Applications" (RIA), hochwertige Multimedia- und Video-Darstellungen und Cross-Platform-.NET-Anwendungen im Web. Durch die Veröffentlichung der Silverlight- XAML-Vocabulary-Spezifikationen können andere Softwarehersteller XAML in ihre Entwicklungswerkzeuge integrieren.

Im Herbst 2007 erstmals vorgestellt, wurde Ende 2008 mit Silverlight 2 eine erweiterte Version des Plug-Ins veröffentlicht, das erstmals Teile der .NET-Umgebung auf den Browser bringt. Microsoft Expression Studio ist eine Tool- Familie für Webdesigner und Entwickler von Rich Internet Applications. Sie unterstützt die Erstellung standardkonformer Web- Anwendungen mit Microsoft Silverlight und die Programmierung von Bedienoberflächen für Windows-Anwendungen.

Autoren: Bernhard Carli ist Senior Business Development Manager Manufacturing Industry bei der Firma Microsoft in München.

Stefan Hauck ist Projektleiter bei der Firma Webfactory in Buchen.

Volker Kamm ist Bereichsleiter Engineering & Project Management bei der Firma Linde in Unterschleißheim