Sicheres Arbeitsumfeld bei der Zementproduktion

Entlang der meisten Förderbandanlagen sind Seilzugschalter angebracht und über Reißleinen miteinander verbunden. Das ermöglicht es den Mitarbeitern, im Notfall oder bei Störungen, das Band an jedem beliebigen Punkt zu stoppen. Um kostspielige Stillstandszeiten zu vermeiden, ist eine genaue Lokalisierung der Störung erforderlich. Es wird eine präzise Realtime-Diagnose benötigt. Konventionelle, serielle Verbindungen unterstützen diese Art der Diagnose nicht das Band wird lediglich angehalten. Die parallele Verdrahtung bietet zwar diese Diagnose, jedoch sind hier Verdrahtungsaufwand und die dabei entstehenden Kosten vergleichsweise hoch. In der Automatisierungstechnologie geht der Trend daher zu einer Kombination aus sicherheitsgerichtetem System und Bussystem. Die Firma Holcim AG Deutschland war auf der Suche nach einem System, welches einfach zu bedienen ist und keine hohen Ansprüche an die Busleitung stellt. Gleichzeitig sollte eine Datenübertragung an die vorhandene SPS zur Lokalisierung von Fehlern und Störungen möglich sein. Der Einsatz des sicherheitsgerichteten Bussystems Dup­lineSafe von Carlo Gavazzi ermöglichte der Firma Holcim den Aufbau eines flexiblen Systems, das bei Bedarf Schritt für Schritt erweitert werden kann. Funktionsweise Eine der Dupline-Basiskomponenten trägt die Bezeichnung Kanalgenerator. In ihm wird das Bus-Signal gebildet, welches jedem Dupline-System zugrunde liegt und das die E/A-Module für den Datenaustausch untereinander benötigt. Die Signalübertragung erfolgt mit einer Trägerfrequenz von 1kHz, wodurch eine hohe Störfestigkeit und Robustheit des Systems gegeben ist. Der Datenaustausch basiert auf einem Zeitmultiplex-Verfahren. Die Reaktionszeit hängt von der Anzahl der benötigten bzw. benutzten Adressen ab. Als Busleitung dient ein gewöhnliches zweiadriges Kabel, dessen Topologie frei wählbar ist. Somit sind vielfältige Kombinationen aus Ring- und Baumstrukturen möglich. Die Reichweite von 10 km ist mittels Signaltreibern nahezu beliebig erweiterbar. Das Bus-Signal wird von Standard-Dupline-Modulen und DuplineSafe-Komponenten unterschiedlich verarbeitet, wobei die Kompatibilität einen kombinierten Betrieb von beiden Arten im selben System zulässt, d.h. bestehende Dupline-Anlagen lassen sich durch das Einfügen von DuplineSafe-Modulen in ihrer Funktionalität erweitern. So können neben einfacher Signalisation oder Steuerung auch sicherheitsgerichtete Signale verarbeitet werden, um z.B. Antriebe in Anlagen in Notsituationen sicher abzuschalten. Die eigentliche Sicherheitsfunktion wird durch die Eingangsmodule und das Ausgangsrelais gebildet. Die Eingangsmodule senden kontinuierlich ein Sicherheitssignal. Jede Änderung daran, die durch Betätigen eines Not-Aus-Schalters verursacht wird oder als unsicheres Signal oder Busfehler in Erscheinung tritt, führt zum Auslösen des Ausgangsrelais. Eine Signalüberwachung mittels Schnittstelle zur Profibusebene oder mit Modbus-Schnittstelle auf ein Textdisplay zeigt den Status der sicheren bzw. nichtsicheren Adressen an. Die Komponenten erfüllen den Sicherheitsstandard SIL3 gemäß IEC/EN 61508, Sicherheitskategorie 4, geprüft von der TÜV-Rheinland Gruppe. Die kompakte Bauweise des Eingangsmoduls ermöglicht seine Unterbringung direkt in den Gehäusen von Seilzugschaltern oder Not-Aus-Tastern. Ein Ausgangsmodul besitzt zwei Sicherheitsrelais mit zwangsgeführten Kontakten und ist in der Lage, mehrere Eingangsmodule zu überwachen. Die Anzahl der Ausgangsmodule kann beliebig erweitert werden. Hierdurch können z.B. mehrere Ausgänge über nur einen Not-Aus-Taster geschaltet werden. Die Eingangs- und Ausgangsmodule werden mit einem Handkodiergerät anwenderfreundlich konfiguriert. Über das Textdisplay des Kodiergeräts erfolgt sowohl die Adressierung der Eingangsmodule als auch die Zuweisung der sicherheitsrelevanten und zu überwachenden Kanäle zum jeweiligen Ausgangsmodul. Außerdem steht eine Auswahl zwischen manuellem oder automatischem Restart zur Verfügung. Nachdem alle Informationen eingestellt wurden, erfolgt die Übertragung der Werte. Danach ist das DuplineSafe-Modul einsatzbereit. Auf diese Art ist es möglich, komplette Systeme vor der Montage zu konfigurieren. Im Feld erfolgt lediglich die Verdrahtung durch den Installateur. Einsatzfeld Zementproduktion Die Holcim AG setzt DuplineSafe in Verbindung mit Seilzugschaltern zur Überwachung von Förderbandanlagen bei der Zementproduktion ein. Folgende Komponenten sind in diesem Projekt insgesamt verbaut worden: 1 Dupline Kanalgenerator, 4 DuplineSafe Eingangsmodule für Seilzugschalter, 1 DuplineSafe Ausgangsrelais, 1 DuplineSafe Profibus Schnittstelle, 4 Dupline Eingangsmodule für digitale Standardsignale für die Schieflaufwächter. Zusätzlich zu den installierten Reißleinenschaltern für Not-Aus-Situationen wird die korrekte Funktion des Förderbandes mit Schieflaufschaltern überwacht. Da es sich hierbei nicht um sicherheitstechnische Einrichtungen handelt, können gewöhnliche digitale Dupline-Eingangsmodule aus dem Standardprogramm verwendet werden. Die Verarbeitung ihrer Signale erfolgt zusammen mit denen der DuplineSafe-Komponenten im selben System. Beide Signalarten Standard-Dupline und DuplineSafe werden mittels der Profibus-Schnittstelle an eine SPS übertragen. Die Anlage besitzt ein Förderband, das über den Seilzugschalter im Notfall angehalten wird. Das Förderband hat in diesem Fall eine Länge von 200 Metern. Die vier Seilzugschalter sind in Abständen von 50 Metern montiert. Das über das zweiadrige Buskabel mit Energie versorgte Eingangsmodul ist direkt in das Gehäuse des Seilzugschalters integriert. Die Busleitung wird von einem Zugschalter zum nächsten durchgeschleift, was den Verdrahtungsaufwand auf ein Minimum reduziert. Die Kombination von Dupline und DuplineSafe ermöglichte der Firma Holcim den Aufbau eines flexiblen Systems, das bei Bedarf sukzessive erweitert werden kann.