Die Kunst der Anlagenplanung besteht in der gleichwertigen Umsetzung

Sicher und verfügbar

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Sicherheit und Verfügbarkeit sind zwei Elemente in der Automatisierungtechnik, die sich nur schwer die Waage halten. Zeitweise überwiegt die Sicherheit zu Lasten der Verfügbarkeit oder umgekehrt. Die programmierbaren Sicherheitssteuerungen der Systemfamilie PSS vereinigen beide Elemente in sich.

Die Systemfamilie PSS besteht aus den Kompaktsteuerungen PSS 3032 und PSS 3056 sowie den modularen Steuerungen PSS 3100 und PSS 3000 (Abb. 1). Zur Anpassung an die jeweilige Applikation stehen verschiedene Baugruppenträger zur Verfügung.

Der nach Kat. 4 gemäß EN 954-1 bzw. AK 6 nach DIN V 19250 abgenommene Sicherheitsteil der PSS arbeitet dreikanalig diversitär, d. h. die Informationen eines Einganges gelangen über drei Kanäle an die CPU, werden dort von drei unterschiedlichen Prozessoren verarbeitet und über drei Kanäle an den Ausgang gesendet. Sicherheitsgerichtete Baugruppen (Fail-Safe = FS) werden bei den modularen Steuerungen über den dreikanaligen Rückwand-Bus, Standard-Baugruppen (ST) über den einkanaligen Rückwand-Bus angesteuert. Sowohl für den FS- als auch für den ST-Teil der Steuerung stehen mehrere Baugruppen zur Verfügung.
Das neueste Modul stellt die fehlersichere Eingangsbaugruppe mit sechs Analogeingängen für 4 bis 20 mA dar. Ausgefeilte Hard- und Softwarealgorithmen testen permanent das System und führen neben hoher Sicherheit zu schnellen Reaktionszeiten. Die Anwenderprogramme für den Fail-Safe- und den Standard-Teil werden separat ausgeführt. Sie kommunizieren rückwirkungsfrei, d.h. ein Fehler im ST-Teil hat keine Auswirkungen auf den FS-Teil. Werden vom Fail-Safe-Teil beispielsweise Verdrahtungsfehler erkannt, so läßt sich diese Information via Standard-Teil an die Visualisierung oder übergeordnete Systeme weiterleiten.
Informationsfluß
Für die Kommunikation mit anderen Steuerungs- und Visualisierungssystemen werden verschiedene Standardkommunikationsbaugruppen (Slave) und Standardfunktionsbausteine angeboten, die die Ankopplung an Interbus, Profibus DP, Modbus RTU, DeviceNet, Ethernet, ControlNet und CANopen ermöglichen. Die Informationen über den Prozeßverlauf und die Zustände der sicherheitsgerichteten Anlagenteile lassen sich somit leicht weiterverarbeiten.
PSS mit Gruppenabschaltung
In allen Bereichen der Produktions- und Prozeßtechnik wird immer mehr auf hohe Produktivität geachtet. Die Stillstandszeiten einer verfahrenstechnischen Anlage sind deshalb auf ein Minimum zu reduzieren. Hatte man früher noch Wartungsschichten bei der Auslastung einer Anlage eingeplant, so sind diese zu Gunsten der Produktivität mehr und mehr reduziert worden. Produktion und Wartung einer Anlage müssen heute Hand in Hand gehen. Hierzu kann die betreffende Anlage in Abschnitte bzw. Gruppen unterteilt werden. Diese Gruppen sind dann autark im Gesamtsystem lauffähig. Das bedeutet für den Anwender, daß er, wenn notwendig, neben der laufenden Produktion auch Wartungsintervalle durchführen kann. Weiterhin setzt ein eventuell auftretender Fehler nicht die gesamte Anlage still, sondern nur die zuvor spezifizierte Gruppe. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, wurde für die sicherheitsgerichteten Steuerungen der Sytemfamilie PSS das Konzept der Gruppenabschaltung (Selective Shutdown Function) entwickelt.
Durch diese Funktion, mit der auch bereits im Einsatz befindliche Steuerungen nachgerüstet werden können, läßt sich die Verfügbarkeit einer Anlage von vornherein wesentlich erhöhen. Die Gruppenabschaltung bietet die Möglichkeit, das Systemverhalten durch die Spezifikation von bis zu 32 Signalgruppen extrem fein einzustellen. Die einzelnen Signale können bitweise ausgewählt werden. Jeder Signalgruppe wird durch den Anwender ein Toleranztyp zugeordnet, der die Reaktion auf einen Einzelfehler innerhalb dieser Gruppe definiert.
Um das System noch flexibler anzuwenden, ist es möglich, Signalgruppen baugruppenunabhängig zu definieren. Wie ein System auf einen bestimmten, externen Einzelfehler reagiert, kann durch 13 verschiedene Toleranzwerte festgelegt werden. Bei bestimmten Toleranzwerten wurde eine maximale Zeit von 100 Stunden implementiert, d. h. der Anwender hat die Möglichkeit, in dieser Zeit angemessen auf den aufgetretenen Fehler zu reagieren. Im Rahmen dieser Zeit kann er entscheiden, ob der betreffende Teil der Anlage repariert, wiederangefahren oder heruntergefahren werden muß.
