Sicherheit aus einem Guss

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CASE STUDY
Dezentrale Sicherheitstechnik
Konsequent dezentralisiertes Automatisierungskonzept in einer
Motorblockgießanlage
Sicherheit aus einem Guss
Vollautomatische Fertigung stellt besondere Anforderungen an die Sicherheitstechnik. Das gilt insbesondere dort, wo große Lasten hantiert werden, Hitze
und entzündliche Gase im Spiel sind. Ein Beispiel dafür ist der Guss von Motorblöcken. Eine der modernsten Gießereien ihrer Art ist vor kurzem bei der Hydro
Aluminium Alucast in Dillingen in Betrieb gegangen. Hohe Flexibilität erreicht
die Anlage durch konsequente Dezentralisierung – und das auch bei der Sicherheitstechnik.
D
ie Automatisierung gießereitechnischer Anlagen ist für RESA System
Engineering aus Saarwellingen im
Saarland kein unbekanntes Terrain. Schon
wiederholt führte der Anlagenbauer das
komplette Engineering, den Schaltschrankbau, die komplette Montage und
die Inbetriebnahme durch. Als Anfang letzten Jahres der Auftrag zur Automatisierung
einer Gießlinie für die neue Motorblockproduktion bei Hydro Aluminium Alucast
(HAA) einging, entwickelte RESA eine
innovative Automatisierungsarchitektur.
Zum Einsatz kam die Simatic S7-416F, die
erste fehlersichere S7-400, die mit KOP,
FUP und AWL programmierbar und damit
auf die Anforderungen der Fertigungsindustrie zugeschnitten ist.
Sicherheitstechnik integriert
„Wir setzen für Standardprogramme seit
langem bevorzugt Simatic ein“, erklärt
Christian Speicher, Projektleiter bei RESA.
„Sicherheitstechnik haben wir bisher mit
Relais-Sicherheitskombinationen realisiert.
Dabei konnten wir die Vorteile der Dezentralisierung für den Sicherheitsbereich
nicht nutzen. Die Möglichkeit, mit der
neuen S7-416F auf Verkabelung zu verzichten und auf ein einziges durchgängiges Bussystem umzusteigen, haben wir
gern zum Anlass genommen, unser bisheriges Konzept zu ändern.“
Bei der Gießlinie ist RESA Generalunternehmer für Mechanik und Elektrik
und in anderen Gewerken Unterlieferant
für die gesamte Elektrik. In jedem Gewerk
steuert eine CPU sowohl den fertigungstechnischen als auch den verfahrenstechnischen Teil der Anlagen. Der fertigungstechnische Teil umfasst den Transport und
das Handling der Kernpakete oder der fertigen Motorblöcke sowie den Gießvorgang
selbst. Im verfahrenstechnischen Teil geht
es im Wesentlichen um das Rückführen des
Formsandes, um das Spülen des Ofens und
das Nachverbrennen der aus der Gussform
entweichenden Gase.
Der zentrale Baugruppenträger jeder
Anlage enthält nur die CPU, die Stromversorgung und den Kommunikationsprozessor zum Anschluss eines übergeordneten
PCs über Industrial Ethernet. Peripherie
und Frequenzumrichter sind über Profibus
angeschlossen. Das gilt auch für Komponenten, die im Schaltschrank untergebracht sind. „Wir sparen Material und Verkabelungsaufwand – entscheidender ist
jedoch die Flexibilität, die uns die Realisierung der Sicherheits- und Notauskreise
über Profibus/Profisafe bringt“, so Speicher.
Flexibilität gewonnen
Auch bei einer Anlage, die üblicherweise
über Jahre unverändert läuft, spielt Flexibilität keine untergeordnete Rolle, weiß
Speicher zu berichten: „Bei großen Anlagen
lässt sich die Einsehbarkeit einzelner Notausbereiche häufig bei der Planung nicht
eindeutig voraussehen. Erst im Betrieb der
Anlage zeigt sich, von welchem Panel aus
welche Meldungen sinnvollerweise quittiert werden können, um den Anlagenteil
nach einem sicherheitsbedingten Halt
motion world | September 2004
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Automatisierungskonfiguration der Anlage
Leitwarte
Router
Industrial Ethernet
CPU 416F-2
CPU 416F-2
Profibus
(Profisafe)
Gießlinie
wieder freigeben zu können.“ Die nachträgliche Verdrahtung ist immer mit einem
Auftrennen der Sicherheitskreise verbunden und bedeutet wesentlich mehr Aufwand als das Hinzufügen eines Signals ins
Steuerungsprogramm. Signale können dabei auch über unterschiedliche CPUs geschleift werden. Problemlos können so
einzelne Notauskreise von unterschiedlichen Panels aus quittierbar gemacht werden. Auf solche nachträglichen Optimierungen wird bei herkömmlicher Verdrahtung aus Aufwandsgründen häufig
verzichtet. Sie können die Arbeit des
Bedienpersonals jedoch deutlich erleichtern – und die Sicherheit erhöhen. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin,
dass in der Software alle Änderungen
gleich dokumentiert sind.
