Sicheres Feuer

Katrin Laack

Heute bieten Brennersteuerungen variable Sicherheitszeiten für das Öffnen der Brennstoffventile, erlauben die Anpassung der Vorlüftzeit für beliebige Gebläseleistungen und Kesselräume und führen eine Gasventilprüfung nach EN 1643 mit zwei Gashauptventilausgängen durch. Ein integrierter Flammenwächter macht den direkten Anschluss von Flammenfühlern möglich, die für spezielle Brennstoffe oder für beide Standardbrennstoffe, sprich Gas und Öl, geeignet sind. Ein Brennstoffwechsel bei durchgehend vorhandener Flamme wird durch separate Steuereingänge und Ventilausgänge für Gas- und Ölbetrieb möglich und lässt sich im laufenden Betrieb in wenigen Sekunden ohne Energieverlust des Kessels durchführen.

Ein Datenausgang liefert alle Statusdaten, die durch Zusatzmodule über Feldbusse oder auch Industrial Ethernet über eine Distanz von mehreren hundert Meter übertragbar sind. Diese Komplexität findet sich in allen Applikationen wieder, unabhängig davon, ob es sich um Einzelbrenner oder verkettete Anlagen handelt. Eine Anforderung bleibt dabei immer gleich: Die Automatisierungslösung muss sowohl die verschiedenen Aufgaben der Sicherheits- und Standardsteuerungstechnik lösen als auch komfortabel und einfach zu handhaben sein. Hersteller wie Pilz bieten deshalb Systeme, die sich in der Komplexität den unterschiedlichen Applikationen der Feuerungstechnik anpassen lassen.

Feuerungsanlagen und Brenner unterliegen speziellen Richtlinien. EU-Richtlinien für Feuerungsanlagen gibt es erst seit 2004. Bis dahin kamen nationale Standards zur Anwendung, die sich erst in den letzten Jahren auf europäischer Ebene etabliert haben. So sind industrielle Thermoprozessanlagen z. B. unter der Maschinenrichtlinie als Maschinen eingeordnet, wo sie unter die EN 746 als Norm für „Industrielle Thermoprozessanlagen“ fallen.

Für Feuerungsanlagen, die nicht zu den industriellen Thermoprozessanlagen gehören und auch nicht zum Erwärmen von Prozessflüssigkeiten und -gasen in der chemischen Industrie verwendet werden, existiert die europäische Norm EN 50156-1 als allgemeine Norm für die elektrische Ausrüstung.

Moderne Feuerungstechnik erfordert heute – und künftig noch viel stärker – geeignete Lösungen für unterschiedliche Anwendungen. Im Rahmen der Sicherheits- und Automatisierungstechnik werden alle Feuerungsanlagen mit speziellen Brennersteuerungen bzw. einem Burner Management System (BMS) ausgestattet.

Entsprechend der Sicherheitseinstufung durch den TÜV muss die Ausführung der Brennersteuerungen folgenden Normen entsprechen: der neuen internationalen Norm EN 62061, der darauf basierenden spezifischen Norm für Feuerungsanlagen EN 50156 oder der im Maschinenbau bekannten europäischen Norm EN ISO 13849.

Das Burner Management System zum automatischen Betrieb der Brennereinrichtung wird – egal ob im zentralen oder dezentralen Aufbau – vollständig in hierfür vorgesehenen Schaltschränken installiert. Es übernimmt die Überwachung sicherheitsgerichteter Funktionen ebenso wie das An- und Abfahren der Anlage, die Regelung und Steuerung von Ventilen und Klappen sowie die Visualisierung von Betriebszuständen und Diagnosemeldungen.

Während für größere Anwendungen fehlersichere, programmierbare Steuerungssysteme zum Einsatz kommen, genügt für Anwendungen mit einem geringen Mengengerüst an Ein- und Ausgabeinformationen ein kleiner dimensioniertes Sicherheitssystem.

Zur Visualisierung, Regelung sowie zur Anzeige der Betriebs- und Störmeldungen dienen dezentrale Panels, deren Anbindung über gängige Feldbusse oder ein Ethernet-System erfolgen kann. Aufgrund des von einer Feuerung ausgehenden Gefahrenpotenzials definieren Vorschriften die Anforderungen, die Sicherheitsabsperrventile beim Einsatz in Brennstoffleitungen erfüllen müssen. Da diese im Fehlerfall unmittelbar die Brennstoffzufuhr unterbrechen sollen, achtet die Abnahmebehörde daher insbesondere auf die Hard- und Software, welche die Ventile ansteuert.

Aus diesem Grund hat Pilz sein Angebot an fehlersicheren Anschaltungen für den Einsatz in der Feuerungstechnik erweitert. So sind verschiedene Sicherheitsschaltgeräte in einer Ausführung mit diversitären Relais geplant, eine Vorgabe für das Abschalten des Hauptbrennstoffventils, die in der EN 50156 festgehalten ist. Aufgrund des internen, diversitären Aufbaus sind diese Sicherheitsrelais für den Einsatz in Brennersteuerungen freigegeben.