Die Funktion Gruppenabschaltung, auch „Selektives Passivieren“ genannt, stellt damit eine wesentliche Erweiterung des PSS-Systemkonzeptes dar. Sie ist wie die gesamte Systemfamilie PSS nach Kat. 4 gemäß EN 954-1 bzw. AK 6 nach DIN V 19250 zugelassen.
Projektierung der Funktion„Gruppenabschaltung“
Die Projektierung der Gruppenabschaltung erfordert nur geringen zusätzlichen Aufwand zur üblichen Projektierung einer programmierbaren Sicherheitssteuerung der Systemfamilie PSS. Das Verhalten der einzelnen Anlagenteile im Fehlerfall wird unter Beachtung der jeweiligen Anforderungsklasse bestimmt. Daraufhin werden die einzelnen Signalgruppen mit ihren zugehörigen Toleranztypen festgelegt. Das Diagramm in Abbildung 2 zeigt die verschiedenen Planungsphasen bei der Projektierung.
SafetyBUS p – das sichere Bussystem
In Erweiterung der Vernetzung mit Standardbussen für den betriebsmäßigen Teil einer Steuerung, können mit der neuesten Entwickung dieses Anbieters, dem sicheren Bussystem SafetyBUS p, Maschinen und Anlagen unterschiedlicher Hersteller sicher miteinander vernetzt werden. Die Vorteile der herkömmlichen Feldbussysteme, im Hinblick auf den betriebsmäßigen Teil der Anlage, wie beispielsweise der geringe Verdrahtungsaufwand (und daraus resultierend weniger Fehlermöglichkeiten), oder die umfassenden, komfortablen Diagnosemöglichkeiten für die gesamte Anlage, wurden jetzt mit SafetyBUS p auf den Sicherheitsteil übertragen.
SafetyBUS p ist ein universelles, sicheres und offenes Feldbussystem und wurde auf die Belange des Personenschutzes im Maschinen- und Anlagenbau zugeschnitten.
Generell werden drei Aspekte verfolgt:
• die Dezentralisierung der sicheren Ein-/Ausgänge prozeßnah im Feld über sichere I/O-Module (Abb. 3),
• die sichere Kopplung mehrerer Sicherheitssteuerungen PSS,
• und die Direktanbindung sicherheitsgerichteter Feldkomponenten wie beispielsweise Lichtgitter oder Scanner.
SafetyBUS p: Dezentrale Gruppierung von Anlagenteilen
SafetyBUS p bietet die Möglichkeit zur Bildung von Gruppen innerhalb des sicherheitsgerichteten Netzwerks. Alle sicherheitsgerichteten Daten einer kompletten Anlage können beispielsweise über nur einen Sicherheitsbus gesteuert werden. Innerhalb dieser Anlage können bestimmte Teilbereiche dieser Anlage bis zu 32 unterschiedlichen Gruppen zugeordnet werden. Im Fehlerfall wird nur der Teilbereich der Anlage abgeschaltet, in dem der Fehler festgestellt wurde. Die übrigen Bereiche der Anlage sind weiter in Betrieb. Die Stillstandszeiten verkürzen sich, und deren Auswirkungen werden auf den betroffenen Teilbereich begrenzt.
Visualisierungskonzepte
Die Sicherheitssteuerung PSS gewährleistet die sichere Überwachung und Steuerung von Prozessen. Das gesamte Verhalten der Anlage kann über den Standardteil der PSS zur Visualisierung übertragen werden.
Mit Einführung der Touchterminal PMI wird in Verbindung mit der bestehenden Industrie-PC-Familie Pipanel dem Anwender eine durchgängige, kompatible Produktpalette für Bedien- und Beobachtungsaufgaben angeboten.
Das als PMI (Pilz Machine Interface) bezeichnete Produkt verbindet die Flexibilität eines eigenständigen Bedienterminals mit den Vorteilen eines Industrie-PCs. Als Basis dient das Betriebssystem Windows CE. Für die Kommunikation mit der programmierbaren Sicherheitssteuerung, wie auch anderen Steuerungssystemen, sind alle gängigen Schnittstellen verfügbar. Eine komfortable Editiersoftware für unterschiedliche Visualsierungsaufgaben stellt das Softwarepaket PMI-PRO dar. Mit Hilfe dieses Programms, lauffähig unter Windows 95, 98 und Windows NT, lassen sich die grafischen Oberflächen für die Touchsysteme schnell und einfach realisieren. Dafür stehen dem Anwender hilfreiche Funktionen zur Verfügung.
Im Rahmen der weltweiten Globalisierung sind durchgängige Konzepte gefragt. Mit der Funktion der Sprachumschaltung im Online-Betrieb kann dieselbe Applikation in verschiedenen Landessprachen dargestellt werden. Typische Anforderungen für den Einsatz in verfahrentechnischen Anlagen wie Rezepturverwaltung, Paßwortschutz mit mehreren Hierarchieebenen, chronologische Speicherung der aufgetretenen Ereignisse sind ebenfalls Bestandteil der Software PMI-PRO.
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