Zukunftssicher

Elektropneumatische Automatisierung auf kleinstem Raum

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

04.05.2012 „Flexible, Fast and Future Factory“ – die chemische Produktion der Zukunft: Dafür steht das F3-Factory-Projekt. Ein Konsortium von 25 Partnern aus neun EU-Ländern arbeitet seit 2009 im Rahmen dieses Projekts an der Entwicklung von standardisierten und modularisierten Produktionsanlagen für die chemische Industrie.  

Entscheider-Facts Für Anwender

  • Ziel des Projektes „Flexible, Fast and Future Factory" ist die Entwicklung schnellerer, flexiblerer und effizienterer Produktionsmethoden für chemische und pharmazeutische Produkte.
  • Erreicht wird dies durch kleine bis mittlere Produktionsanlagen in standardisierter Containerbauweise.
  • Der Fokus liegt dabei auf dem Verkürzen von Entwicklungszeiten neuer Produkte durch eine konsequente Standardisierung und Modularisierung der eingesetzten Containereinheiten.
  • Die Airline-Ex-Ventilinsel Typ 8650 ist vollständig in ein Simatic-ET200iSP-System integriert. Dadurch entsteht ein hochmodulares, eigensicheres Ventilinselkonzept zur Prozessautomatisierung im Ex-Bereich Zone 1/21 im Schaltschrank.

Die EU fördert das Projekt, das durch effizientere Prozesse Ressourcen schonen will, mit einer Summe von insgesamt 18 Mio. Euro. Zu den Partnern des Konsortiums, das vom Unternehmen Bayer Technology Services koordiniert wird, zählen neben Industrieunternehmen wie Bayer, BASF oder Evonik auch wissenschaftliche Forschungseinrichtungen wie die Technische Universität Dortmund oder die RWTH Aachen.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung schnellerer, flexiblerer und effizienterer Produktionsmethoden für chemische und pharmazeutische Produkte. Dabei sollen die Vorteile der zwar flexiblen aber ineffizienten Batchproduktion mit den Kostenvorteilen einer kontinuierlichen Produktion verbunden werden. Erreicht wird dies durch kleine bis mittlere Produktionsanlagen in standardisierter Containerbauweise. Dazu entwickeln die beteiligten Firmen „Plug-and-produce“-fähige, hochmodulare Systeme, die in leicht transportierbaren Containern untergebracht sind. Diese können im neu errichteten Invite-Forschungszentrum im Chempark Leverkusen für erste Produktionsläufe unter Praxisbedingungen getestet werden. Der Fokus liegt dabei auf dem Verkürzen von Entwicklungszeiten neuer Produkte durch eine konsequente Standardisierung und Modularisierung der eingesetzten Containereinheiten. Chemische Produktionsanlagen lassen sich so nach dem Baukastenprinzip aus praxiserprobten, standardisierten Modulen leicht planen, problemlos installieren, schnell in Betrieb nehmen und bei Bedarf erweitern.

Atex-Schaltschränke, die ins Raster passen
Bürkert ist Lieferant im F3-Factory-Projekt. Der Fluidtechnikspezialist hat in enger Zusammenarbeit mit Bayer Technology Services ein Konzept für die Automatisierung von Prozessen mit Ventilinseln und Remote-I/O-Systemen entwickelt. Dazu wurden für die unterschiedlichen Containermodule spezielle Atex-Schaltschränke konzipiert. Eine große Herausforderung bestand darin, die Schaltschränke in die bereits feststehenden, sehr engen Rastermaße der Prozesscontainer zu integrieren. Es wird dabei je nach Art des Containermoduls ein Schaltschrank eingesetzt, in dem alle elektrischen und pneumatischen Signale verarbeitet werden.
Aufgrund der besonders engen Platzverhältnisse fiel die Wahl schnell auf eine kombinierte Lösung aus dem Siemens ET200iSP-Remote-I/O-System und der integrierten Ventilinsellösung Airline Ex Typ 8650. Die Ventilinsel ist vollständig in das Remote-I/O-System integriert und wird über die gleiche Spannungsversorgung und Profibusanschaltung gesteuert. Durch diese Kombination entsteht eine kompakte und flexible Lösung für Automatisierungsaufgaben im explosionsgeschützten Bereich der Zone 1. Durch die kompakten 2 x 3/2-Wege-Ventile mit lediglich
11 mm Anreihmaß ließ sich die von Bayer geforderte Anzahl an Ventilen in den kompakten Schaltschränken problemlos umsetzen.

