Zentrale Sicht auf verteilte Strukturen

Der Autor: Martin Frey Technisches Büro Stuttgart, Pilz

Hochgradig automatisierte Abläufe verlangen ein ebenso hohes Maß an Sicherheit. Dies gilt insbesondere in der chemischen Industrie, wo vielfach kritische Substanzen im Einsatz sind und die Anforderungen an Sicherheitssysteme in der Anlagensicherheit dem Safety Integrity Level (SIL) 3 nach EN/IEC 61508 genügen müssen. Eine wiederkehrende Aufgabenstellung in der Chemieindustrie ist beispielsweise das sichere und automatisierte Be- und Entladen der Tanklager. Chemische Substanzen, die für die Produktion benötigt werden, werden entweder per Schiff, Bahn oder Lkw transportiert. Sie müssen über entsprechende Andockstationen sicher, schnell und weitgehend automatisiert umgeschlagen werden. Das Automatisierungssystem ist dann primär für die Überwachung grundlegender Sicherheitsfunktionen bei der Be- und Entladung unterschiedlicher chemischer Stoffe zuständig. Dabei muss mit Sicherheit ausgeschlossen werden, dass ein einzelner Fehler – zum Beispiel das Versagen eines Füllstandsensors – zu einem Ausfall des gesamten Systems oder am Ende gar zu einer für Mensch und Umwelt gefährlichen Situation führt. Das Automatisierungssystem PSS 4000 erleichtert bei dieser Aufgabe nicht nur die Installation, es lässt sich auch problemlos in vorhandene Netzinfrastrukturen, beispielsweise auf Ethernet-Basis, integrieren. Bei PSS 4000 steht dafür das Echtzeit-Ethernet SafetyNET p bereit. Mit Lichtwellenleiter-Verbindungen lassen sich auch die teilweise großen Distanzen zwischen den Beobachtungsständen, auch Warten genannt, und den Be- und Entladestationen überbrücken.

Die zentrale Rechner- und Steuereinheit sitzt in der Hauptwarte, in den anderen Stationen befinden sich lediglich I/O-Geräte, also Kopfstationen am Ethernet ohne eigene Intelligenz. Kameras überwachen alle kritischen Bereiche und liefern ihre Bilder in die Beobachtungsleitstände. Von hier aus kann ein Bediener jederzeit Einfluss nehmen und bei Bedarf aus der Ferne sicher abschalten.

Mithilfe des Automatisierungssystems PSS 4000 kann der gesamte Be- und Entladeprozess effizient und sicher gestaltet werden: So lässt sich mithilfe des Systems zweifelsfrei prüfen, ob das Schiff, der Lkw oder der Kesselwaggon an der richtigen Station angedockt hat. Sichere Übertragungstechnik gewährleistet, dass die installierten Kugelventile an der Andockstation erst dann öffnen, wenn mittels eines Funktransponders die Verbindung als korrekt bestätigt wurde. Gleich mehrere Füllstandsensoren vermeiden ein Überfüllen oder Überlaufen der Tanks. Meldet ein Sensor einen kritischen Wert, würde die Sicherheitssteuerung die weitere Befüllung sofort stoppen. Gleichzeitig ist das System in der Lage, permanent die Füllmengen zwischen Andockstation und Tankeinlauf zu vergleichen. Ein Leck entlang der Füllstrecke würde sofort erkannt und zum Abbruch der Befüllung führen. Auch der plötzliche Defekt eines Sensors bleibt dem System nicht verborgen.

Das Besondere am Automatisierungssystem PSS 4000 ist, dass es Hard- und Software voneinander entkoppelt. Ein- und Ausgänge sind reine Variablen im Programm, die nach Belieben Hardware-Komponenten zugeordnet werden können. Damit ist die Software-Erstellung nicht mehr von der Fertigstellung einer Anlage abhängig. Programme oder Programmfunktionen lassen sich nicht nur frühzeitig erstellen, sondern ganz nach Bedarf duplizieren, archivieren und später jederzeit wieder nutzen. Sie können einer zentralen Steuerung oder mehreren Steuerungen in einem Netzwerk gleichzeitig dienen und lassen sich an praktisch jeder Stelle einspeisen. Ein- und Ausgänge sind in einem beliebigen Hardwarenetzwerk ohne Programmänderung räumlich verschieb- oder austauschbar, man muss dazu nur die entsprechende Zuordnungsliste anpassen.

