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Elektronik in der Praxis: Nahtlose Integration in den Produktionsprozess

Pneumatische Ventilinseln sind die Basis für die Automatisierung in der Pharmaindustrie. Sie bieten nicht nur praxisgerechte Diagnose- und sicherheitsgerichtete Abschaltfunktionen, sondern erschließen auch Möglichkeiten zu vorbeugenden Wartungsmaßnahmen und fügen sich nahtlos in die Produktion ein.

Anwenderbericht Bürkert: Steuerung für eine Produktionsanlage für Insulin Bildquelle: © Bürkert

Anwenderbericht Bürkert: Steuerung für eine Produktionsanlage für Insulin

Seit gut einem Vierteljahrhundert lässt sich Insulin industriell mithilfe von genetisch manipulierten Bakterien und Hefen herstellen. Die Anforderungen an die dafür eingesetzte Verfahrenstechnik sind hoch. Die Anlagen müssen nicht nur hinsichtlich Hygiene und Reinigung strenge Standards und gesetzliche Vorgaben erfüllen, sondern gleichzeitig mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit arbeiten. Galt früher noch die Einzelventilarchitektur als Standard, sind heute leistungsfähige Ventilinseln, die elektrische und pneumatische Funktionen integrieren, die Basis der pneumatischen Automatisierung. Denn verfahrenstechnische Anlagen profitieren davon, dass sie sich über nur eine Busleitung ansteuern und schneller programmieren lassen.

Der Anlagenbauer Zeta mit Stammsitz in Österreich in der Nähe von Graz hat sich auf die Pharmazie und Biotechnologie spezialisiert. Der Technologielieferant konzipiert, fertigt und installiert kundenspezifische Lösungen für Unternehmen auf der ganzen Welt. Ein Beispiel dafür liefert eine schlüsselfertige Automatisierungslösung für eine Fermentationsanlage zur Insulinproduktion, die Ende 2018 in Russland in Betrieb ging (Bild 1, Bildergalerie). Der Umfang dieses Projekts ist beachtlich: Es galt, 18 Behälter, 30 Schaltschränke und die komplette Mess-, Steuer- und Regelungstechnik zu konzipieren und zu installieren, zu prüfen und zu zertifizieren (Bild 2). Die elektropneumatische Automation übernehmen insgesamt 20 Ventilinseln von Bürkert (Typ 8647 Airline SP) in Kombination mit der dezentralen Peripherie ET 200SP, die beim Fermentationsprozess etwa 600 Ventilfunktionen steuern (Bild 3).

Hohe Betriebssicherheit und Verfügbarkeit

»Die hard- und softwaremäßige Integration in unsere Automatisierungswelt von Siemens vereinfachte die Installation, Inbetriebnahme und Parametrierung«, erklärt Andreas Rauscheder, Projektingenieur bei Zeta. Das spare letztendlich Zeit und Kosten. Darüber hinaus verfügt das System über eine externe Ventilspannungsabschaltung (EVS). Dabei wird über einen potentialfreien Kontakt der Versorgungsstromkreis für die Lastspannung der Ventile unterbrochen. »Das ermöglicht uns ein sicheres Abschalten einzelner Ventilmodule nach Anforderungen der Maschinenrichtlinie und der EN13849 oder der entsprechenden SIL-Anforderungen«, so Rauscheder. Durch die Nutzung der EVS-Funktion können einzelne sichere Notauskreise auf der Ventilinsel realisiert werden (Bild 4). Bei einer externen Abschaltung bleibt die interne Kommunikation auf der Ventilinsel unberührt und meldet die EVS-Funktion sowohl auf dem integrierten LC-Display als auch über Profinet an die übergeordnete Steuerungsebene. Wird ein Nothalt-Taster von einem Mitarbeiter betätigt, geht die Ventilinsel am entsprechenden Anlagenteil sofort in einen sicheren Zustand und die Leitstelle weiß auch Bescheid.

Die standardmäßige integrierte Diagnosefunktion bietet neben der Anzeige und Weitermeldung der EVS-Funktion aber noch weitere Möglichkeiten, die die Betriebssicherheit erhöhen. So überwacht ein integriertes Druckmessmodul den Versorgungsdruck und gibt bei Abweichungen von den festgelegten Werten Warn- sowie Fehlermeldungen an die Steuerungsebene weiter. Ebenso können Schaltspielzähler unabhängig voneinander für die Pilotventile und die nachgeschalteten Aktoren genutzt werden. Zusätzlich lässt sich über eine integrierte Softwarefunktion die Schaltstellung des Prozessventils direkt auf dem Display der Ventilinsel anzeigen. »Pilot- und Prozessventil lassen sich für mehr Übersichtlichkeit dadurch vor Ort auch optisch zuordnen«, ergänzt Rauscheder. Drahtbruch, Kurzschluss und offene Ventilausgänge werden ebenfalls detektiert, direkt an der Ventilinsel in Klartext sowie als Symbol angezeigt und über die Kommunikationsschnittstelle der ET 200SP weitergeleitet.

Zur Erhöhung der pneumatischen Verfügbarkeit entschied sich der Anlagenbauer auch für die integrierte P-Kanalabsperrung. Diese ermöglicht einen Ventilwechsel im laufenden Betrieb, ohne den Rest der Ventilinsel drucklos schalten zu müssen. Die ebenfalls integrierten Rückschlagventile in den Abluftkanälen der Ventilinsel sorgen für ein rückwirkungsfreies und sicheres Schalten der Prozessantriebe. »Da die Ventilinseln modular aufgebaut sind, konnten wir nachträglich bestimmte Funktionen in einen anderen Schaltschrank umziehen«, so Rauscheder. Dazu mussten die Ingenieure nur die entsprechenden Module tauschen und die Verschraubung ändern.

Zuerst gesehen

Dieser Beitrag stammt aus der Medizin+elektronik Nr. 4 vom 18.06.2019.

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