Höchste Standards für funktionale
Sicherheit

Eine zusätzliche Schwierigkeit sind die hohen Anforderungen der Betreiber hinsichtlich der funktionalen Sicherheit der eingesetzten Ventilinseln. Auch hier fand der Hersteller zusammen mit Bayer Technology Services eine platzsparende Lösung, die sich noch zusätzlich in die kompakten Schaltschränke integrieren ließ. Die Realisierung der Sicherheitsabschaltfunktion einer Ventilinsel konnte durch den Einsatz von bewährten SIL-zertifizierten, eigensicheren Ventilen realisiert werden. Die Forderung von Bayer war eine einfache, aber effiziente, robuste und standardisierbare Lösung, die vor allem aber sicher in der Anwendung sein sollte. Durch die Möglichkeit der Integration von fehlersicheren Signalen auf der ET200iSP-Station konnte die SIL-Zusammenschaltung innerhalb des Schaltschranks realisiert werden. Dadurch werden der Verdrahtungsaufwand zum Schaltschrank reduziert und Fehlerquellen konsequent vermieden. Es müssen keine externen Signale einer Sicherheitssteuerung mehr in den Ex-Bereich und somit in den Schaltschrank verdrahtet werden. Alle übrigen eigensicheren Analog- und Binärsignale von entsprechenden Feldgeräten des jeweiligen Containermoduls können ebenso wie die pneumatischen Signale in dem Schaltschrank verarbeitet werden.
„Durch diese Lösung konnten wir den Anforderungen an die Sicherheit und der Zone 1 gleichermaßen gerecht werden“, sagt Carsten Meyer, der bei Bayer Technologie Services für die Prozessleittechnik verantwortlich ist. Darüber hinaus passe die Lösung optimal zum F3-Factory-Konzept der komprimierten Technik. „Wir haben im Rahmen des Projekts unterschiedliche Alternativen geprüft und bewertet“, erläutert Meyer. „Eine vergleichbar kompakte Lösung für die Steuerung in Zone 1, die auch fehlersichere Signale integrieren kann, lässt sich schwer auf dem Markt finden.“

Wartung und Prüfungen
bei laufendem Betrieb

Dank der eingesetzten eigensicheren Ventiltechnik entstand ein maßgeschneidertes Konzept, das auch Wartungsarbeiten und Prüfungen im laufenden Betrieb ermöglicht. Durch die Hot-swap-Fähigkeit der Ventile und der Elektronikmodule der Airline-Ex-Ventilinsel können diese auch unter Prozessbedingungen getauscht werden. Damit liefert das System einen unverzichtbaren Beitrag zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und zur Minimierung von Produktionsausfällen. Auch die Integration der Ventiltechnik in das verwendete PCS-7-Prozessleitsystem ist durch die Hardwareschnittstellen zum I/O-System und entsprechende Software problemlos möglich. Dank dieser Kombination aus Ventilinsel und I/O-System ist erstmals eine Integration von pneumatischen Signalen in ein modernes PLT-System bis in die Zone 1 möglich. Zusätzlich können die umfangreichen Diagnosefunktionalitäten der Ventilinsel genutzt werden, um beim Auftreten eines Fehlers schneller vor Ort reagieren zu können. Den hohen Anspruch von Bayer Technology Services an Verfügbarkeit, Qualität und Sicherheit unterstreicht Bürkert durch den Aufbau der Schaltschränke. So werden beispielsweise in allen Schaltschränken, die im Ex-Bereich eingesetzt werden, generell keine Kunststoffschläuche, sondern Edelstahlrohre in den Zuluftleitungen verwendet. Im hauseigenen Atex-zertifizierten Schaltschrankbau in Menden werden die Schaltschränke in enger Abstimmung mit dem Vertrieb und dem Kunden projektiert, montiert und anschließend zertifiziert. Somit können komplette Schaltschrankkonzepte realisiert werden.n

Achema 2012 Halle 11.1 – E62

Heftausgabe: Mai 2012

Über den Autor

Stefan Munko, freier Fachjournalist
Loader-Icon