Mit Sicherheit verpackt

Sicherheitssteuerung in der Endfertigung und Verpackung

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18.07.2017 Chemours, Niederlande, betreibt Anlagen, die funktional sicher ausgelegt sein müssen. Dazu verwendet das Unternehmen die Safety-Bridge-Technologie, die keine separate Safety-Steuerung benötigt, weil die sicheren Daten in einem Logikmodul verarbeitet werden. Was der Anwender in der Praxis davon hat, wird im Beitrag erklärt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Sind in bestehenden Anlagen Sicherheitsfunktionen nachzurüsten, kann dies für die Verantwortlichen zu einer größeren Herausforderung werden.
  • In jedem Fall ist ein strukturierter und durchdachter Ansatz notwendig, dessen Umsetzung mehrere Monate in Anspruch nehmen kann. Außerdem muss die technische Ausrüstung den geltenden Richtlinien entsprechen.
  • Der Anwender setzte in seinem Werk auf ein TÜV-zertifiziertes Sicherheitssystem, das unabhängig von der S7-Standardsteuerung arbeitet und sich dennoch vollständig in das vorhandene Anlagennetzwerk einfügt.

Es ist eine echte Herausforderung: Gilt es, Sicherheitssteuerungen in große Anwendungen zu integrieren, erfordert dies in der Regel besondere Kenntnisse. Damit das Bedienpersonal zuverlässig vor Gefahr bringenden Situationen geschützt ist, müssen alle relevanten Anforderungen vollständig berücksichtigt werden. Als vorteilhaft erweisen sich hier Lösungen wie die Safety-Bridge-Technology (SBT): Sie verbindet die Einfachheit konfigurierbarer Systeme mit dem Nutzen von dezentral im Automatisierungsnetzwerk einsetzbaren I/O-Modulen.

Neuling mit Historie

Der amerikanische Chemiekonzern The Chemours Company gehört zu den internationalen Marktführern im Bereich der Titandioxid-Technologien sowie bei Fluorprodukten und weiteren chemiebasierten Lösungen. Seit seiner Abspaltung vom Dupont-Geschäftsbereich für Hochleistungschemikalien im Jahr 2015 bietet das Unternehmen mit Hauptsitz in Wilmington im US-Bundesstaat Delaware seinen Kunden eine Vielzahl an Produkten für aktuelle und zukünftige Markterfordernisse. Obwohl erst seit zwei Jahren eigenständig aktiv, blickt das Chemieunternehmen aus der Historie auf eine 200-jährige Geschichte zurück. Mittlerweile beschäftigt der Konzern mehrere Tausend Mitarbeiter, die weltweit an 45 Produktions­standorten, Laboratorien und Niederlassungen tätig sind. Seine Präsenz nutzt das Unternehmen, um Kunden aus der Automobilindustrie sowie den Bereichen Lacke, Kunststoffe, Elektronik, Energie und Telekommunikation in über 130 Ländern zu beliefern.

Anpassung aus der Leitwarte

Bei Chemours Netherlands mit Sitz im niederländischen Dordrecht handelt es sich um eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von The Chemours Company. Der 1959 gegründete Fertigungsstandort ist der größte in Europa. In der Anlage stellen rund 500 Mitarbeiter schwerpunktmäßig Kunststoffe (Fluorpolymere) mit bekannten Markennamen wie Teflon, Opteon und Viton her, die in Antihaft-Beschichtungen und Kühlmitteln zur Anwendung kommen. Eine zentrale Leitwarte, in der wichtige Daten aus sämtlichen Herstellungsprozessen zusammenlaufen, steuert und überwacht jede der auf dem weitläufigen Betriebsgelände befindlichen Produktionsstätten. In der Endfertigung, wo die einzelnen Produkte komplettiert und vor dem Versand automatisch verpackt werden, erfolgt die Steuerung der Maschinen durch lokal installierte speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die ihre Daten über die Kommunikationsstandards Profibus und Profinet austauschen. Die Mitarbeiter können an mehreren Bedienen-und-Beobachten-Geräten, die an verschiedenen Standorten montiert sind, auf die Prozessdaten zugreifen und so die Abläufe steuern und bei Bedarf Abweichungen korrigieren. Doch grundsätzlich soll die zentrale Leitwarte die Prozessparameter bei einer Alarmmeldung anpassen.