In räumlich verzweigten und verketteten Anlagen übernehmen modular aufgebaute oder kompakte programmierbare Steuerungssysteme die Überwachung der sicherheitsgerichteten Aufgaben und der Standardsteuerungsaufgaben. In Verbindung mit einem dezentralen E/A-System lässt sich die gesamte E/A-Peripherie wirtschaftlich realisieren, da sich der Bedarf an Ein- und Ausgängen individuell und präzise an die Applikation anpassen lässt. Kommunikationsschnittstellen zu den meisten Feldbus- und unterschiedlichen Ethernet-systemen ermöglichen eine schnelle und einfache Integration der Sicherheit in den kompletten Steuerungsablauf einer Feuerungsanlage.

Neben der Hardware spielt natürlich auch die Software eine wichtige Rolle und bestimmt die Funktionalität moderner Automatisierungslösungen maßgeblich. Sie trägt weiterhin dazu bei, die Komplexität bei der Umsetzung der benötigten Sicherheitsfunktionen für den Anwender zu reduzieren. Von TÜV und BG abgenommene Software-Funktionsbausteine erleichtern zudem die Integration, indem sich sicherheitsgerichtete Steuerungsfunktionen schnell und einfach realisieren lassen.

Sicherheitsrelevante Bereiche können mit einer Vielzahl von Schutzeinrichtungen wie z. B. Not-Aus-Tastern, Schutztüren oder Lichtschranken ausgestattet sein. In Abhängigkeit von den zu überwachenden Funktionen sind Schutzeinrichtungen in unterschiedlicher Anzahl und Kombination notwendig. Für deren Ansteuerung und der Ausführung verfahrenstechnischer Funktionen hat Pilz für seine programmierbaren Steuerungen ein modulares Bausteinsystem (MBS) entwickelt, das dem Anwender hilft, Zeit und Kosten zu sparen.

Das MBS besteht aus einzelnen Softwarebausteinen, den sogenannten Standardfunktionsbausteinen, die auf die jeweilige Schutzeinrichtung bzw. verfahrenstechnische Funktion zugeschnitten sind. Bis zu 600 Standardfunktionsbausteine lassen sich beliebig kombinieren. Diese sind durch eine autorisierte Stelle versiegelt, so dass sie nicht verändert werden können. Eingesetzt in einem Anwenderprogramm, kann die Prüfung des Programms somit auf die neu erstellten Programmteile beschränkt werden, was die Prüfzeit deutlich verkürzt.

Auch für die Feuerungstechnik stehen Standardfunktionsbausteine zur Verfügung, die für den Sicherheitsteil eines programmierbaren Steuerungssystems einsetzbar sind. Sie erfüllen die einschlägigen Normen und Richtlinien für Brenner, Dampfkessel und Thermoprozessanlagen. Das Softwarepaket bietet die Funktionalität „Feuerungsautomaten“ sowie die weiteren, für die Brennersteuerung benötigten Einzelfunktionen. Mit dem „Feuerungsautomaten“ ist es möglich, mit einem Baustein einen einzelnen Öl- oder Gasbrenner zu steuern und zu überwachen. Der Baustein enthält alle dafür notwendigen Funktionen. Möglicher Anwendungsbereich sind Anlagen, die mit einer großen Zahl relativ einfacher Brenner ausgestattet sind, wie zum Beispiel Tunnelofen. Dazu gehören die Steuerung und Überwachung des Brennerablaufs, der Sicherheits-, Wächter- und Fehlerkette sowie von Verbrennungsluftdruck und Brennstoffdruck. Hinzu kommen Flammenüberwachung, Dichtheitskontrolle, Verbundregelung und die Quittierung von Fehlern.

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Pilz bietet mit einem breiten Produktspektrum durchgängige Lösungen für die unterschiedlichen Anforderungen der Feuerungstechnik. Für Einzelbrenner lassen sich kompakte Sicherheitsschaltgeräte wie PNOZsigma einsetzen. Sie benötigen wenig Platz im Schaltschrank, sind hoch verfügbar und mit einer schnellen Diagnose ausgestattet. Das multifunktionale Sicherheitsschaltgerät PNOZmulti übernimmt nicht nur eine Vielzahl von Sicherheits-, sondern auch Standardsteuerungsfunktionen. Sein grafisches Konfigurationstool spart beim Engineering und unterstützt eine komfortable Diagnose. Zukünftig kann das Gerät dank eines entsprechenden Software-Funktionsbausteins auch die Aufgabe eines Feuerungsautomaten übernehmen.

Für verkettete Anlagen stehen programmierbare Steuerungssysteme PSS mit einer schnellen Programmbearbeitung und der Anbindung an alle gängigen Standardfeldbusse sowie an sichere Ethernetsysteme wie SafetyNet p zur Verfügung. Abgenommene Software-Funktionsbausteine für die Feuerungstechnik erleichtern auch hier die Handhabung.

Kommt die dezentrale Steuerungsplattform PSS-universal zum Einsatz, besteht neben den Vorteilen eines flexiblen Systemaufbaus mit umfangreicher Modulauswahl auch die Möglichkeit, Signale per Funk zu übertragen.

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