Automatisierung auf kleinstem Raum

Der Autor: Heiko Kurtz National Key Account Chemie, Bürkert Fluid Control Systems

Die EU fördert das F3-Factory-Projekt, das durch effizientere Prozesse Ressourcen schonen will, mit einer Summe von rund 18 Mio. Euro. Zu den Partnern des Konsortiums, das vom Unternehmen Bayer Technology Services koordiniert wird, zählen neben Industrieunternehmen wie Bayer, BASF oder Evonik auch wissenschaftliche Forschungseinrichtungen wie die Technische Universität Dortmund oder die RWTH Aachen.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung schnellerer, flexiblerer und effizienterer Produktionsmethoden für chemische und pharmazeutische Produkte. Dabei sollen die Vorteile der zwar flexiblen, aber ineffizienten Batchproduktion mit den Kostenvorteilen einer kontinuierlichen Produktion verbunden werden. Erreicht wird dies durch kleine bis mittlere Produktionsanlagen in standardisierter Containerbauweise. Dazu entwickeln die beteiligten Firmen „Plug and produce“-fähige, hochmodulare Systeme, die in leicht transportierbaren Containern untergebracht sind. Diese können im neu errichteten Invite-Forschungszentrum im Chempark Leverkusen für erste Produktionsläufe unter Praxisbedingungen getestet werden. Der Fokus liegt dabei auf der Verkürzung von Entwicklungszeiten neuer Produkte durch eine konsequente Standardisierung und Modularisierung der eingesetzten Containereinheiten. Chemische Produktionsanlagen lassen sich so nach dem Baukastenprinzip aus praxiserprobten, standardisierten Modulen leicht planen, problemlos installieren, schnell in Betrieb nehmen und bei Bedarf erweitern.

Bürkert ist Lieferant im F3-Factory-Projekt. Der Fluidtechnikspezialist hat in enger Zusammenarbeit mit Bayer Technology Services ein ganzheitliches Konzept für die Automatisierung von Prozessen mit Ventilinseln und Remote-I/O-Systemen entwickelt. Dazu wurden für die unterschiedlichen Containermodule spezielle Atex-Schaltschränke konzipiert. „Die größte Herausforderung bestand für uns darin, die Schaltschränke in die bereits feststehenden, sehr engen Rastermaße der Prozesscontainer zu integrieren“, sagt Heiko Kurtz, National Key Account Manager für Chemie und Ex-Technik bei Bürkert. Es wird dabei je nach Art des Containermoduls ein Schaltschrank eingesetzt, in dem alle elektrischen und pneumatischen Signale verarbeitet werden.

Aufgrund der besonders engen Platzverhältnisse fiel die Wahl schnell auf eine kombinierte Lösung aus dem Siemens-ET200iSP-Remote-I/O-System und der integrierten Ventilinsellösung Airline Ex Typ 8650 von Bürkert. Die Ventilinsel ist vollständig in das Remote-I/O-System integriert und wird über die gleiche Spannungsversorgung und Profibusanschaltung gesteuert. Durch diese Kombination entsteht eine kompakte und flexible Lösung für Automatisierungsaufgaben im explosionsgeschützten Bereich der Zone 1. Durch die kompakten 2-x-3/2-Wege-Ventile mit lediglich 11 mm Anreihmaß ließ sich die von Bayer geforderte Anzahl an Ventilen in den kompakten Schaltschränken umsetzen.

Eine zusätzliche Schwierigkeit sind die hohen Anforderungen der Betreiber hinsichtlich der funktionalen Sicherheit der eingesetzten Ventilinseln. Auch hier fand Bürkert zusammen mit Bayer Technology Services eine platzsparende Lösung, die sich noch zusätzlich in die kompakten Schaltschränke integrieren ließ. Die Realisierung der Sicherheitsabschaltfunktion einer Ventilinsel konnte durch den Einsatz von bewährten SIL-zertifizierten, eigensicheren Ventilen realisiert werden. Die Forderung von Bayer war eine einfache, aber effiziente, robuste und standardisierbare Lösung, die vor allem aber sicher in der Anwendung sein sollte. Durch die Möglichkeit der Integration von fehlersicheren Signalen auf der ET200iSP-Station von Siemens konnte die SIL-Zusammenschaltung innerhalb des Schaltschranks realisiert werden. Dadurch werden der Verdrahtungsaufwand zum Schaltschrank reduziert und Fehlerquellen konsequent vermieden. Es müssen keine externen Signale einer Sicherheitssteuerung mehr in den Ex-Bereich und somit in den Schaltschrank verdrahtet werden. Alle übrigen eigensicheren Analog- und Binärsignale von entsprechenden Feldgeräten des jeweiligen Containermoduls können ebenso wie die pneumatischen Signale in dem Schaltschrank verarbeitet werden.

„Durch die Lösung von Bürkert konnten wir den Anforderungen an die Sicherheit und der Zone 1 gleichermaßen gerecht werden“, sagt Carsten Meyer, der bei Bayer Technology Services für die Prozessleittechnik verantwortlich ist. Darüber hinaus passe die Lösung optimal zum F3-Factory-Konzept der komprimierten Technik. „Wir haben im Rahmen des Projekts unterschiedliche Alternativen geprüft und bewertet“, erläutert Meyer. „Eine vergleichbar kompakte Lösung für die Steuerung in Zone 1, die auch fehlersichere Signale integrieren kann, lässt sich schwer auf dem Markt finden.“

Dank der eingesetzten eigensicheren Ventiltechnik entstand ein maßgeschneidertes Konzept, das auch Wartungsarbeiten und Prüfungen im laufenden Betrieb ermöglicht. Durch die Hot-Swap-Fähigkeit der Ventile und der Elektronikmodule der Airline-Ex-Ventilinsel können diese auch unter Prozessbedingungen getauscht werden. Damit liefert das System einen unverzichtbaren Beitrag zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und zur Minimierung von Produktionsausfällen. Auch die Integration der Ventiltechnik in das verwendete PCS-7-Prozessleitsystem ist durch die Hardwareschnittstellen zum I/O-System und entsprechende Software problemlos möglich. Dank dieser besonderen Kombination aus Ventilinsel und I/O-System ist jetzt eine Integration von pneumatischen Signalen in ein modernes PLT-System bis in die Zone 1 möglich. Zusätzlich können die umfangreichen Diagnosefunktionalitäten der Ventilinsel genutzt werden, um beim Auftreten eines Fehlers schneller vor Ort reagieren zu können.

Den hohen Anspruch von Bayer Technology Services an Verfügbarkeit, Qualität und Sicherheit garantiert Bürkert durch den Aufbau der Schaltschränke. So werden beispielsweise in allen Schaltschränken, die im Ex-Bereich eingesetzt werden, generell keine Kunststoffschläuche, sondern Edelstahlrohre in den Zuluftleitungen verwendet.

Halle 11.1, Stand E62

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