Vertikale Transparenz

Armin Glaser

Die bürge-fischer ag (bf) in Safenwil in der Schweiz erhielt von Veltins den Auftrag zur Neukonzeption und umfassenden Sanierung der Steuerungen im Bereich Altlogistik. Dieser Logistikbereich ist zuständig für den Transport des Flaschen-, Fässer- und Kastenleerguts zu den Abfülllinien und wieder zurück in den Lagerbereich. Die Modernisierung umfasst im Wesentlichen die Neuverdrahtung der Feldgeräte, den Ersatz und die Neuprogrammierung sämtlicher Steuerungen, die Konzeption eines provisorischen Materialfluss-Leitsystems während der Umbauphase, die Fertigung und Montage neuer Steuerschränke sowie die Inbetriebsetzung der neuen Steuerungsumgebung und letztendlich auch die Demontage der alten Steuerungen. Solche umfassenden Neuerungen sind aufwändig und zeitintensiv und so gingen die Planungen für die kompletten Umbaumaßnahmen von einem Gesamtaufwand von über 27 Mannjahren aus. Nach Abschluss des Umbaus auf Steuerungs- und Hardwareebene sowie der Funktionsübernahme des provisorischen Leitsystems soll die Firma Swisslog mit einem neuen Leitsystem (LLS, TAV, LVS) und einem neuen Anlageninformationssystem (SPOC) aufsetzen.

Das Logistik-Leitsystem LLS ist an den Übergabepunkten der gesamten Logistikkette aktiv und ordert aus dem Hochregallager neue Paletten mit Leergut und sorgt für das korrekte Einlagern aller abgefüllten Behältnisse. Das Anlageninformationssystem (SPOC) sorgt zudem für eine stets aktualisierte visuelle Darstellung der einzelnen Palettenpositionen, so dass der Weg aller Paletten jederzeit nachvollziehbar ist. Dank der direkten Anbindung aller Steuerungen an Ethernet TCP/IP werden mit einem einfachen Fetch-Aufruf die aktuellen Daten auf das Leitsystem geladen.

Die einzelnen Gruppensteuerungen erhalten über Ethernet vom Logistik-Leitsystem die Zielpositionen der aktuellen Transportaufträge. Die SPS steuert daraufhin alle Kettenförderer, Heber, Weichen und Verfahrschlitten und quittiert bei Erreichen der jeweiligen Endposition dann den Fahrauftrag. Die Steuerung optimiert dabei selbstständig den Fahrweg zwischen Start- und Zielposition. Im laufenden Betrieb lassen sich so für Revisionszwecke einzelne Transportsegmente zu- oder abschalten. Sofern redundante Verbindungen vorhanden sind, findet die Steuerung die zeit- und wegoptimierten Transportverbindungen.

Die komplette Steuerungsebene ist redundant aufgebaut. Eine Zentraleinheit (CPU) arbeitet ständig als Datenspeicher, damit im Fehlerfall alle aktuellen Transportdaten und -positionen auf ein neues Zielsystem geladen werden können. Ein Wechsel der CPU und das Wiederanlaufen der kompletten Anlage ist innerhalb von 15 min. zu realisieren.

Der Transport der Paletten erfolgt räumlich über fünf Ebenen. Daher sind eine Vielzahl an Hebeeinrichtungen, Drehtischen und Aufzügen im Einsatz. Für den Schutz dieser Bereiche sind Lichtgitter eingesetzt, die in Abhängigkeit der Palettenposition in einen Muting-Betrieb übergehen. Muting bedeutet das Überbrücken der automatischen Abschaltung in dem Zeitraum, in dem das Fördergut das Sicherheitslichtgitter passiert. Dieser Betriebszustand, der eine betriebsbedingte reduzierte Sicherheit darstellt, wird dem Personal durch eine Warnleuchte angezeigt.

Um alle Bewegungen jederzeit sicher anhalten zu können und einen gefährlichen Zutritt zu verhindern, sind Not-Aus-Schalter und Schutztüren an der gesamten Anlage verteilt. Die Überwachung der Anlage und ein sicheres Abschalten im Fehlerfall übernimmt die von der bürge-fischer ag projektierte, programmierte und gelieferte programmierbare Sicherheitssteuerung PSS 3100 von Pilz. Alle Not-Aus-Kreise sind nach der Sicherheitskategorie 4 der EN 954-1 zweikanalig ausgelegt, für die Sicherheitslichtschranken gilt Kategorie 2. Entsprechend der für jeden Gefahrenbereich durchgeführten Bewertung nach EN 954-1 sind die technischen Maßnahmen für die Kategorie 4 umfangreicher und beinhalten beispielsweise das permanente Selbstüberwachen der Schutzeinrichtung, eine Ein-Fehler-Ausfallsicherheit und eine durchgängig redundant aufgebaute Auswertung. Hier bot das abgenommene Paket sicherheitsgerichteter Funktionsbausteine innerhalb der PSS-Programme eine adäquate Lösung und erleichterte die Abnahme der Anlage durch die Berufsgenossenschaft.

