Der Systemintegrator Suatec hat als Solution Partner von Siemens die Steuerungstechnik einer Dampferzeugungsanlage für einen deutschen Konsumgüterkonzern modernisiert. Die fehlersichere Simatic-Steuerung, der 1984 in Betrieb gegangenen Anlage, war in die Jahre gekommen. Auf lange Sicht war die Ersatzteilverfügbarkeit nicht mehr gesichert. Nun, da die Automatisierung samt Visualisierung wieder auf einen zeitgemäßen Stand gebracht werden sollte, lag der Schwerpunkt auf Zukunftssicherheit der neuen Automatisierung. \“Damit bot das Projekt Anlass für unseren ersten Einsatz der neuen fehlersicheren Simatic-Steuerung S7-1500F, und zwar mit Nutzung des Engineering Frameworks TIA Portal auch für die sicherheitsgerichteten Funktionen\“, schildert Geschäftsführer Heiko Scholz die Herangehensweise. \“Mit Steuerungen der Reihe Simatic S7-300F haben wir im Laufe der Jahre viele Anlagen automatisiert und Lösungen für entsprechende Anwendungen fertig in der \’Schublade\‘. Dieses Retrofit-Projekt bot die Gelegenheit einer exemplarischen Migration unseres Know-hows auf die neueste Siemens-Steuerungsgeneration.\“ Mit dem TIA Portal hatten die Programmierer von Suatec bereits nicht-fehlersichere Steuerungsaufgaben und HMI-Oberflächen realisiert. Nun sollte der nächste Schritt folgen: das integrierte Engineering der Safety-Funktionalität.
Ablaufsteuerung, Regelung und Safety-Funktionalität integriert
Die redundant ausgelegte Dampferzeugungsanlage besteht aus zwei baugleichen Kesseln mit einer thermischen Leistung von je 10MW. Jeder Kessel wird mit einem Öl-/Gasbrenner befeuert und separat gesteuert. Der aktuell aktive Kessel liefert Prozessdampf bis 13bar für verschiedene Produktionsanlagen im Werk. Bei länger anhaltenden Störungen wird automatisch der redundante Dampferzeuger aus dem Stand-by-Betrieb heraus aktiviert, um die Prozessdampfversorgung abzusichern. Die Steuerung dieser beiden Anlagen galt es zu modernisieren, das überlagerte Leitsystem sollte unverändert beibehalten werden. Im Rahmen eines früheren Retrofits waren der Ablauf- und der Regelungsteil schon von Suatec auf eine CPU der Reihe Simatic S7-300 portiert und auf einem Simatic Operator Panel visualisiert worden. Aber bislang konnten die Ablaufsteuerung und die Regelung von Füllstand, Dampfdruck und Dampfmenge nur getrennt von den sicherheitsrelevanten Aufgaben realisiert werden. Auf der leistungsstarken Simatic-CPU der Reihe S7-1500F ließen sich nun Ablaufsteuerung, Regelung und Safety-Funktionalität erstmals integriert umsetzen. Das hat den Hardware- und Verdrahtungsaufwand reduziert sowie das Engineering (auch des HMI-Teils) integriert und vereinheitlicht.
Anbindung über Profibus
Über die interne Profibus-Schnittstelle der CPU 1516F (Bild 2) und über Interface-Module des Typs IM153-2 ließen sich sowohl Standard- als auch Safety-Peripheriebaugruppen der Reihen Simatic ET200SP und ET200MP einfach anbinden. Das war besonders wichtig, bei in sich fehlersicher ausgeführten bauteilzertifizierten Brenner- und Kesselkomponenten, wie Flammenwächtern und Sicherheitsventilen, aber auch bei Druck-, Füllstands- oder Leitfähigkeitswerterfassung. Die sicherheitsgerichteten Sensoren und Aktoren sind nun über Profibus und das Profisafe-Protokoll zweikanalig mit der Steuerung verbunden. Diese unterbricht bei sicherheitsrelevanten Fehlern das Hochfahren entsprechend der vorgeschriebenen Sicherheitskette und schaltet die Anlage sicher ab. Die Regelungsaufgaben für die eigentliche Dampferzeugung können im Standardsteuerungsteil der F-CPU ablaufen. Der Austausch mit dem überlagerten Leitsystem erfolgt über eine der integrierten Profinet-/Ethernet-Schnittstellen der F-CPU, also ohne zusätzliche Kommunikations-Hardware.
Safety-Engineering – einfach, effizient und komfortabel
Zur Projektierung und Programmierung von F-CPUs wird das Engineering Framework um das Optionspaket Simatic Step 7 Safety Advanced V13 erweitert. Dann lassen sich auch die fehlersicheren Controller der Reihe S7-1500 in der gleichen Engineering-Umgebung wie Standard-CPUs handhaben – und mit denselben Mechanismen wie Drag&Drop, Copy&Paste oder kontextsensitiven Auswahlmöglichkeiten. Die grundlegende Struktur des Sicherheitsprogramms (F-Ablaufgruppe) und auch die F-Adressen werden beim Einfügen einer F-CPU automatisch angelegt und im Hintergrund verwaltet. So kann sich der Nutzer auf das Wesentliche konzentrieren. In allen Programmteilen und Editoren sind nun die sicherheitsrelevanten Elemente gelb hervorgehoben (Bild 3) und somit deutlich als solche erkennbar: von der Hardware in der grafischen Geräteansicht über die systeminternen zertifizierten Sicherheitsbausteine der F-Library bis hin zu einzelnen Kontakten in den Netzwerken. \“Wir haben aus unserem umfassenden Fundus eigener Sicherheitsbausteine die für die Brennersicherheitskette, den Gasdichtetest und die Ventilansteuerung benötigten Funktionen ausgewählt und auf das neue Engineering-System übertragen\“, erläutert Projektleiter und Programmierer Dirk Tenzer. \“Dabei wurden, wo es sinnvoll und praktikabel erschien, die bereits zertifizierten Sicherheitsbausteine von Step 7 Safety Advanced V13 und auch die neuen Funktionen des Systems genutzt.\“ Durch die Offenheit des Systems lassen sich Bausteine schnell und einfach an individuelle Gegebenheiten anpassen.
