„Aufgrund der hohen Gipsqualität, die von uns erwartet wird, verarbeiten wir ausschließlich Naturgips“, erklärt Olaf Roth, Teamleiter Programmierung bei Saint-Gobain Formula im niedersächsischen Walkenried. Das Unternehmen hat sich auf die Erzeugung und Lieferung von Gips spezialisiert. Er wird in unterschiedlichen Bereichen und Branchen verwendet, z.B. als medizinischer Gips, als Baugips, für Keramik, Kunst, Dekoration, Nahrung, Umwelt und sogar für technische Sonderanwendungen. Für Alpha- und Beta-Gips gibt es am Standort unterschiedliche Produktionsanlagen, die sukzessive modernisiert werden – so auch die MPS-Mühle für Beta-Gipse aus dem Jahr 1989 zum Feinmalen des vorzerkleinerten Gipsgesteins. Neben der hohen Produktionsleistung ist vor allem die Verfügbarkeit ein wesentlicher Aspekt, weshalb das Unternehmen Modernisierungsmaßnahmen auch präventiv durchführt. „Mit dieser Zielsetzung haben wir uns für die Erneuerung der Elektroausrüstung an der Mühle entschieden“, berichtet Roth. Dabei waren folgende Aspekte von Bedeutung: Systemdurchgängigkeit, Zukunftssicherheit, einfache Handhabung und Wirtschaftlichkeit. Aus der Sicht des Unternehmens spiegelt Totally Integrated Automation (TIA), wie es Siemens schon seit vielen Jahren betreibt, den geeigneten Weg dafür wider. Aus diesem Grund entschied es sich vom Bedienen und Beobachten über die Steuerung bis zur industriellen Schalttechnik für die aufeinander abgestimmten Lösungen des Herstellers.
Kompaktabzweige mit IO-Link-Kommunikation
So sorgen in der Gipsanlage mehr als ein Dutzend Kompaktabzweige des Typs Sirius 3RA6 für den Betrieb von Motoren mittlerer Baugröße bis 32A. Die Entscheidung für die Abzweige hatte unterschiedliche Gründe. Zum einen sind sie kompakt, weil sie Leistungsschalter, Schütz und elektronischem Überlastrelais in einem Gerät vereinen. Zum anderen besitzen sie Weiteinstellbereiche für Ströme von 0,1 bis 32A, sodass jeweils fünf Gerätetypen für Direkt- und Wendestarter genügen. Aus Sicht der Konstruktion, der Lagerhaltung sowie der Instandhaltung bilden die Kompaktabzweige eine gute Lösung, so die Erfahrung des Teamleiters. Um die Möglichkeiten der Geräte auch auf Leitebene zu nutzen, entschied er sich für eine Kommunikationslösung mit IO-Link. Denn das System, das speziell für die schnelle und intelligente Kommunikation von Sensoren und Schaltgeräten entwickelt wurde, ermöglicht eine lückenlose Kommunikation. Einfache Verdrahtung, schnelle und umfassende Fehlerdiagnose sowie effizientes Engineering sind weitere Argumente, die für den Einsatz sprechen.
Diagnoseinformationen von der Feld-
bis in die Leitebene
Ein IO-Link-Master steuert mit vier Kanälen jeweils vier Kompaktabzweige an – also insgesamt 16 Starter. Dem entsprechend wird der erste einer Vierergruppe von Kompaktabzweigen 3RA64 oder 3RA65 verdrahtet, die restlichen werden dann über eine frontseitige Durchkontaktierung miteinander verbunden. „Das geht schnell und macht den Schaltschrank übersichtlich“, kommentiert Roth. Ein maßgebliches Kriterium sind dabei die steuerungstechnischen Vorteile dieses Kommunikationssystems. Statt wie bisher über viele Drehschalter am Schaltschrank lassen sich nun die einzelnen Anlagenteile zentral schalten. Der IO-Link-Master erhält zudem wichtige Diagnoseinformationen aus den Startern, wie z.B. den Schaltzustand, die Kurzschluss- bzw. Überlastauslösung sowie ein bevorstehendes Lebensdauerende der Hauptkontakte. Roth kommentiert: „Die Diagnoseinformationen, die zudem umfangreicher sind als bei einer rein binären Ansteuerung, nicht nur im Schaltschrank bei Routinekontrollen zu sehen, sondern ohne Verzögerung am Bedien-Panel der Anlage mitgeteilt zu bekommen, ist für uns ein Vorteil.“ Selbst eine Ferndiagnose bis in die Sensor/Aktor-Ebene wird so möglich.
