Pneumatikventil SIL und Ex in einem Schrank – wie sich Prozessanlagen automatisieren lassen

Autor / Redakteur: Cyrus Ardjomandi / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Bürkert hat eine einheitliche Schaltschrankplattform konzipiert, die für die Automatisierung der Prozessanlagen eines Duft- und Geschmacksstoffspezialisten sorgt.

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Mit der neuen, standardisierten Lösung können sicherheitsgerichtete und nicht-sicherheitsgerichtete Ventile auf einem Ventilblock kombiniert werden.
Mit der neuen, standardisierten Lösung können sicherheitsgerichtete und nicht-sicherheitsgerichtete Ventile auf einem Ventilblock kombiniert werden.
(Bild: Bürkert/Cadera Design)

Verfahrenstechnische Produktionsanlagen planen, bauen und optimieren – das ist das tägliche Brot der Tesium GmbH, Spezialist für Chemie, Duft und Geschmack. Die thematische Nähe zur benachbarten, international agierenden Symrise AG ist kein Zufall: Als eigenständiges Tochterunternehmen von Symrise bündelt Tesium Fachwissen und langjährige Erfahrung als Ingenieur-Dienstleister für verfahrenstechnische Anlagen in der Chemie-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie. Die Ingenieure erarbeiten wirtschaftliche, nachhaltige und sichere Lösungen für Symrise, aber auch für andere Unternehmen aller Größen. Die Bürkert GmbH & Co. KG lieferte dafür bereits unzählige Ventile verschiedener Bauarten und Typen und baut heute komplette, ATEX-zertifizierte Schaltschrank-Systemlösungen für die Feldautomation.

Explosionsschutz auf neustem Stand

Der Schaltschrank Typ 8616 wurde von Bürkert grundsätzlich für den Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen konzipiert. In enger Kooperation mit Tesium erstellten die Bürkert-Ingenieure auf Basis dieses Schaltschrankes eine kundenspezifische Lösung für Symrise, die bisher rund zwanzigmal installiert wurde und sukzessive an allen Standorten zum Einsatz kommen soll. Aus den Erfahrungen der Firma Tesium entwickelten sie eine Art „Werksstandard“, sodass alle Schaltschränke, die Bürkert an die weltweiten Symrise-Standorte ausliefert, eine einheitliche Größe und einheitliche Bestückung bzw. Beschaltung erhalten. Der Aufbau und die maximal mögliche Anzahl an Ventilen sind immer gleich, es ändert sich lediglich die Bestückung der ET200iSP-Remote-I/O-Komponenten von Siemens und gegebenenfalls die Anzahl der Ventile. Der Schaltschranktyp hat eine eigene Systemzulassung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen der Zone 1. Die Systemzulassung PTB 13 ATEX 1010 X für den Schaltschrank entspricht der Schutzart Ex e (Gehäuse mit Schutzart erhöhte Sicherheit). Sämtliche notwendigen Zertifizierungen und Baumusterprüfbescheinigungen liefert Bürkert gleich mit.

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Intelligente Bestückung für hohe Kanaldichte

Als besondere Anforderung mussten hohe Umgebungstemperaturen von bis zu 45 °C berücksichtigt werden, da durch die extrem hohe Kanaldichte im Schrank viel elektrische Verlustleistung entsteht, die zu einer hohen Eigenerwärmung im Schaltschrank führt. Mit der Auswahl und Anordnung aller Komponenten konnte dieses Problem gelöst werden. Mit der festen Verrohrung der Zuluft im Schaltschrank bis zu den Pilotventilen können Leckagen dauerhaft vermieden und Sicherheitsrisiken, wie platzende Schläuche, minimiert werden.

Das Besondere an dem Komplettangebot anschlussfertiger Schaltschränke bei Bürkert ist, dass das Unternehmen alles aus einer Hand liefert: Engineering, Beschaffung, Montage, Dokumentation und Zertifizierung ganzer Schaltschränke. Kundenanforderungen und ATEX-Normen und -Richtlinien berücksichtigt Bürkert dabei von Anfang an.

Eigensichere und fehlersichere Signale

Das Remote-I/O-System ET200iSP von Siemens ist für den Einsatz in Zone 1 zugelassen und hat eine wichtige Besonderheit: Innerhalb einer Schaltschrankinstallation ist die Integration von fehlersicheren und eigensicheren Signalen möglich, die Baugruppen können also auf einer Station gemischt werden, was Platz und Installationsaufwand spart.

