Sichere Abschaltung in bestehenden Prozessen nachrüsten

Die Mindestanforderungen an die Sicherheitsstandards von Maschinen und Anlagen sind heute in der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG geregelt. Demnach gilt es je nach Anlage bestimmte Performance-Level zu erfüllen, um das Leben und die Gesundheit von Personen zu schützen, zum Beispiel wenn Arbeiten an Rohrleitungen, Ventilen, Verbindungsstücken oder ähnliches durchgeführt werden.

Neue Ventiltypen für ein sicherheitsgerichtetes Abschalten erleichtern es dem Anwender jetzt, den gewünschten Sicherheitsstandard auch bei Bestandsanlagen zu erreichen. Sie lassen sich einfach nachrüsten, was Montageaufwand und Kosten im Vergleich zu den bisher üblichen Lösungen mit Profisafe-Protokoll und fehlersicheren IO-Modulen reduziert. Dies zeigt sich am Beispiel von Danone: Das Unternehmen produziert am Standort Ochsenfurt bei Würzburg hauptsächlich Joghurt und Desserts für den deutschen Markt und für den Export in die europäischen Nachbarländer. Insbesondere die Herstellung der Marken Dany und Activia steht in Ochsenfurt im Mittelpunkt. In einer vor mehreren Jahren installierten Anlage haben sich die sicherheitstechnischen Anforderungen verändert. Um den Mitarbeiterschutz bei Wartungs-, Reparatur- und Reinigungsarbeiten weiter sicherzustellen, waren Änderungen des Sicherheitskonzeptes gewünscht.

Zwar war der Sicherheitsstandard ohnehin schon recht hoch. Notausschalter wurden zum Beispiel während einer Abschaltung mit Verriegelungsmechanismen vor versehentlichem Zurücksetzen gesperrt. Außerdem ließen sich bestimmte Ventile im weitverzweigten Rohrsystem zwischen den 16 Tanks und den sechs Abfülllinien von der Steuerung über Profibus abschalten. Der Anlagenbetreiber wollte die Sicherheit für die Mitarbeiter aber weiter erhöhen.

Ziel war der für diese Anwendung recht hoch angesetzte Performance-Level C. Vor allem bei Reinigungsarbeiten wollten die Verantwortlichen die hohe Sicherheit gewährleistet wissen. Schließlich fließen dabei keine Milchprodukte oder Fruchtmischungen durch die Rohre, sondern es wird mit bis zu 80 Grad Celsius heißen, säure- und laugenhaltigen Reinigungsmitteln gearbeitet. Wäre ein Rohrleitungsabschnitt, zum Beispiel beim Reinigen der eingesetzten Siebe, nicht zuverlässig abgeschaltet oder würde eine elektrische oder mechanische Sicherheitsmaßnahme umgangen, könnten sich die Mitarbeiter durchaus schwer verletzen.

Die bisherige Installation bestand aus einem dezentralen Peripheriesystem von Siemens (ET 200S) und den darin integrierten pneumatischen Ausgangsmodulen von Bürkert, die nahe am Prozess in Edelstahl-Schaltschränken montiert sind. Bei diesen Ventilinseln vom Typ 8644 können elektrische und pneumatische Signale über eine Busleitung gesteuert werden. Das Unternehmen wollte nun zuverlässig ausschließen, dass durch einen Steuerungsfehler über den Profibus bestimmte Ventilfunktionen ungewollt aktiviert werden, während Mitarbeiter vor Ort notwendige Arbeiten am Rohrleitungssystem durchführen.

Typischerweise werden solche Anforderungen über eine Profisafe-Steuerung, das Profisafe-Protokoll und entsprechende fehlersichere IO-Module gelöst. Eine solche Umrüstung ist jedoch aufwendig. Bei der Produktionsanlage in Ochsenfurt hätte sie unerwünschte Stillstandzeiten sowie den kostspieligen Austausch zahlreicher Komponenten zur Folge gehabt. Es gab jedoch eine praxisgerechtere Alternative: Entsprechende Ventilfunktionen lassen sich auch direkt auf der bestehenden Ventilinsel – also auf den pneumatischen Modulen an der ET 200S – sicher abschalten, wenn hier Ventile mit einem zusätzlichen Anschluss für sicherheitsgerichtete Abschaltungen nachgerüstet werden.

Diese Ventile, die der Hersteller speziell für solche Anwendungen entwickelt hat, können unabhängig von der regulären Schaltsignalsteuerung der Ventilinsel abgeschaltet werden. Die Integration der Pneumatikventile für sichere Abschaltung ist auf jedem Ventilplatz der Ventilinsel möglich. Die Ventile können dadurch einfach nachgerüstet werden. Dabei beansprucht das Plus an Sicherheit keine größeren Schaltschränke.

Die Funktionsweise der Pneumatikventile mit zusätzlicher Abschaltfunktion (Typ 6524 und Typ 6525) ist einfach zu verstehen: Die Ventile bestehen aus einem Vorsteuer-Flipper-Magnetventil und einem Pneumatiksitzventil. Das Flipper-Wirksystem erlaubt das Schalten hoher Drücke bei geringer Leistungsaufnahme und mit kurzen Schaltzeiten. Die patentierte Abschaltfunktion ist über einen zweiten Anschluss realisiert. Die Ventile werden also weiterhin über den Bus angesteuert, bieten aber zusätzlich vorne einen zweiten elektrischen Anschluss, über den der Stromkreis der Magnetspule unterbrochen werden kann. Bei Auslösen einer Sicherheitskette schaltet der Öffnerkontakt eines Notaus-Relais die Spule des Pneumatikventils ab, unabhängig von der Ansteuerung des Ventils über die SPS. In der beschriebenen Anwendung hat sich diese Nachrüstlösung mittlerweile im praktischen Einsatz bewährt. Die Sicherheit der Mitarbeiter bei Arbeiten am weitläufigen Rohrleitungsnetz konnte deutlich erhöht werden und der Betreiber ist zufrieden

Die Ventile, mit denen sich Prozesse bis zum Performance-Level C gemäß Maschinenrichtlinie sicher abschalten lassen, gibt es als 3/2, 5/2- oder 2x 3/2-Wegeventil. Anlagenbetreiber aus der Prozessindustrie können so mit einfachen Mitteln auf steigende Sicherheitsanforderungen reagieren. Darüber hinaus kann durch die Einbindung eines sogenannten Redundanzblockes das Performance-Level D erreicht werden. Der Redundanzblock für das sicherheitsgerichtete Abschalten ist mit Ventilen und Druckschaltern ausgestattet, die pneumatisch in Reihe hinter den Ventilen auf der Ventilinsel installiert werden. Durch die Montage in Reihe wird eine redundante Abschaltmöglichkeit gewährleistet. Zusätzlich überwachen die Druckschalter auf dem Redundanzblock vor und nach dem Abschaltventil den anstehenden Druck. do

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