Ethernet und Safetybus p: Durchgängige Kommunikation in Abfüllanlage für Bier

Die Bürge-Fischer AG erhielt den Auftrag zur Neukonzeption und Sanierung der Steuerungen im Bereich \’Altlogistik\‘ bei einer Brauerei im sauerländischen Grevenstein. Der Logistikbereich ist zuständig für den Transport des Flaschen-, Fässer- und Kastenleerguts zu den Abfülllinien und wieder zurück in den Lagerbereich (Bild 1). Die Modernisierung umfasst im Wesentlichen die Neuverdrahtung der Feldgeräte, den Ersatz und die Neuprogrammierung sämtlicher Steuerungen, die Konzeption eines provisorischen Materialfluss-Leitsystems während der Umbauphase, die Fertigung und Montage neuer Steuerschränke, die Inbetriebsetzung der neuen Steuerungsumgebung und die Demontage der alten Steuerungen. Steuerungen im Verbund Die einzelnen Gruppensteuerungen erhalten über Ethernet vom Logistik-Leitsystem die Zielpositionen der aktuellen Transportaufträge. Die SPS steuert daraufhin die Kettenförderer, Heber, Weichen sowie Verfahrschlitten und quittiert bei Erreichen der jeweiligen Endposition den Fahrauftrag. Die Steuerung optimiert selbständig den Fahrweg zwischen Start- und Zielposition. Im laufenden Betrieb lassen sich für Revisionszwecke einzelne Transportsegmente zu- oder abschalten. Sofern redundante Verbindungen vorhanden sind, findet die Steuerung die zeit- und wegoptimierten Transportverbindungen (Bild 2). Die komplette Steuerungsebene ist redundant aufgebaut. Eine Zentraleinheit (CPU) arbeitet ständig als Datenspeicher, damit im Fehlerfall alle aktuellen Transportdaten und -positionen auf ein neues Zielsystem geladen werden können. Ein Wechsel der CPU und das Wiederanlaufen der kompletten Anlage ist innerhalb von 15 Minuten zu realisieren, ohne dass die Anlage leergefahren und anschließend neu beschickt werden muss. Aufbau der Sicherheitstechnik Der Transport der Paletten erfolgt räumlich über fünf Ebenen. Daher sind viele Hebeeinrichtungen, Drehtische und Aufzüge im Einsatz. Für den Schutz sind Lichtgitter eingesetzt, die in Abhängigkeit der Palettenposition in einen Muting-Betrieb übergehen. Muting bedeutet das Überbrücken der automatischen Abschaltung in dem Zeitraum, in dem das Fördergut das Sicherheitslichtgitter passiert. Dieser Betriebszustand, der eine betriebsbedingte reduzierte Sicherheit darstellt, wird dem Personal durch eine Warnleuchte angezeigt (Bild 3). Um alle Bewegungen jederzeit sicher anhalten zu können und einen gefährlichen Zutritt zu verhindern, sind Not-Aus-Schalter und Schutztüren an der gesamten Anlage verteilt. Die Überwachung der Anlage und ein sicheres Abschalten im Fehlerfall übernimmt die programmierbare Sicherheitssteuerung von Pilz. Entsprechend der für die Gefahrenbereiche durchgeführten Bewertung enthalten die technischen Maßnahmen beispielsweise das permanente Selbst­überwachen der Schutzeinrichtung, eine Ein-Fehler-Ausfallsicherheit und eine durchgängig redundant aufgebaute Auswertung. Hier bot das abgenommene Paket sicherheitsgerichteter Funktionsbausteine innerhalb der SPS-Programme eine Lösung. Komplett dezentral Für die Steuerung der Fördertechnik im Projekt sind ausschließlich dezentrale E/A-Systeme am Profibus-DP eingesetzt. An die etwa 8.000 Eingänge sind vorwiegend Lichtschranken und Initiatoren angeschlossen. Die ca. 6.000 Ausgänge steuern Pneumatikventile der Weichen, Motoren für den Transport und Anzeigelampen. Daneben bestehen Sicherheitsfunktionen für die Abschrankung der Aufzugs- und Heberbereiche mit Lichtgittern und Sicherheitstüren – wie auch für die gruppierte Abschaltung von Anlagenteilen mittels Not-Aus-Schaltern. Alle sicherheitsrelevanten Signale werden direkt vor Ort dezentral an Safetybus-p angeschlossen (Bild 4). Die Logistik ist räumlich auf zwei Hauptebenen verteilt: Das Zuführen des Leerguts zum Abfüllbereich erfolgt auf der unteren Ebene, während der Rücktransport der befüllten Gebinde und Fässer im Obergeschoss angesiedelt ist. Kreuzungen und Übergabepunkte, die in diesem Ablauf liegen, erfordern den Einsatz zahlreicher Heber und Aufzüge. Eine Forderung der zuständigen Berufsgenossenschaft war es, ein übergeordnetes Konzept zur Gruppenabschaltung zu integrieren. Das Zuordnen eines Not-Aus-Schalters zu einer bestimmten Abschaltgruppe sollte dabei flexibel bleiben und ohne eine Änderung an der Verdrahtung neu getroffen werden können. Mit dem Einsatz konventioneller Sicherheitsschaltgeräte wäre diese Anforderung nur durch eine umfangreiche Verkabelung zu erfüllen. Darüber hinaus war auch das Einsparungspotenzial einer dezentralen Architektur gegenüber einer konventionellen Parallelverkabelung für den Betreiber ein wichtiges Kriterium für den Einsatz von Safetybus p. Durchgängige Kommunikation Der durchgängige Einsatz von Ethernet stellt für den Betreiber Vorteile in der Wartung und im Betrieb der Anlage dar. Da alle eingesetzten Leitsysteme integ­rierte TCP/IP-Schnittstellen haben, lassen sich die Visualisierungsdaten ohne einen zusätzlichen Hardwareaufwand auf der Leitebene anzeigen. Die vor dem Umbau vorhandene Vielfalt unterschiedlicher Schnittstellen reduziert sich dadurch. Auch die Kopplung der Steuerungen untereinander wurde vereinfacht: Wo vorher zwischen den einzelnen Steuerungen die Status- und Fehlerdaten per E/A-Kopplung ausgetauscht wurden, kommt heute jeweils ein parametrierbarer Diagnosebaustein mit integ­rierter Kopplung an Ethernet zum Einsatz. Ein Nebeneffekt ist dabei, dass alle Informationen in der gleichen Qualität durchgängig bis zum Leitsystem vorhanden sind. Erst dadurch wird eine schnelle Fehlerlokalisierung möglich. Die durchgängige Anbindung aller Steuerungen an Ethernet stellt für den Betreiber eine hohe Transparenz sicher. Stillstandszeiten lassen sich verkürzen, wenn schon auf der Leitebene erkannt wird, wo z.B. ein Not-Aus-Kreis abschaltet oder ein Lichtgitter ausgelöst hat. interpack 2008: Halle 6, Stand D09