Dezentrale Safety-Technik in brandgefährdeten Anwendungen Sicher U-Bahn fahren

In den letzten Jahrzehnten haben sich Feldbussysteme in der industriellen Automatisierung etabliert, um Daten in der Feldebene zu übertragen. Mit dem Einzug von Ethernet-Technologien wie Profinet, die die klassischen Feldbusse teilweise substituieren, ist die Industrie-Kommunikation in einigen Anwendungen bis in den Bürobereich vorgedrungen. Im Gegensatz dazu wird in der Sicherheitstechnik vornehmlich die bewährte Relais-Technik verwendet. Neue technologische Ansätze bieten jedoch die Möglichkeit, vorhandene Bussysteme ohne zusätzlichen Aufwand auch für den Austausch sicherheitsgerichteter Daten zu nutzen. Auf diese Weise steht die Flexibilität, Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit der verschiedenen Feldbus-Lösungen nun ebenfalls den Planern der Sicherheitsfunktionen zur Verfügung. Viele Automatisierungs-Spezialisten gehen davon aus, dass für eine Brandschutztür kein Performance Level (PL) oder Safety Integrity Level (SIL) benötigt wird. Durch den Zuschlag, die Metro-Tunnel zwischen Barcelona und dessen internationalem Flughafen mit entsprechenden Türen auszurüsten, wurde die Hodapp GmbH & Co. KG daher unerwartet mit den bisher unbekannten Anforderungen der Sicherheitstechnik konfrontiert. Die involvierten Mitarbeiter mussten sich mit der Maschinenrichtlinie und der Safety-Norm DIN EN ISO 13849 beschäftigen. Profinet-Kommunikation auf Basis einer redundanten Glasfaser-Leitung Die in Achern ansässige Hodapp GmbH & Co. KG hat sich auf die Produktion von Stahltüren aller Art spezialisiert. Dazu zählen Einfahrtstore und Falttore für Industriehallen ebenso wie vielfältige Stahltüren, zu denen auch Stahltore für einen U-Bahn-Tunnel gehören. Das Projekt in Spanien umfasst die Erstellung einer Tunnelanlage, die Barcelona an den internationalen Flughafen anbindet. Gebaut werden zwei Gleisspuren im unteren Tunnel und eine Gleisspur im oberen Tunnel. Im Abstand von 100 Metern sind das obere und untere Gleis dann zu verbinden. Die Verbindungsstücke müssen mit einem Brandschutztor versiegelt werden können. So lassen sich im Gefahrenfall – beispielsweise wenn es im Tunnel brennt – Feuer und Rauchentwicklung eindämmen und somit Menschenleben retten. Werden die Dimensionen eines Brandschutztores für U-Bahn-Tunnel betrachtet, wird schnell deutlich, dass dieses nicht mehr viel mit einer Personen-Brandschutztür gemein hat. Aufgrund der Breite von vier Meter, einer Höhe von 4,5 Meter und einem Gesamtgewicht von sechs Tonnen ist ein neues Konzept erforderlich, um das Tor zu bewegen und zu steuern. Das ist auch der Grund, warum der Maschinensicherheit eine große Bedeutung zukommt. Hodapp hat hier ein ausgeklügeltes elektrisch angetriebenes System entwickelt, das die Tür öffnet und schließt. Die Ansteuerung jedes einzelnen Brandschutztores erfolgt über eine separate SPS aus der Steuerungszentrale, die sich etwa 1,2 Kilometer vom Brandschutztor entfernt befindet. Zur Übertragung der Daten wäre eine Kupferleitung zu kostspielig gewesen. Zudem könnten die notwendigen Reaktionszeiten nicht eingehalten werden. Infolgedessen haben sich die Verantwortlichen für eine Profinet-Kommunikation auf Basis einer redundanten Glasfaser-Leitung (LWL) entschieden. Da die Gefahr beim Schließen des Brandschutztors besonders hoch ist, weshalb der geöffnete oder geschlossene Zustand des Tors sicher gemeldet werden muss, ist die Steuerung mit dem höchsten Sicherheits-Level SIL 3 nach IEC 61508 respektive Performance Level e nach EN ISO 13849-1auszuführen. Netzwerk- und steuerungsunabhängige Sicherheitslösung Wegen der zu überbrückenden Entfernung kam eine Safety-Lösung mit Relais nicht in Frage. Aus Kostengründen schied der Einsatz einer High-Performance-Sicherheitssteuerung ebenfalls aus. Vor diesem Hintergrund suchten die Hodapp-Mitarbeiter nach einer Alternative. Fündig wurden sie auf der Hannover Messe 2010, wo Phoenix Contact die neue SafetyBridge Technology (SBT) vorstellte. Mit den SafetyBridge-Komponenten lässt sich die vorhandene Profinet-Infrastruktur für das sicherheitstechnische Konzept nutzen. Die SafetyBridge Technology steht für eine netzwerk- und steuerungsunabhängige Safety-Lösung. Denn mit SBT können sicherheitsgerichtete Signale über Standard-Automatisierungsnetzwerke übertragen und ausgewertet werden. Eine separate Sicherheitssteuerung ist dazu nicht erforderlich. SafetyBridge wurde für die Feldbussysteme Interbus, Profibus, Ethernet und Profinet zertifiziert. Die sicheren Eingangsmodule und das sichere Ausgangsmodul, die beliebig im Netzwerk verteilt sind, tauschen die sicherheitsgerichteten Datenpakete untereinander aus. Das intelligente