Die sicherheitsgerichtete Abschaltung der jeweiligen Haupt- und Gruppenschütze erfolgt über eine Rangierung über die E/A-Module von SafetyBus p. Nur wenn die PSS die Hardware-Freigabe über die dezentralen E/A-Module erteilt, kann die konventionelle Steuerung die Antriebe zuschalten. Alle Steuerungen arbeiten in engem Verbund miteinander: die Sicherheitssteuerung PSS 3100 gibt ihre Statussignale über Ethernet TCP/IP an die Standard-Steuerungen weiter. Nur wenn alle Statusmeldungen der Sicherheitskreise vorhanden sind, kann die SPS die jeweilige Gruppe aktivieren.

Für die Steuerung der Fördertechnik im Projekt Altlogistik sind ausschließlich dezentrale E/A-Systeme am Profibus-DP eingesetzt. An die etwa 8000 Eingänge sind vorwiegend Lichtschranken und Initiatoren angeschlossen. Die ca. 6000 Ausgänge steuern Pneumatikventile der Weichen, Motoren für den Transport und Anzeigelampen.

Daneben bestehen umfangreiche Sicherheitsfunktionen für die Abschrankung der Aufzugs- und Heberbereiche mit Lichtgittern und Sicherheitstüren, wie auch für die gruppierte Abschaltung von Anlagenteilen mittels Not-Aus-Schaltern. Das Prinzip der dezentralen Architektur wurde bei Veltins nun auch erstmals auf den Bereich der Sicherheitstechnik übertragen. So werden nun alle sicherheitsrelevanten Signale direkt vor Ort mit dezentralen E/A-Modulen an das sichere und offene Bussystem SafetyBus p angeschlossen.

Die komplette Logistik ist räumlich auf zwei Hauptebenen verteilt: Das Zuführen des Leerguts zum Abfüllbereich erfolgt auf der unteren Ebene, während der Rücktransport der befüllten Gebinde und Fässer im Obergeschoss angesiedelt ist. Kreuzungen und Übergabepunkte, die in diesem Ablauf liegen, erfordern den Einsatz zahlreicher Heber und Aufzüge. Eine wesentliche Forderung der zuständigen Berufsgenossenschaft war es daher, ein übergeordnetes Konzept zur Gruppenabschaltung zu integrieren. Das Zuordnen eines Not-Aus-Schalters zu einer bestimmten Abschaltgruppe sollte dabei aber flexibel bleiben und ohne eine Änderung an der Verdrahtung neu getroffen werden können. Mit dem Einsatz konventioneller Sicherheitsschaltgeräte wäre diese Anforderung nur durch eine sehr umfangreiche Verkabelung zu erfüllen. Darüber hinaus war auch das Einsparungspotential einer rein dezentralen Architektur gegenüber einer konventionellen Parallelverkabelung für den Betreiber ein wichtiges Kriterium für den Einsatz von SafetyBus p.

Der durchgängige Einsatz von Ethernet stellt für den Betreiber wesentliche Vorteile sowohl in der Wartung als auch im Betrieb der Anlage dar. Da alle eingesetzten Leitsysteme integrierte TCP/IP-Schnittstellen besitzen, lassen sich die Visualisierungsdaten ohne einen zusätzlichen Hardwareaufwand auf der Leitebene anzeigen. Die vor dem Umbau vorhandene Vielfalt unterschiedlicher Schnittstellen reduziert sich dadurch drastisch. Auch die Kopplung der Steuerungen untereinander wird wesentlich einfacher: Wo vorher zwischen den einzelnen Steuerungen die Status- und Fehlerdaten per E/A-Kopplung ausgetauscht wurden, kommt heute jeweils ein parametrierbarer Diagnosebaustein mit integrierter Kopplung an Ethernet zum Einsatz. Ein nicht ganz unwichtiger Nebeneffekt ist dabei, dass somit alle Informationen in der gleichen Qualität durchgängig bis zum Leitsystem vorhanden sind. Erst dadurch wird eine schnelle Fehlerlokalisierung möglich. Ziel bei Veltins ist das SPOC-Prinzip (Single Point of Control) der Firma Swisslog. Dies bedeutet, dass auf der Leitebene alle Diagnosedaten in der erforderlichen Informationstiefe vorhanden sind und der Bediener diese Informationen jederzeit über stationäre oder mobile Rechner vorliegen hat, was für einen transparenten und reibungslosen Produktionsablauf sorgt. Das Personal für Service und Überwachung ist so optimal einsetzbar. Die durchgängige Anbindung aller Steuerungen an Ethernet stellt für den Betreiber eine wesentlich höhere Transparenz der Anlage sicher.

Als einen wesentlichen Vorteil dieser Neukonzeption sieht der Betreiber deshalb die durchgängige Diagnosemöglichkeit im Fehlerfall. Reaktionszeiten lassen sich elementar verkürzen, wenn schon auf der Leitebene erkannt wird, wo z.B. ein Not-Aus-Kreis abschaltet oder ein Lichtgitter ausgelöst hat.

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