Erfolgreicher Maschinenbau braucht

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sicherheit
explosionsschutz
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Mobil e Inline-Dispergiermaschinen für den Ex-Bereich
Erfolgreicher Maschinenbau
braucht verfahrenstechnische Kompetenz
Ein Pharmaunternehmen suchte eine mobile Inline-Dispergiermaschine, die in
explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 arbeiten kann. Gemeinsam konnte der
Maschinenbauer zusammen mit Experten für den Ex-Schutz die Aufgabe lösen.
» Clemens Schlegel und Tobias Poppw
Mischen, Homogenisieren und Dispergieren
von Flüssigkeiten und Suspensionen sind seit
mehr als dreissig Jahren die Spezialität des
Maschinenbauers Ystral GmbH im deutschen
Ballrechten-Dottingen. Neben komplexen Anlagen mit aufwendigen Steuerungen, die über
eine Visualisierung der Prozesse sowie eine
Rezepturverwaltung und Protokollierung verfügen können, werden vom Markt regelmässig kleinere, mobile Anlagen gewünscht, die
auch in explosionsgeschützter Ausführung
lieferbar sind.
sep.
FreigabeschützFreigabeschütz
im sep. druckfestenim
Gehäuse
druckfesten Gehäuse
Schütze,
Relais,
Motorschutz
Schütze,
Relais,Sicherungen,
Sicherungen, Motorschutz
Ex
Ex pp-Steuergerät
Steuergerät
OperatorOperator
Terminal
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rückseitigem
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Gehäuse
Gehäuse
Frequenzumrichter
Frequenzumrichter
für
den Antrieb
für den Antrieb
der
Arbeitsder Arbeitsmaschine
maschine
Fernbedienung
Fernfür Ex p
Steuergerät
bedienung
für Ex pSteuergerät
Die verfahrenstechnische Aufgabenstellung wurde gelöst
Die Anforderung eines der führenden
Pharmaunternehmens, eine mobile InlineDispergiermaschine auf mehreren Stockwerken eines Gebäudes und jeweils unterschiedlichen Aufstellungsorten mit explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 verwenden zu
können, konnte von Ystral mit Unterstützung
der Firma R. Stahl erfolgreich erfüllt werden.
Dabei wurde auch die Anbindung an das vorhandene Prozessleitsystem vorgesehen.
Die verfahrenstechnische Aufgabenstellung dieses Projekts «Dispergieren von Kristallen in Lösungsmitteln» wurde mit einer
Inline-Dispergiermaschine gelöst. Dispergie-
Autoren
Tobias Popp, Sales Manager System Solutions
R. Stahl Schaltgeräte GmbH
Clemens Schlegel, Project Management
Ystral GmbH
SPS Maschinensteuerung
SPS-Maschinensteuerung
Trennstufen zur Anbindung der Sensorik
Trennstufen zur Anbindung der Sensorik
Hauptschalter mit Gehäuse in Ex de
Hauptschalter mit Gehäuse in Ex de
Inhalt des Schaltschranks in der Zündschutzart «Überdruckkapselung p»
ren bedeutet, Fest- oder Flüssigstoffe fein verteilt in eine vorgelegte Flüssigkeit einzuarbeiten. Ergebnisse davon können beispielsweise
Emulsionen (z.B. Öl in Wasserphase) oder
Dispersionen (z.B. feine Feststoffpartikel in Lösungsmittel) sein, wobei den Ansprüchen der
Anlagenbetreiber in Bezug auf Feinheit und
gleichmässige Verteilung Rechnung zu tragen
ist. Im vorliegenden Fall muss die Grösse der
Kristalle eines Feststoffes in einem Lösungsmittel reduziert werden, wobei das Schmelzen
der Kristalle durch Kühlung verhindert wird.
Die dazu notwendige mechanische Arbeit
wird mit einem Dispergierwerkzeug nach dem
Rotor/Stator-Prinzip aufgebracht. Sowohl der
am Maschinengehäuse fest stehende Stator
als auch der mit der Maschinenwelle rotierende Rotor verfügen über Schlitze, durch die
der Produktstrom hindurchgeführt wird. Die
schnelle Bewegung des Rotors sorgt in Verbindung mit den scharfkantigen Schlitzen der
Dispergierwerkzeuge für die zur Dispergierung notwendigen Schub- und Prallkräfte.
Um für die vorliegende Anwendung eine
ausreichende Drehzahl bzw. Schergeschwindigkeit der Dispergierwerkzeuge zu erreichen, wird die Dispergiermaschine mit variabler Frequenz bis 100 Hz betrieben. Durch
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explosionsschutz
Betrieb des Motors an der «87-Hz-Kennlinie»
wird der Leistungseinbruch durch Feldschwächung bei hoher Frequenz vermieden.