Dezentrale Peripherie mit IO-Link-Master
In der Anlage befinden sich drei IO-Link-Master als Zusatzbaugruppen der dezentralen Peripherie, die Simatic-ET-200SP-Stationen. Drei Master schließen sich direkt an die Kopfbaugruppe IM155-6PN HF der dezentralen Peripherie an. Sie übernimmt über Profinet die Kommunikation mit der Anlagensteuerung, einer Simatic S7-1500F von Siemens. Des Weiteren ermöglichen die in den ET-200SP-Stationen eingebauten Energy-Meter-Module das Erfassen von elektrischen Kenngrößen (Strom und Spannung) in der Anlage. Bei Parametrierung und Diagnose haben Betriebselektriker die Möglichkeit, die Schaltgeräte mithilfe der S7-PCT-Software (Port Configuration Tool) direkt über die IO-Link-Ebene zu bedienen, ohne in die Steuerungsumgebung einzugreifen. Die Software zur Parametrierung von IO-Link-Master-Modulen und IO-Link-Devices ist in Step7 ab V5.4 SP5 integriert und steht auch als separat installierbare Stand-alone-Version zur Verfügung. Auf diese Weise schließen sich Betriebselektriker mit dem Handgerät über Profinet bzw. Industrial Ethernet an das Netzwerk an, um entsprechende Servicearbeiten durchzuführen. Zertifizierte Geräte von Drittanbietern lassen sich darüber hinaus mittels ihrer Gerätebeschreibungsdatei IODD einfach und schnell in das Engineering integrieren.
Totally Integrated Automation
Ein durchgängiges Gesamtsystem von der Feldebene bis zur Steuerung und dem Engineering stand im Fokus des Teamleiters. Deshalb kam hier auch erstmals die Steuerung Simatic S7-1500 F zum Einsatz, die sowohl Standard- als auch sicherheitsgerichtete Steuerungsaufgaben auf demselben Controller erfüllt. Sie ist im Vergleich zu bisherigen Steuerungen leistungsfähiger. Interessant ist auch, dass sich der fehlersichere F-Teil zu einem beliebigen Zeitpunkt aktivieren lässt, wenn er gebraucht wird. Darüber hinaus ist die F-CPU zwar kostenintensiver als die Standardsteuerung, bietet jedoch ein Drittel mehr Speicherplatz. In manchen Fällen lohnt es sich somit, die kleinere F-Steuerung auszuwählen, statt sich für eine größere Standardsteuerung zu entscheiden. Da sich Standard- und Sicherheitstechnik auf einer einheitlichen Hardwareplattform befinden, lassen sich Projektierung und Programmierung im Engineering-Framework TIA Portal erledigen. Das bestätigt auch Roth: „Die Programmierung der Sicherheitstechnik ist im Vergleich zu Systemlösungen anderer Hersteller einfacher.“ Den Grund für die vereinfachte Handhabung beschreibt er so: „Die Bedienoberflächen für Standardprogrammierung und die Sicherheitstechnik sind identisch.“ Der größte Vorteil dieser gemeinsamen Plattform ist für ihn aber die Datenhaltung, da beide Bereiche – Standard- und Sicherheitstechnik – auf dieselben Informationen zugreifen. Der Datenaustausch zwischen beiden erfolgt über entsprechende Datenbausteine, die optische Trennung von Standard- und Sicherheitstechnik im Programm erfolgt wie bei der Hardware über die Farbgestaltung. Alle fehlersicheren Baugruppen, Parameter, Ein- und Ausgänge sind in der Software gelb markiert.
