Stage Theater

Blick in den rund 1800 Personen umfassenden Zuschauerbereich des Palladium Stage Theaters.

Im Palladium Stage Theater in Stuttgart wird zu diesem Zweck eine Safety-Lösung aus dem Easy-Automation-Portfolio von Phoenix Contact eingesetzt.

Kleinsteuerung

An die Kleinsteuerung ILC 171 ETH 2TX sind diverse Inline- sowie SafetyBridge-Module angekoppelt. Bild: Phoenix Contact

Das Palladium Stage Theater befindet sich inmitten des SI-Centrums, Stuttgarts größtem Erlebnis- und Freizeitcenter. In dem 1997 errichteten Gebäude haben über 1800 Zuschauer in einer Zweirang-Anordnung mit steigendem Parkett Platz. Mit mehr als 4800 Quadratmeter Fläche zählt das Palladium Stage Theater zu den größten Bühnen in Deutschland. Seit seiner Eröffnung sind zahlreiche bekannte Musicals wie Phantom der Oper, Tanz der Vampire und Mamma Mia aufgeführt worden.

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Der eiserne Vorhang, der die Bühne vom Zuschauerraum trennt, ist zur Hälfte heruntergefahren. Bild. Phoenix Contact

Als 2013 eine Modernisierung der sicherheitsgerichteten Funktionen der Automatisierungstechnik anstand, überzeugte die vom Ingenieurbüro Michael Heiser ausgearbeitete Lösung auf Basis der Komponenten des Blomberger Automatisierungsspezialisten Phoenix Contact. Das Konzept zeichnet sich zum einen durch eine hohe Flexibilität aus, da die modularen I/O-Stationen aus dem Inline-Automatisierungsbaukasten bei Bedarf einfach um weitere Standard- und Funktionsmodule ergänzt werden können.

Außerdem erweist sich der Ansatz als besonders wirtschaftlich, denn durch Nutzung der SafetyBridge-Technology ist eine teure Sicherheitssteuerung nicht mehr notwendig.

Eiserner Vorhang

Der Betrieb eines Theaters unterliegt der so genannten Versammlungsstätten-Verordnung (VStättV). Laut VStättV muss der Theater-Betreiber die Bühne als möglichen Brandabschnitt durch einen eisernen Vorhang vom Zuschauerraum trennen. Bei einem solchen eisernen Vorhang, der in der jüngeren Geschichte auch als metaphorischer Begriff für die Blockbildung und Abschottung des Warschauer Paktes verwendet wurde, handelt es sich im Theater um eine feuerbeständige Schutzeinrichtung.

Rauchabzugshaube

Die ausgefahrene Rauchabzugshaube über der Bühne hat ein Eigengewicht von mehr als elf Tonnen.

Sie unterteilt den Bühnen- und Zuschauerraum in zwei getrennte Abschnitte. Weiterhin schreibt die Versammlungsstätten-Verordnung vor, dass der eiserne Vorhang durch sein Eigengewicht in maximal 30 Sekunden heruntergefahren sein muss. Die Schutzvorrichtung des Palladium Stage Theaters wiegt dazu mehr als zehn Tonnen.

Neben dem eisernen Vorhang umfassen die Sicherheitseinrichtungen der Stuttgarter Bühne zwei Rauchabzugshauben, die jeweils über dem Zuschauerraum und der Bühne angebracht sind. Sollte ein Brand auftreten, sorgen die Rauchabzugshauben dafür, dass die Rauchgase mittels Konvektion aus dem Gebäude entweichen können.

Schaltschrank

Im größeren Schaltschrank befinden sich eine Kleinsteuerung ILC 171 ETH 2TX mit angereihten Inline- und SafetyBridge-Modulen sowie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung Quint, die aus Batterie, Netzteil und Diagnosegerät besteht.

Die oberhalb des Bühnenbereichs montierte Haube stellt sich mit einem Eigengewicht von über elf Tonnen als deutlich größer als das Pendant über dem Zuschauerraum dar. Dies liegt darin begründet, dass im Bühnenbereich aufgrund der verschiedenen Requisiten erheblich mehr brennbares Material vorhanden ist, was die Intensität und den Gefährdungsgrad einer potenziellen Rauchentwicklung erhöht.

Ziel der eingesetzten Automatisierungslösung ist die zuverlässige Funktionsweise der drei beschriebenen Sicherheitseinrichtungen – eiserner Vorhang sowie Rauchabzugshauben –, die gemäß eines Gutachtens das Performance Level d erfüllen müssen. Zu diesem Zweck wurde eine Risikobeurteilung gemäß EN ISO 13849-1 durchgeführt, welche als harmonisierte Norm zur Umsetzung der Maschinenrichtlinie auf europäischer Ebene verabschiedet worden ist.

Hydraulikzylinder

Einer der zwei Hydraulikzylinder, mit denen die elf Tonnen schwere Rauchabzugshaube über der Bühne angehoben wird.

Konkret fungiert die EN ISO 13849-1 als Norm für die Auslegung sicherheitsgerichteter Steuerungen im Umfeld der Maschinenrichtlinie. Das für das Palladium Stage Theater ermittelte Performance Level d entspricht der zweithöchsten Anforderungsstufe an das zu nutzende Steuerungssystem.

Safety Bridge und Busprotokoll

Zur Realisierung dieser Sicherheitsanforderungen verwenden Michael Heiser und sein Team Safety-Bridge-Module und weitere Klemmen aus dem Inline-Automatisierungsbaukasten zum Einsammeln der I/O-Signale sowie zwei Kleinsteuerungen ILC 171 ETH 2TX, wobei alle Komponenten Bestandteil des Easy-Automation-Portfolios sind. Auf eine teure Sicherheitssteuerung kann also verzichtet werden.