Eine Coriolis-Massedurchflussmessung erfasst kontinuierlich den Produktstrom durch
die Dispergiermaschine. Die ermittelte Durchflussmenge wird an der Anlage angezeigt und
kann neben weiteren Daten via Ethernet an
das Leitsystem übermittelt werden.
sic he r h e i t
Darstellung der
Anbindung der
Dispergiermaschine
an das Prozessleitsystem
explosionsschutz nach rL/94/9/eG
Die Anforderungen des Betreibers an den
Explosionsschutz verlangen die Auslegung
der gesamten Anlage für den Betrieb im explosionsgefährdeten Bereich der Zone 1, mit
explosionsfähiger Atmosphäre der Explosionsgruppe IIB und Temperaturklasse T3.
Die nichtelektrischen Anlagenteile erfüllen
die Anforderungen der Gerätekategorie 2
(Zone 1) in der Zündschutzart «Konstruktive
Sicherheit c».
Die Steuerung der Firma R. Stahl vereinigt
mehrere Schutzkonzepte, um eine optimale
Lösung für den Explosionsschutz zu erreichen. Die Leistungsgeräte wie Frequenzumrichter, Motorschutzeinrichtung, Schütze,
Sicherungen und Relais wie auch die SPS zur
Maschinensteuerung und die Trennstufen
der eigensicheren Stromkreise sind in einem
Schaltschrank in der Zündschutzart «Überdruckkapselung p» untergebracht. Das Freigabeschütz, ebenfalls im überdruckgekapselten
Schrank, ist zusätzlich druckfest gekapselt,
da es Spannung führt, auch wenn die Überdruckkapselung nicht in Funktion ist. In die
Schranktür eingebaut sind das eigensichere
Bedien- und Beobachtungsterminal und der
in Ex-de-Technik ausgeführte Hauptschalter.
Das Schrankvolumen und die Auslegung des
Ex-p-Systems richten sich dabei grundsätzlich nach den in der Schaltanlage installierten
Verbrauchern sowie nach den Umgebungsbedingungen am Aufstellort.
Durch die in den zu berücksichtigenden
Normen geforderten Risikobetrachtungen
und Zündgefahrenanalysen werden mögliche
kritische Wechselwirkungen durch Kombination verschiedener Anlagenteile analysiert
und sicher erkannt. Hierbei hilft Ystral die
Erfahrung jahrelanger Tätigkeit in der Projektierung, Auslegung und Herstellung von Anlagen für explosionsgefährdete Bereiche.
Wahlweise Prozessleitsystem oder
«stand-alone»-Betrieb
Das Konzept der Anlagensteuerung basiert
auf der Anforderung, sowohl einen lokalen,
autarken Betrieb an einer beliebigen Stelle als
auch den Betrieb über das PLS an bis zu 64
verschiedenen Aufstellorten zu ermöglichen.
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Die auf dem Anlagengrundrahmen montierte
und betriebsfertig installierte Anlagensteuerung verfügt lediglich über zwei Anschlusskabel. Neben der Stromversorgung (Netzanschluss) wurde eine zweite, eigensichere,
Steckverbindung mit einer mehrpoligen Binärkodierung zur Standorterkennung sowie
mit einer eigensicheren Ethernetverbindung
realisiert. Zur Standorterkennung wird die
mehrpolige Steckverbindung am jeweiligen
Aufstellort durch Kontaktbrücken kodiert.
Die Betriebsdaten des Antriebes der InlineDispergiermaschine werden via Profibus vom
15-kW-Frequenzumrichter auf eine speicherprogrammierbare Steuerung Siemens S7-300
übertragen und verarbeitet. Die gesammelten
Messdaten sowie weitere Betriebsdaten der
Anlage werden via Ethernet an das übergeordnete Prozessleitsystem weitergeleitet und
können so im Leitsystem überwacht und dokumentiert werden. Für den lokalen autarken
Betrieb der Anlage sowie zur Anzeige der Betriebsdaten wurde das bewährte Bedien- und
Beobachtungsterminal ET 125 von R. Stahl gewählt. Neben der Vor-Ort-Bedienung ermöglicht die Ethernetverbindung die Steuerung
der Anlage an jedem der vorgesehenen Standorte über das Leitsystem. Der Anlagenbediener
kann so die Prozessdaten auf dem Textdisplay
des lokalen Operator-Terminals verfolgen.
Mit der Umsetzung ist es gelungen, die
unterschiedlichen Anforderungen des Explosionsschutzes, der verfahrenstechnischen
Aufgabenstellung sowie der technischen und
chemischen Anforderungen des Betreibers
bei gleichzeitig maximaler Mobilität der Anlage erfolgreich zu erfüllen.
«
infoservice
R. Stahl Schweiz AG
Brüelstrasse 26, 4312 Magden
Tel. 061 855 40 66, Fax 061 855 40 80
[email protected], www.stahl-schweiz.ch
Inline-Dispergiermaschine mit angebauter
explosionsgeschützter Steuerung
Produktstrom durch eine Inline-Dispergiermaschine
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