Ob es sich um Industrieöfen, Vulkanisieranlagen, Glühöfen, Vergaseranlagen oder Prüföfen für Sicherheitsglas handelt, wenn es um die Automatisierung und Visualisierung solcher Thermoprozess-Anlagen geht, wird häufig die STC Elektronik GmbH um ihre Expertise gebeten. Da derartige Anfragen immer häufiger an das Unternehmen gerichtet werden und viele Funktionen der Steuerungen identisch oder zumindest ähnlich sind, hat STC eine Standardsteuerung entwickelt, die sich flexibel an die individuellen Aufgaben anpassen lässt. Basis der Steuerung mit der Bezeichnung STC-WinSPS ist eine netzwerkfähige SPS. Sie ist mit allen Funktionalitäten ausgerüstet, die typisch für die Regelung von temperaturgeführten Prozessen sind. Dazu gehören z.B. Programmregler, Festwertregler und zyklische Ablaufsteuerungen. Ein spezifischer Algorithmus im STC-Steuerungssystem mit tangentengeführter Kaskadenregelung ermöglicht hochgenaue Temperaturprozesse bei Durchlauföfen mit unterschiedlichen Ofenbereichen und Transportgeschwindigkeiten. Auch angeschlossene Komponenten wie Ventilatoren, Klappen oder eine automatisierte Ofenbeschickung können in das Steuerungskonzept integriert werden.
Integration der Sicherheitsfunktionen
Die beschriebenen Funktionen werden durch die Integration der betriebsmäßigen STC-Steuerung und der Sicherheits-Kompaktsteuerung Protect Select realisiert. Die Ende 2011 erstmals vorgestellte Steuerung bietet Alleinstellungsmerkmale wie die individuelle Applikationsanpassung ohne Programmierkenntnisse und -software, die Kombination von sicheren Halbleiter- und Relaisausgängen sowie sichere digitale und analoge Eingänge in einem 52mm-Gehäuse. Es kann ein Sicherheitsniveau bis Performance Level e nach EN13849 erreicht werden. In der Sicherheits-Steuerung sind mehrere Applikationsprogramme mit typischen Grundkonfigurationen hinterlegt, welche die Mehrzahl der in der Praxis vorkommenden Applikationen abdecken. Der Anwender wird durch ein Konfigurationsmenü geführt und benötigt nur wenige individuelle Einstellungen für die optimale Anpassung an seine Applikation. Dazu gehört auf der Eingangsseite z.B. die Wahl zwischen Automatik- und manuellem Start oder, bei kontaktbehafteten Schaltern, die gewünschte Entprellzeit. Auf der Ausgangsseite können u.a. die Zeiten für jeden sicherheitsgerichteten Pfad über Timer individuell eingestellt werden. Neben den vier Standardprogrammen bietet die Protect Select auch die Möglichkeit von OEM-spezifischen Varianten mit kundenbezogen entwickelten Zusatzfunktionen. Eine solche OEM-Variante ist bei STC im Einsatz und kommuniziert mit der betriebsmäßigen Steuerung. Dabei überwacht die Sicherheitssteuerung auch das Watchdog-Signal der betriebsmäßigen Steuerung und schaltet diese bei Ausbleiben des Signals ggfs. nach einer Karenzzeit ab. Sie ist somit in der Lage, sämtliche Aktoren wie z.B. Heizung und Lüftung abzuschalten. Das Aufgabengebiet der Steuerung reicht also weit über die klassische Maschinensicherheit hinaus. Zusätzlich überwacht die Sicherheits-Kompaktsteuerung die Sicherheits-Schaltgeräte an den jeweiligen Anlagen und bewirkt u.a. ein gestaffeltes Ein- und Ausschalten, das je nach Anlagenzustand und/ oder Gefahrenzustand variiert werden kann.
Einbindung von prozesskritischen Größen
Die 18 sicheren Eingänge der Protect Select bieten die Möglichkeit, alle gängigen Sicherheits-Schaltgeräte wie Not-Halt-Befehlsgeräte, Sicherheitsschalter und -zuhaltungen, optoelektronische Schutzeinrichtungen, kontaktbehaftete und berührungslose Sicherheitsschalter zu überwachen. Auf der Ausgangsseite sorgen vier sichere Halbleiterausgänge, zwei sichere Relaisausgänge und vier optionale Meldeausgänge für flexible Einsatzmöglichkeiten in der Kundenapplikation. Eine Besonderheit, die im beschriebenen Einsatzfall große Bedeutung hat, sind die beiden zusätzlichen sicheren analogen Eingänge. Sie erlauben eine Einbindung von prozesskritischen Größen – in diesem Fall natürlich der Temperatur – in das Sicherheitskonzept. Die entsprechenden Grenzwerte der beiden sicheren analogen Eingänge lassen sich individuell parametrieren. Sie werden an die betriebsmäßige Steuerung weitergeleitet und können dort prozessmäßig verarbeitet werden. Damit reicht die Funktion der Sicherheitssteuerung weit über die typischen sicherheitsgerichteten Aufgaben hinaus. Konkret bedeutet diese Funktion, dass die Signale der Temperaturfühler in der Protect Select-Kompaktsteuerung ausgewertet werden und der Anwender frei definieren kann, bei welchem Grenzwert die Steuerung ein Signal gibt. Auf diese Weise kann mit hoher Sicherheit, das heißt redundant und mit allen Anforderungen, die an die sicherheitsgerichtete Signalauswertungen gestellt werden, der Maschinensteuerung das Signal übermittelt werden, dass eine definierte Prozesstemperatur unter- oder überschritten wurde. Das sichere analoge Temperatursignal wird von STC auch zur Ansteuerung der Sicherheitszuhaltung verwendet, das heißt ab einer definierten Temperatur bleibt die Schutztür – sofern eine Sicherheitszuhaltung zum Einsatz kommt – verriegelt. Erst wenn die Temperatur unter diesen Grenzwert gesunken ist, gibt die Verriegelung die Tür frei und der Bediener kann sie öffnen. Wie eng die Verbindung von Prozess- und Sicherheitssteuerung ist, zeigt die Tatsache, dass der Bediener jederzeit den aktuellen Betriebszustand der Sicherheitsschalter auf dem Touchscreen sehen kann. Konkret bedeutet das: Die Protect Select in der OEM-Version für STC gibt fünfzehn Meldungen an die betriebsmäßige Steuerung. Darunter befinden sich z.B. Meldungen über die aktuelle Temperatur im Ofen, über den Betriebszustand von Schutztüren (offen / geschlossen) und darüber, ob die jeweiligen Schutztüren geöffnet werden dürfen.
Fazit
STC hat mit dem Steuerungssystem STC-WinSPS ein Konzept entwickelt, das hochgenaue Regelungsvorgänge in der Thermoprozesstechnik ermöglicht und damit die Qualität des jeweiligen Prozesses. Der Einsatz der Sicherheits-Kompaktsteuerung Protect Select gewährleistet nicht nur die erforderliche Sicherheit des Bedieners (Maschinensicherheit), sondern auch zusätzliche Sicherheit bei der Messung der Prozesstemperatur (Prozesssicherheit). Die sicheren analogen Eingänge schaffen dafür die Voraussetzung. Alle Prozessparameter werden sicher überwacht, eine Überhitzung wird schnell erkannt und die Heizregister dann sicher abgeschaltet.