„Die SIL-Integration unter einem Dach mit Ex-Schutz-Komponenten war einer der ausschlaggebenden Gründe für uns, auf das Remote-I/O-System von Siemens zu setzen. Die guten und jahrelangen Erfahrungen in der Zusammenarbeit mit Bürkert waren entscheidend dafür, eine anschlussfertige Systemlösung mit Bürkert-Ventilen zu wählen“, erklärt Armin Thies, Leiter der EMSR-Planung bei Tesium. „Bürkert ist auch einfach ein Benchmark, wenn es um explosionsgeschützte Ventile für die Prozesstechnik geht“, ergänzt sein Kollege Norbert Böhmer. „In älteren von uns projektierten Anlagen gibt es zum Teil Bürkert-Ventile auf der Feldebene, die seit über 25 Jahren zuverlässig ihren Dienst tun und immer noch dicht und ausfallsicher laufen“, sagt Böhmer weiter.

Hot Swap bei laufendem Betrieb

Alle Signalein- und -ausgänge der ET200iSP und alle Ventile im Schaltschrank sind eigensicher und erlauben dadurch die Durchführung von Arbeiten und Wartungsmaßnahmen bei laufendem Betrieb und unter ATEX-Bedingungen. Diese hohe Verfügbarkeit wird durch die in den Ventilgrundblock integrierte pneumatische P-Absperrung ergänzt. Das bedeutet: Zusätzlich zum elektrischen Hot Swap kann auch ein pneumatischer Hot Swap durchgeführt werden.

Auf den beiden ET200iSP-Zeilen im Schrank werden sämtliche eigensicheren und fehlersicheren Signale aus den Produktionsprozessen überwacht, verarbeitet und an das übergeordnete Prozessleitsystem Siemens PCS7 gemeldet, das Symrise zunehmend einsetzt. Mit dem Remote-I/O-System besteht dann eine durchgängige Lösung bis auf die Feldebene. Eigensichere Signale aus dem Feld, wie Drücke, Temperaturen, Füllstände und Durchflüsse sowie die Namur-Rückmeldesignale der durch die Ventilinsel im Schaltschrank gesteuerten Prozessantriebe, Kugelhähne und Klappen, werden auf den Elektronikmodulen der ET200iSP verarbeitet.

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Höhere Flexibilität im Schaltschrank

Zur elektrischen Überwachung der stetigen Zuluftversorgung der Ventilinsel hat Bürkert Druckschalter integriert, die an die ET200iSP angeschlossen sind. Für die einfache optische Erkennung des Drucks in der Ventilinsel vor Ort in den Anlagen weltweit wurde auch ein konventionelles Manometer in der Zuluftleitung montiert.

Für die Steuerung der pneumatischen Funktionen setzt Bürkert den Ventilblock Typ 8640 mit eigensicheren Ventilen vom Typ 6525 in 5/2-Wege-Ausführung ein. Sie erreichen bei einer Baubreite von 10 mm eine Luftleistung von ca. 300 l/min. Der Ventilblock Typ 8640 ist durch den modularen Aufbau seiner pneumatischen und elektrischen Schnittstellen zur Lösung komplexer Steuerungsaufgaben geeignet. Durch Anreihung der Pneumatikmodule mit unterschiedlicher Anzahl von Ventilen sind Ventilfunktionen von 2 bis 64 auf einer Ventilinsel realisierbar.

Die Gehäuse- und Verbindungsmodule werden aus hochwertigen Materialien gefertigt und sind durch die integrierte Rasttechnik einfach zu verbinden und zu lösen. Die Ventile sind in den Schaltschränken der Firma Symrise je nach Funktion auf die eigensicheren und teils fehlersicheren digitalen Ausgänge (DO) der ET200iSP vorverdrahtet.

Mehr Funktion im gleichen Schrankvolumen

Ein Alleinstellungsmerkmal des gesamten Schaltschrankaufbaus ist, wie erwähnt, die Kombination sicherheitsgerichteter und nicht-sicherheitsgerichteter Ventile auf dem gleichen Ventilblock. Es ist also kein separater pneumatischer Aufbau für beide Ventilarten erforderlich. Die Ventile, welche auf die untere ET200iSP-Zeile des Schranks verdrahtet sind, befinden sich in einer PLT-Schutzeinrichtung und dienen somit als Sicherheitsventile mit einer SIL-Einstufung bis zu SIL 2 nach IEC 61508. Alle übrigen Ventile steuern normale Funktionen ohne SIL-Anforderungen. (sh)

* Cyrus Ardjomandi ist im Segment Management Water bei Bürkert Fluid Control Systems tätig

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