21.08.2019

Überwachung von physikalischen Größen in der Feuerungstechnik

Auf der sicheren Seite

Für die sichere Automatisierung von Maschinen und Anlagen ist es in vielen Fällen notwendig, Analogwerte zu erfassen und zu verarbeiten. Hier sind einfache und normgerechte Lösungen gefragt. Eine Antwort darauf sind dezentrale Sicherheitssteuerungen, die auch analoge Signale sicher handhaben können.


Bild: Wieland Electric GmbH

Physikalische Größen wie Druck, Temperatur oder Durchfluss sind sowohl in der Prozess- als auch in der Fertigungsindustrie allgegenwärtig. Ihre Überwachung ist bei vielen Applikationen essenziell für die Absicherung von Mensch und Maschine. Safety-Steuerungen leisten hier einen entscheidenden Beitrag. Sie ermöglichen auf kleinem Raum eine sichere Automatisierung und können mit vorgefertigten Bibliotheken die Umsetzung verschiedener Sicherheitsfunktionen erleichtern. Auch die Verarbeitung von Analogwerten ist umsetzbar, ohne dass dafür auf kostspielige Prozesssteuerungen zurückgegriffen werden muss. Einen solchen dezentralen Ansatz verfolgt Wieland Electric mit seiner Sicherheitssteuerung Samos Pro Compact. Sie wurde jetzt um neue Safety-Module erweitert, mit denen auch analoge Werte sicher erkannt und weiterverarbeitet werden können.

Analogwerte sicher verarbeiten

Insbesondere im Maschinen- und Anlagenbau müssen physikalische Quellgrößen über Sensoren mit 0-20mA- bzw. 4-20mA-Schnittstelle oder RTD-Widerstandssensoren sicher erfasst und ausgewertet werden. Insgesamt lassen sich bis zu 48 analoge Sensoren in Zwei-, Drei- oder Vierdrahttechnik an die neuen Steuerungsmodule anschließen. Die Übertragung der Rohwerte, eine ständige Ist-Analyse und die Visualisierung erfolgen über die lizenzfreie Programmiersoftware Samos Plan 6. Hier können die Werte mit Hilfe der neuen, sicheren Funktionsbausteine Grenze, Bereich, Verhältnis und Differenz überwacht werden. Vergleichende bzw. arithmetische Verknüpfungen der analogen Daten sind ebenso möglich wie eine Dimensionierung und Skalierung der gemessenen Stromwerte. Für den sicheren Betrieb des Systems verfügen alle I/Os der Module über eindeutig zugeordnete optische Anzeigen, die den Betriebsstatus klar darstellen. Wegen der USB- und Ethernet-Schnittstellen der Sicherheitssteuerung kann jederzeit auf das System zugegriffen werden. Schnittstellen für Modbus TCP, Ethernet/IP und Profinet IO sowie weitere Anschlüsse für Feldbusse vereinfachen die Einbindung in verschiedene Netzwerke. Das sorgt für hohe Transparenz, da die analogen Werte auch an andere Steuerungssysteme übertragen werden können.

Feuerungstechnik im Fokus

Ein Anwendungsbereich, bei dem die Analogwertverarbeitung eine zentrale Rolle spielt, ist die Feuerungstechnik. Überall, wo erhitzt, gekühlt oder konditioniert wird, müssen physikalische Größen überwacht werden. Dabei stellen nicht nur hohe Temperaturen ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar. Auch weitere Größen wie der Ofendruck oder die Brennluftströmung sollten kontinuierlich überprüft werden. Zur analogen, digitalen und potenzialfreien Überwachung steht innerhalb der Wieland-Programmiersoftware eine Bibliothek mit voreingestellten Funktionsbausteinen zur Verfügung. Einer davon ist die Verhältnisüberwachung. Sie unterstützt die Kontrolle der Brennstoffverhältnisse bei Nieder- und Hochtemperaturanlagen, Dampfkesseln und Thermalölerhitzern sowie an allgemeinen Verbrennungs- und Trocknungsanlagen. Die Sicherheitsfunktion zur Brennstoff-Mengenmessung und Verhältnisüberwachung ist bis SIL3 bzw. PLe realisierbar. Dabei kann jeder Luft- bzw. Brennstoffmengen-Messumformer sowie Differenzdruckwächter in Zwei-, Drei- oder Vierdrahttechnik mittels 0-20mA bzw. 4-20mA ausgewertet werden. Die Skalierung und Dimensionierung ist mit Absolut- und Realwerten möglich. Der Funktionsbaustein Grenze erfasst und überwacht physikalische Größen wie Temperatur oder Druck. Er ermöglicht einen Vergleichsmodus auf Unter- bzw. Überschreitung um einen bis vier Grenzwerte. Externe Temperaturwächter sind nicht mehr nötig, da RTD-Sensoren direkt ohne Messumformer an die analogen Safety-Module angeschlossen werden können.

Analog trifft auf Motion

Bei Einlegemaschinen wie in der Glasindustrie trifft die Analogwert- auf die Bewegungsüberwachung und stellt entsprechend hohe Anforderungen an die Sicherheitssteuerung. Eine Lösung ist die Safety-SPS Samos Pro Compact Plus, die bereits in ihrem Basismodul über eine Motion-Funktion verfügt. Wird sie um die neuen analogen Module erweitert, kann eine parallele Überwachung von Bewegung, Strömung und Druck stattfinden. Motion-Funktionen wie STO oder SDI sind mit der Steuerung ebenso realisierbar wie sichere Türzuhaltungen oder klassische Nothalt- bzw. Notaus-Funktionen. Vier schnelle Onboard-Eingänge bis 70kHz direkt auf der CPU ermöglichen den Anschluss von HTL-Drehgebern sowie Näherungssensoren ohne externe Erweiterungsmodule. Auch bei Pressen hat die Erfassung und Auswertung analoger Werte Relevanz. Sie werden z.B. von Umwelttechnikunternehmen zur Volumenreduzierung und Entsorgung von Wertstoffen eingesetzt. Bei einem Hersteller fungiert die Lösung, unter anderem mit Analogmodulen, als Gesamtanlagensteuerung. Sie verarbeitet die sicherheitsrelevanten Signale aber auch die digitalen sowie analogen Standardsignale und stellt sie über das Visualisierungssystem bzw. die HMI-ECO-Panels anschaulich dar. Die Sicherheitssteuerung lässt sich auch bei der Analogwertverarbeitung in Windenergieanlagen, bei Förderanlagen, in Zentrifugen oder Holzbearbeitungsmaschinen einsetzen.

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