Lösung mit eigener Sicherheits-CPU

Die Betrachtung der sicherheitsrelevanten Teile der Maschinensteuerung hat ergeben, dass der Hauptprozess bislang über eine eigene Sicherheitssteuerung verfügte, während in der Endfertigung und Verpackung noch fest verdrahtete und daher unflexible Systeme zum Einsatz kamen. Vor diesem Hintergrund setzten die Verantwortlichen in Dordrecht ein Projekt zur Modernisierung der veralteten Safety-SPS auf. Die Aktivitäten zielten auf eine größere Flexibilität bei gleichzeitiger Konformität der neuen Lösung mit den strengen Sicherheitsrichtlinien und -maßnahmen der Anlage ab. Johan Sterrenburg, technischer Leiter für elektrische Systeme und die Messausrüstung am Standort Dordrecht, erläutert den Projektansatz: „Bereits zu Beginn der Aktivitäten war klar, dass unser Hauptaugenmerk auf der Trennung des Sicherheitssystems von der Hauptsteuerung liegt. Nachdem wir alle möglichen Lösungskonzepte geprüft und bewertet hatten, haben wir uns für das I/O-System Inline von Phoenix Contact mit der TÜV-zertifizierten Safety-Bridge-Technology entschieden. Dies, weil sich die Lösung einfach an die S7-Standardsteuerung anbinden lässt und gleichzeitig eine eigene Sicherheits-CPU umfasst. Deshalb kann Inline-SBT vollständig in das bestehende Netzwerk integriert und trotzdem unabhängig von der Standardsteuerung betrieben werden.“

Flexibilität für künftige Anforderungen

Da die Einrichtungen für die Endfertigung und Verpackung mit ihren zahlreichen Schaltschränken über eine große Fläche verteilt sind, war es aufgrund des dezentral installierbaren Safety-I/O-Systems erstmals möglich, die Sicherheitssensoren und Positionsschalter sämtlicher Prozesse in die Automatisierungslösung einzubinden. Sterrenburg berichtet: „Im Vergleich zu den bisher fest verdrahteten Systemen bringt uns die Nutzung von Inline-SBT einige Vorteile. Wir kennen unsere Prozesse sehr gut und versuchen daher so vorausschauend wie möglich zu planen. Aus diesem Grund setzen wir in den beiden Verpackungslinien die zukunftssichere Version 3 des LPSDO-Moduls (Logic Programmable Safe Output Device) ein.“ In der aktuellen Konfiguration verwendet Chemours Netherlands ein LPSDO-Modul, um bis zu 16 sichere Eingangs- oder Ausgangsklemmen per Fernzugriff über das Netzwerk zu steuern. Sollten in Zukunft weitere Sicherheitssignale erforderlich sein, lassen sich einfach zusätzliche I/O-Module hinzufügen oder es wird ein neues LPSDO-Modul mit den zugehörigen I/Os in die Lösung integriert. Diese Option bietet dem Chemiekonzern genau die Flexibilität, die sich die Verantwortlichen im Projekt zum Ziel gesetzt hatten.