Software standardisiert
Geplant und gebaut wurde die Anlage in
enger Abstimmung aller beteiligten Maschinen- und Anlagenbauer und mit der
Planungsabteilung von HAA. Mit fünf über
Profibus vernetzten Simatic Controllern
S7-416F wird ein Großteil der gesamten
Fabrik gesteuert und geregelt: die Gieß-
motion world | September 2004
DP/DPKoppler
Profibus
Strang 1
1x Panel PC 670
3x OP 270
18x ET 200S
7x ET 200M
2x ET 200X
11x MM420
9x MM440
DP/DPKoppler
Profibus
Strang 2
1x OP 170B
3x MP 170
7x ET 200X
DP/DPKoppler
Profibus
Strang 1
Profibus
Strang 2
Profibus
Strang 1
1x Panel PC 670
16x MM440
1x ET 200 B
4x IM 153
DP/DPKoppler
CPU 416F-2
CPU 416F-2
CPU 416F-2
1x Panel PC 670
2x OP 270
1x Roboter
4x ET 200S
2x ET 200M
2x ET200-MF
2x Drehgeber
2x MM420
8x MM440
5x OP 270
1x MP 170
1x Roboter
2x ET 200M
3x ET 200S
9x ET 200X
4x MM440
Wärmebehandlungsofen
Vorbearbeitung
linie, der Wärmebehandlungsofen, zwei
Bearbeitungszellen und der Auslagerungsofen. Jede CPU ist sowohl für die
Standard- als auch für die sicherheitsgerichtete Automatisierung zuständig. Die
Nutzung einer gemeinsamen Programmiersprache (KOP, FUP, AWL) reduziert den
Engineeringaufwand und erhöht die Übersichtlichkeit des Anwenderprogramms. Für
die Programmstruktur hat HAA detaillierte
Betriebsmittelvorschriften entwickelt. Sie
umfassen standardisierte Funktionsbausteine für Heber und Rollenbahnen, legen
die Visualisierung fest und sichern die einheitliche Bereitstellung der Daten für den
übergeordneten PC. „Klare Schnittstellendefinitionen und Softwarestandards haben
die Zusammenarbeit wesentlich vereinfacht und zu einer reibungslosen Inbetriebnahme beigetragen.“
Verfügbarkeit erhöht und
Sicherheitsstandard optimiert
Für RESA war die Einführung der neuen
Technik kein Problem. Im Gegenteil: Die
vorhandene Erfahrung mit Simatic konnte
einfach auf den Sicherheitsbereich übertragen werden. Der Betreiber rechnet daher
Nachbearbeitung
Alterungsofen
mit Vorteilen bei der Instandhaltung:
Schon bei der Inbetriebsetzung stellte sich
heraus, dass der direkte Zugriff auf die
gesamte Peripherie über ein Bussystem zu
einer vereinfachten Fehlerlokalisierung
beiträgt. So kann auch nach sicherheitsbedingten Unterbrechungen die Produktion
schnell wieder aufgenommen werden.
Freigegeben wurde die Anlage durch
den TÜV Saarland. Auch hierbei ergaben
sich Vorteile. So war es kein Problem,
Sicherheitskategorien nachträglich zu verändern, wenn an der Anlage der Eindruck
entstand, dass an der einen oder anderen
Stelle doch von Kategorie 3 auf Kategorie
4 hochgerüstet werden sollte. In der Regel
braucht dazu nur ein zusätzliches Signal
ausgewertet, das heißt ein zusätzlicher
Eingang gelegt zu werden. Im Zweifelsfall
wurde die nächsthöhere Kategorie gewählt
– sicherheitshalber.
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Mehr zum Thema:
www.siemens.de/safety
www.siemens.de/simatic
E-Mail: [email protected]