Erweiterungen von Standard- oder Sicherheitsfunktionen sind auch zu einem späteren Zeitpunkt leicht möglich: Der Anwender kopiert einfach vorhandene Programmfunktionen und stellt die entsprechenden Verknüpfungen her. Selbst das Ändern einer zentralen Steuerung auf dezentrale Strukturen oder gar auf Mehrprozessor-Strukturen ist kein aufwendiger Vorgang: Muss man einer sicheren oder nicht sicheren Programmvariablen doch lediglich mitteilen, wo sich der zugehörige Ein- und Ausgang im Hardware-Netzwerk befindet. Weil mit PSS 4000 die Programmierung einfach ist, nehmen künftige Anlagenerweiterungen – gleichgültig ob in der chemischen Industrie oder in anderen Branchen – nur noch einen Bruchteil der bislang üblichen Zeit in Anspruch. Dafür stehen verschiedene Editoren nach EN/IEC 61131–3 zur Verfügung sowie der auf dem konfigurierbaren Steuerungssystem PNOZmulti von Pilz basierende Programm-Editor PASmulti.

Die einfache Vernetzbarkeit des Automatisierungssystems PSS 4000 bietet für Entwicklungen in der Zukunft eine große Offenheit und Unabhängigkeit von der Hardware. So lassen sich unterschiedlichste Steuerungseinheiten auf simple Art und Weise miteinander verbinden. Einfache Steuerungen werden mit leistungsfähigen Steuerungen verknüpft, PSS 4000 bindet selbst dezentrale Ein- und Ausgabestationen ohne eigene Steuerungsintelligenz auf einfache Weise mit ein. Ein gängiges Standard-Ethernetkabel verbindet die einzelnen Steuerungseinheiten miteinander, alle bekannten Vorteile der Ethernet-Netzwerktechnik sind dabei nutzbar. Das auf Ethernet basierende Protokoll steht für Sicherheit und Leistungsfähigkeit, dieses Protokoll macht aus einem Standard-Ethernet das Pilz Echtzeit-Ethernet SafetyNET p. Die Offenheit gegenüber weiteren Protokollen wie z. B. Profibus schlägt Brücken zu anderen Herstellern und Netzwerken.

Das Automatisierungssystem PSS 4000 erweitert auch die Diagnosemöglichkeiten nachhaltig: Genauso wie die Programmierung unabhängig von der Hardware erfolgt, stehen nun auch Diagnosefunktionen unabhängig von der Programmierung zur Verfügung. An jeder Stelle des Netzwerkes können mittels PC oder Display die Diagnose visualisiert und Fehler schneller lokalisiert werden.

Darüber hinaus bietet das Automatisierungssystem flexible und modulare Entwicklungsmöglichkeiten, insbesondere die Erweiterung einzelner Ein- und Ausgänge. Variabel können neue Kopfstationen mit und ohne eigene Steuerung angefügt werden, dabei spielt es keine Rolle, an welcher Stelle der Anlage sich die Stationen befinden. Per Lichtwellenleiter ist jeder Ort leicht erreichbar.

Halle 9, Stand D17

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Mit dem Automatisierungssystem PSS 4000 lassen sich Automatisierungslösungen für Standard und Sicherheit umsetzen, die für den Anwender einfach zu handhaben sind. PSS 4000 erlaubt es, die Vorteile einer dezentralen Steuerungsstruktur zu nutzen, ohne die damit üblicherweise verbundene höhere Komplexität in Kauf nehmen zu müssen.

Im Detail besteht das Automatisierungssystem PSS 4000 aus mehreren Hardware- und Software-Komponenten sowie dem Echtzeit-Ethernet SafetyNET p und entsprechenden Netzwerkkomponenten. Die Steuerungssysteme basieren auf dem dezentralen E/A-System PSSuniversal. Die Anbindung an das Echtzeit-Ethernet SafetyNETp ist fester Bestandteil. Damit lassen sich alle Steuerungskomponenten vernetzen sowie sichere wie nicht sichere Daten übertragen.

Mit einem neuen Editor nach EN/IEC 61131-3 für Standard und Sicherheit, dem neuen Steuerungssystem PSSuniversal multi sowie Modulen speziell für den Einsatz in der Bahnindustrie stellt Pilz auf der Hannover Messe 2012 wichtige Weiterentwicklungen im Automatisierungssystem PSS 4000 vor.