Umsetzung der höchsten Sicherheitskategorien

Handelt es sich um klar definierte und spezifizierte Sicherheitsbereiche und Interaktionen des Systems, stellt die Applikation verschiedene Sicherheits-I/O-Module für den Aufbau einer vollständigen Lösung zur Verfügung. Das Logikmodul fungiert dabei als zentrales Steuerelement und Herzstück des Systems. Es erzeugt und überwacht das Safety-Protokoll und verarbeitet zudem die Sicherheitslogik. Über die Konfigurations-Software Safeconf kann der Anwender dem zentralen Logikmodul bis zu 16 unterschiedliche Sicherheits-I/O-Module mit jeweils eindeutiger Adresse zuweisen. Zur Umsetzung der einzelnen Sicherheitsfunktionen umfasst die Software entsprechende Bausteine, die auf der PLC-Open-Spezifikation basieren und alle gängigen Arten von Sicherheitssensoren und sensorgebundenen Funktionen abdecken, beispielsweise Muting. Die zugewiesenen Hardware-Sensoreingänge lassen sich auf den Sensortyp einstellen, etwa zum Erfassen spezifischer Prüf­impuls-Filterbreiten oder Diskrepanzzeiten. Abhängig von den genutzten Steuerungskomponenten kann der Anwender ferner SBT-Ausgangsmodule mit Halbleiter-Ausgängen oder potenzialfreien Relaiskontakten wählen. Die Module, die eine Lebensdauer von 20 Jahren haben, eignen sich je nach Konfiguration und Verdrahtung für Sicherheitsanwendungen bis PLE gemäß EN ISO 13849-1 respektive SIL3 nach EN IEC 62061.

Simpel integrierte Logik

Ist die Sicherheitslogik einmal realisiert, spielen die Verteilung und der jeweilige Installationsort der I/O-Module im Netzwerk keine Rolle, denn beides beeinflusst die Sicherheitslogik nicht. Zum Implementieren oder Nachrüsten der Sicherheitslogik in eine vorhandene Standardsteuerung benötigt der Programmierer weder besondere Erfahrung noch eine Ausbildung im Bereich der funktionalen Sicherheit. Aus der Perspektive der Standard-SPS handelt es sich bei der Lösung um ein gewöhnliches I/O-Modul für das Übertragen von Sicherheitspaketen, deren Inhalt für sie nicht zugänglich oder einzusehen ist. Den Inhalt der Sicherheitspakete überwachen die Safety-Module kontinuierlich. Falls sie eine Abweichung feststellen, versetzt das Logikmodul das System sofort in einen sicheren Zustand.

In sämtlichen Steuerungs- und Netzwerkumgebungen

Besonders wichtig für den Einsatz bei dem Betreiber war außerdem, dass das System die Zustandsdaten an die zentrale Leitwarte übermittelt – ein weiterer Vorteil, den eine in das Netzwerk eingebundene Sicherheitslösung bietet. Aufgrund der in das System integrierten Sicherheitsmaßnahmen sind durch den Programmierer der Standard-SPS verursachte Fehler oder Beeinträchtigungen der funktionalen Sicherheit ausgeschlossen. Somit lässt sich die Lösung problemlos in sämtlichen Steuerungs- und Netzwerkumgebungen verwenden und ermöglicht dort höchste Sicherheit.

Zur Technik: Konfiguration wie ein Sicherheitsmodul

Mit der Safety-Bridge-Technology (SBT) lässt sich die funktionale Sicherheitstechnik in Maschinen und Anlagen integrieren – und das unabhängig von der Steuerung und dem Automatisierungsnetzwerk. Das SBT-System ist so ausgelegt, dass es sich einfach wie ein Sicherheitsmodul konfigurieren lässt. Trotzdem bietet es die Funktionalität und Flexibilität einer SPS mit sicheren I/O-Modulen, die für ein ausgedehntes Automatisierungsnetzwerk geeignet ist. Neben dem sogenannten Logikmodul setzt sich das System aus sicheren Ein- und Ausgangsmodulen zusammen. Die I/O-Module überwachen die Signale der Sicherheitssensoren und schalten die Steuerungskomponenten ab. Das Logikmodul generiert und
kontrolliert das sicherheitsgerichtete SBT-Übertragungsprotokoll und verarbeitet zudem die benutzerdefinierte Sicherheitslogik. Darüber hinaus verfügt es über acht zusätzliche Sicherheitsausgänge.

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Heftausgabe: Juli 2017
Simon Davis,  Produktmarketing  Safety, Phoenix  Contact Electronics

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Simon Davis, Produktmarketing Safety, Phoenix Contact Electronics
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