Als Kernelement der Automatisierungslösungen verteilen sich die Steuerungen auf zwei Einbauorte – einen größeren Schaltschrank neben einem Hydraulikpumpen-Aggregat sowie einen kleineren

Verteilerkasten auf dem Dachboden des Bühnenraums. Die beiden ILC 171 ETH 2TX sind über eine Ethernet-Leitung miteinander verbunden und tauschen via Modbus/TCP Daten aus. Die applikative Umsetzung der Kommunikation zwischen beiden Geräten erfolgt mit Hilfe von Modbus/TCP-Funktionsbausteinen in der Engineering-Software PC Worx.

Dabei dient eine SPS als Modbus/TCP-Client, während der andere Controller die Aufgaben eines Servers übernimmt. Die Automatisierungslösung sieht ferner den Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) der Produktfamilie Quint von Phoenix Contact vor. Auf diese Weise wird das gesamte Automatisierungssystem während eines Spannungsausfalls bis zu einer Stunde mit Strom beliefert.

Zudem lassen sich die Parameterdaten der USV über ihre RS232-Schnittstelle vom ILC 171 ETH 2TX auslesen, sodass beispielsweise ein Austausch der Stützakkus erst zum tatsächlichen Lebensende der Akkus veranlasst werden muss.

Netzwerkunabhängige Sicherheitslösung

Kolbenstangen

Ist der eiserne Vorhang hochgezogen, fahren sich die Kolbenstangen des Hydraulikzylinders aus.

Die Besonderheit der Safety-Bridge-Technologie liegt darin, dass die Safety-Bridge-Datenpakete über ein Standard-Busprotokoll übertragen werden können. Bei der Technologie handelt es sich somit nicht nur um eine steuerungs-, sondern auch um eine netzwerkunabhängige Sicherheitslösung. Im Palladium Stage Theater findet der Austausch der sicherheitsgerichteten Datenpakete also über eine

Standard-Ethernet-Leitung und das Modbus/TCP-Protokoll statt. Dies ist möglich, weil das eigentliche Safety-Bridge-Protokoll einem Standard-Busprotokoll wie Modbus oder Profinet überlagert wird. Die beiden Kleinsteuerungen ILC 171 ETH 2TX übernehmen keine sicherheitsgerichteten Aufgaben, sondern werden nur als Transportmedium genutzt.

Für die Inline Controller stellen sich die Daten der Safety-Bridge-Module wie gewöhnliche I/O-Daten dar. Daher werden sie nicht als Safety-Daten erkannt und verarbeitet, sondern lediglich von einem ILC 171 ETH 2TX zur anderen SPS kopiert. Die Verarbeitung der kompletten Sicherheitsfunktionen führen die SafetyBridge-Module mit ihrer internen Logik aus. Die Parametrierung der Safety-Bridge-I/O-Module und die Erstellung der internen Sicherheitslogik erfolgen mit dem Engineering-Tool Safeconf.

Treten bestimmte Konstellationen wie ein Spannungsausfall oder die Unterbrechung der Ethernet-Verbindung ein, ist für die Automatisierungslösung im Palladium Stage Theater ein sicherer Zustand definiert. In diesem Fall wird der eiserne Vorhang heruntergefahren und die beiden Rauchabzugshauben im Bühnen- und Zuschauerraum werden geöffnet. Hydraulikzylinder sorgen für das

Aus- respektive Einfahren der Schutzvorrichtungen. Ein Pumpenaggregat regelt den Speicherdruck zum Halten der Rauchabzugshauben von Zeit zu Zeit nach. Die Kolbenstange des großen Hydraulikzylinders beim eisernen Vorhang bewegt sich horizontal. Durch mehrere Umlenkrollen wird die Kraftrichtung dann vertikal auf den eisernen Vorhang übertragen.

Zwei Hydraulikzylinder bewegen die Rauchabzugshaube

Pumpenaggregat

Das Pumpenaggregat – rechts für den eisernen Vorhang, links für die beiden Rauchabzugshauben – stellt den Druck für die Hydraulikzylinder bereit.

Während sich der eiserne Vorhang durch die eigene Gewichtskraft innerhalb von maximal 30 Sekunden senken lässt, müssen die beiden Rauchabzugshauben gegen ihr Eigengewicht hochgefahren werden. Für die große Rauchabzugshaube über der Bühne bringen die zwei hydraulischen Zylinder eine resultierende Kraft von mehr als 107.800 Newton (11.000 Kilogramm x 9,8 Newton/Kilogramm) auf.

Das ist nur mit Hilfe von größeren Druckspeicherbehältern möglich. Wenn das System in den sicheren Zustand versetzt wird, fahren die Ventile der Druckspeicherbehälter in ihre sichere Stellung und geben den Druck in die Zylinder ab, damit die Rauchabzugshaube durch die Kolben hochgefahren wird.

Während der Vorstellung kommt dem Theatermeister eine besondere Rolle zu. Obwohl es beispielsweise bei einem Spannungsausfall einen definierten sicheren Zustand gibt, ist im Fall eines Brandes keine Automatik vorgesehen. Es werden somit keinerlei Brandschutzsensoren wie Rauchmelder durch das Automatisierungssystem ausgewertet.

Sollte also ein Feuer ausbrechen, entscheidet der Theatermeister, ob der eiserne Vorhang heruntergefahren und die Rauchabzugshauben geöffnet werden. bf