Ausgangsmodul, auch Logikmodul genannt, kann die parametrierten Sicherheitsfunktionen – beispielsweise Emergency Stopp – direkt verarbeiten. Vom Logikmodul getrieben und überwacht, sichert das SafetyBridge-Protokoll die Übertragung der Daten über das Netzwerk ab. Die Standard-Steuerung muss lediglich Standard-I/O-Daten bidirektional zwischen den Ein- und Ausgangsmodulen kopieren. Dabei stehen ihr die Ein- und Ausgangssignale der SafetyBridge-Module jederzeit zur Verfügung, weil diese unverschlüsselt weitergeleitet werden. Standard-Netzwerk und -Steuerung übernehmen also keine sicherheitsgerichteten Aufgaben, sondern werden nur als Transportmittel verwendet. Das bedeutet, dass die sicheren Datenpakete zwar von der Standard-Steuerung kopiert werden, jedoch nicht von ihr als Safety-Daten erkannt oder verarbeitet werden können. Aus den beschriebenen Gründen hat sich Hodapp für den Einsatz der SafetyBridge Technology entschieden. Zum einen lässt sich die bestehende Profinet-Verbindung nutzen. Andererseits verarbeitet das Logikmodul die verteilten sicheren Ein- und Ausgangssignale der sicheren Ein- und Ausgänge im Schaltschrank direkt am Brandschutztor sowie der sicheren Eingänge im Hauptschaltschrank. Auf diese Weise ist die sichere Bewegung des Brandschutztors garantiert und die Endlagen werden ebenfalls sicher überwacht. Die Not-Halt-Funktion im Hauptschrank rundet das Sicherheitskonzept ab. Der freien Fahrt der Metro steht somit selbst im Fehlerfall der Standard-Steuerung kein Brandschutztor im Wege. Umfassende Projekt-Unterstützung Neben der Aufgabe, die am besten für die Anwendung geeignete Safety-Technologie zu finden, musste Hodapp auch Fragen im Bereich der Sicherheits-Anforderungen und des CE-Prozesses klären. Außerdem waren die Überwachung und Steuerung des Brandschutztors als Sicherheitsfunktion zu formulieren und danach als Logik zu programmieren. Wie bei der praktischen Umsetzung des Projekts vertraute Hodapp bei diesen Dienstleistungen auf das Expertenwissen von Phoenix Contact. So fand im Vorfeld eine Beratung statt, in der die Anforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ausführlich erläutert und an den Rahmenbedingungen des Projekts gespiegelt wurden. Ausgehend von dieser Beratung legten Hodapp und Phoenix Contact gemeinsam die weitere Vorgehensweise fest. Die von der Maschinenrichtlinie geforderte Risikobeurteilung ist die Grundlage für alle weiteren Schritte innerhalb des Lebenszyklus von Maschinen. Im Rahmen einer Moderation wurden die ermittelten Sicherheits-Kennwerte zusammen mit den Hodapp-Mitarbeitern in die kostenfrei erhältliche Software Sistema eingetragen. Mit der Software-Bibliothek von Phoenix Contact für Sistema ließen sich die Sicherheitskreise dann schnell zusammenstellen und der geforderte konnte mit dem erreichten Performance Level verglichen werden. Anschließend beschrieben die Hodapp-Mitarbeiter die Spezifikation aller Sicherheitsfunktionen. Dieses Dokument diente zugleich als Prüfungsgrundlage für die abschließende Verifikation, bei der die Hardware und die Software gegen die ursprünglichen Anforderungen getestet werden. Fazit Der Stahltüren-Hersteller Hodapp konnte in allen Projekt-Phasen auf die Safety-Experten von Phoenix Contact zurückgreifen. Dabei hatten die Mitarbeiter die freie Wahl zwischen einer reinen Beratung, einer Moderation, bei der der Anwender durch den Prozess geführt wird, und dem Engineering. In Kombination mit der SafetyBridge Technology sind die Anforderungen der funktionalen Sicherheit an die Brandschutztüren so einfach und wirtschaftlich umgesetzt worden. Kasten: Safety-Produkte und Diensteistungen Die im Bereich der Sicherheitstechnik eingesetzten Geräte müssen einfach in der Handhabung sowie zuverlässig im Betrieb sein. Phoenix Contact stellt deshalb ein umfassendes Produkt-Portfolio zur Verfügung, das diesen Anforderungen gerecht wird. Vom klassischen Sicherheitsrelais über konfigurierbare Sicherheitsmodule bis zur sicheren Steuerung erfüllen alle Geräte die relevanten internationalen Normen. Die Kombination aus innovativer Anschlusstechnik, platzsparender Bauform und übersichtlichem Design trägt zur schnellen und wirtschaftlichen Umsetzung der sicherheitsgerichteten Anwendung bei. Abgerundet wird das Safety-Programm durch umfangreiche Dienstleistungen sowie eine kostenfreie Service-Hotline. Für alle Fragen zum Thema \’funktionale Sicherheit\‘ hat Phoenix Contact ein spezielles Service- und Support-Konzept entwickelt, das individuell auf den jeweiligen Anwender zugeschnitten ist. Das gibt ihm die Gewissheit, dass er stets eine wirtschaftliche Safety-Lösung erhält, die einfach, normgerecht und sicher ist. SPS/IPC/Drives 2010: Halle 9, Stand 310