Umfängliche Sicherheitstechnik
Dem Aufbau Standardautomatisierung und Sicherheitstechnik auf der gleichen Steuerungshardware folgt auch das Retrofit-Projekt von Saint-Gobain Formula. Fünf dezentrale Peripheriestationen im Mischbetrieb (Module für Standard- und sicherheitsgerichtete Signale) sind in der Anlage verteilt und über Profinet und das Profisafe-Protokoll mit der Anlagensteuerung verbunden. Die Einheiten sind 50 Prozent kompakter als bisher, da sie die doppelte Anzahl an Ein- und Ausgängen aufweisen. Sie benötigen kein eigenes Power Module mehr und keinen High-Feature-Kopf für die Sicherheitstechnik. Bei der Netzwerkanschlusstechnik gibt es statt einer Steckerlösung Adapter, mit denen sich RJ45-, LWL- und Fast-Connect-Stecker fest anschrauben lassen. Roth betont: „Für raue Umgebungsbedingungen, beispielsweise viel Staub in der Luft, der sich in Kontakten ablagert, ist die fest verschraubte Fast-Connect-Lösung passend.“ Der Anschluss der Standard- und fehlersicheren Sensoren ist über Push-In-Klemmen entsprechend einfach und schnell zu bewerkstelligen. So lassen sich viele Sensoren aus dem Bereich der Sicherheitstechnik vergleichsweise komfortabel anschließen – inklusive der damit verbundenen steuerungstechnischen Vorteile. Deutlich wird das am Beispiel Nothalt: In der konventionellen Technik sind die Öffnerkontakte in Reihe geschaltet. Beim Betätigen eines Nothalttasters wird die Sicherheitskette aktiviert und die Anlage schaltet über das Sicherheitsschaltgerät ab. Bis bei der vier Etagen hohen Anlage die Störung lokalisiert ist, vergeht viel Zeit. Anders bei der MPS-Mühle: Die Öffnerkontakte der Nothalttaster werden einzeln auf fehlersichere Eingänge in der ET 200SP geführt. Per Profisafe weiß die Steuerung sofort, wo Handlungsbedarf besteht, schaltet die zugehörigen Antriebe über die sicheren Ausgänge ab und visualisiert das entsprechend. „Dadurch ist die sonst mühsame Fehlerursache ermittelt und Anlagenstillstandszeiten lassen sich reduzieren.“ Ein weiteres Beispiel für die Vereinfachung der Sicherheitstechnik sind codierte RFID-Schalter für die Klappen am Drehteller der Mühle. Dabei werden die getakteten, eigensicheren OSSD-Ausgänge auf fehlersicheren Eingängen an der dezentralen Peripherie eingelesen. Hier erhält die Steuerung ebenfalls alle notwendigen Statusinformationen, damit die Klappen geschlossen bleiben oder sich zu Servicearbeiten öffnen. Zwei große Sirius-3RT-Einspeiseschütze, die sich im Störfall über fehlersichere Ausgänge zum Wegschalten sämtlicher Kompaktabzweige eignen, lassen sich in das Sicherheitskonzept mit Profisafe und dezentraler Peripherie einbinden.
Systemdurchgängigkeit als Grundlage
für hohe Verfügbarkeit
Beim Retrofit-Projekt sorgt die Durchgängigkeit des Systems von der Steuerung bis zur Feldebene dafür, dass das Engineering vereinfacht und die Programmierung sowie der Betrieb komfortabler werden. Selbst der Mischbetrieb von Standard- und Sicherheitstechnik ist möglich. Profinet in Verbindung mit IO-Link schafft die kommunikationstechnische Plattform, um einen reibungslosen Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Was auf der Feldebene passiert, lässt sich auf der Leitebene mit Simatic WinCC sofort darstellen – einer der Vorteile von Systemdenken und durchgängigen Gesamtlösungen.
