Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...
Inhaltsverzeichnis
1. Exportanteil schwankt von Jahr zu Jahr
2. Steuerstromversorgung im Schaltschrank
3. Das 24-V-Potenzial einfach verdrahten
4. Sicherheit hat Priorität
Metall+Plastic in Radolfzell am Bodensee ist Experte für die Entwicklung und Fertigung von Isolatoren. Dabei handelt es sich um Anlagen, die Produktionsluft sterilisieren, von der Umgebungsluft isolieren und nachfolgenden Prozessen zur Verfügung stellen. Die erzeugte, sterile Luft steht dann beispielsweise für Produktions- und Verpackungsprozesse in der Medizin- und Pharmaindustrie zur Verfügung. Das Unternehmen als bedeutender Zulieferer der Pharmabranche produziert für unternehmensinterne Abnehmer innerhalb der Optima-Gruppe aber auch für Unternehmen weltweit. Die Isolatoren können in jede Art von pharmazeutischen Verarbeitungsanlagen integriert werden, sei es bei der Abfüllung aseptischer Flüssigkeiten oder Pulver, in Verbindung mit Schleusen, Elektronenstrahl-Tunneln, Sterilisationstunneln, Gefriertrocknern, Autoklaven oder weiteren aseptischen Verarbeitungssystemen.
Laut Steffen Rutz, Electrical Design Engineer bei Metall+Plastic, unterscheiden sich die Anlagen des Unternehmens deutlich in der Komplexität. Neben Standard-Typen, die auf einem Stockwerk untergebracht sind, können sich die meist kundenspezifischen Anlagen über mehrere Stockwerke erstrecken. Neben dem eigentlichen Produktionsraum befinden sich dann oft wichtige Anlagenteile in Zwischendecken oder in den Stockwerken darüber. Eine große Zahl von Sensoren und Aktoren zur Abfrage und Regelung von Prozessparametern ist dezentral in Schaltkästen verdrahtet. Zentrale Schaltschränke versorgen die Anlagen mit Strom und beherbergen außerdem die pneumatischen Komponenten. Die zentrale Anordnung der Schaltschränke erlaubt eine effektive Wartung.
Exportanteil schwankt von Jahr zu Jahr
Steffen Rutz: „Da Entwicklung und Produktion bei Metall+Plastic projektorientiert ablaufen, schwankt auch der Exportanteil von Jahr zu Jahr. Hauptabnehmer sind vor allem Kunden in Europa, wir liefern aber auch in die USA.” Deshalb kommen im Schaltschrank Komponenten zum Einsatz, die sowohl für den europäischen als auch für den nordamerikanischen Markt zugelassen sind. Sie entsprechen den UL-, NEC-, IEC- und EN-Normen.
Die Sicherheit hat oberste Priorität, so ist bei der Konstruktion der Isolatoren selbstverständlich auch die Maschinenrichtlinie zu beachten. Steffen Rutz: „Wir müssen dafür Sorge tragen, dass die Abkapselung der Prozessräume die Sicherheit des Produkts, des Bedieners und der Umwelt garantiert. Alle Türen sind deswegen gleichzeitig Sicherheitszugänge zu den Anlagenteilen und den Innenräumen.“ Da in den Anlagen Wasserstoffperoxid (H2O2) zur Sterilisation verdampft wird, müssen auch entsprechende Sicherheitsvorgaben der Gefahrstoffverordnung eingehalten werden.
Steuerstromversorgung im Schaltschrank
Bei den Isolatoren handelt es sich meist um kundenspezifische Projekte, die sich auch in der elektrischen Ausrüstung projektspezifisch unterscheiden. Zum Einsatz kommen vor allem Siemens- und Rockwell-Steuerungen sowie Komponenten aus dem IO-System von Wago. “Wir unterscheiden dabei zwischen der eigentlichen SPS- und Sensorwelt, die mit einer eigenen 24-V-Stromversorgung ausgestattet ist, sowie den Aktoren mit 24-V-Motoren und Ventilen, die von einem separaten Netzteil versorgt werden. So erreichen wir eine saubere Trennung“, erläutert der stellvertretende Leiter der elektrischen Konstruktion. Je nach Konstellation der Anlage sind dafür mal zwei, mal drei Netzgeräte erforderlich. Aufgrund des einfacheren Handlings kommen ausschließlich Netzgeräte bis 20 A zum Einsatz.
Sie werden mit elektronischen Schutzschaltern von E-T-A kombiniert. Der Schutzschalter ESS31-T mit aktiver Strombegrenzung und galvanischer Trennung bietet den Vorteil, dass fehlerhafte Zweige im Fehlerfall selektiv abgeschaltet werden und die Netzgeräte dadurch nicht überlastet werden. Steffen Rutz: „Auf diese Weise erreichen wir eine hohe Zuverlässigkeit der Maschinen im Feld. Kommt es dennoch zu Störungen, fällt nur ein Teil der Anlage aus.“ Laut Rutz reduziert der Einsatz von elektronischen Schutzschaltern nicht nur die Zahl der Fehler bzw. Ausfälle, er erleichtert außerdem Fehlersuche und Diagnose. Im Schaltschrank werden die elektronischen Schutzschalter den Netzgeräten zugeordnet, um so die Zweige weit aufteilen zu können. Da die Antriebe über eine eigene Stromversorgung mit eigenen Unterzweigen und Schutzschalter versorgt werden, können diese je nach Leistungsbedarf gesplittet oder zusammengelegt werden.
Das 24-V-Potenzial einfach verdrahten
Der Einsatz elektronischer Schutzschalter in den Steuerstromkreisen ist bei Metall+Plastic historisch gewachsen. In der Vergangenheit wurden thermisch-magnetische Sicherungen von Phoenix Contact geliefert, die von E-T-A produziert wurden. Im Zuge der weiteren Entwicklung kamen die elektronischen Schutzschalter vom Typ ESS31-T von E-T-A zum Einsatz. „E-T-A ist der einzige Anbieter, der Schutzschalter mit galvanischer Trennung nach UL 1077, UL1310 (NEC Class 2) und EN 60937 im Portfolio hat“, berichtet Steffen Rutz: „Die ,einkanaligen‘ Geräte konnten wir nach Bedarf aneinanderreihen und durchgehend verdrahten. Nicht als vorkonfigurierter Block geliefert, haben diese einzelnen Geräte den Verdrahtungsaufwand auf komfortable Weise reduziert.“ Mithilfe einer Stromschiene lassen sich sowohl das 0-V- als auch das 24-V-Potenzial einfach verdrahten. Zuletzt sind lediglich die abgesicherten Abgänge anzuschließen.
„E-T-A war der erste Hersteller elektronischer Schutzschalter für die Absicherung im DC 24 V-Bereich und ist bei Innovationen immer ganz vorne mit dabei“, erläutert der Electrical Design Engineer: „Bei Metall+Plastic legen wir großen Wert darauf, unsere Komponenten vom Original-Hersteller zu beziehen.“ Oft tragen Komponenten das UL-Kennzeichen, kommen sie jedoch nicht vom Original-Hersteller, kann das beim Nachweis zu Problemen führen. „Dieser Fall kam immer wieder vor“, erläutert Steffen Rutz: „Um nicht in Erklärungsnot zu gelangen, bevorzugen wir Originalhersteller.“
Bezüglich Fernwartung und Diagnose hat es sich bei Metall+Plastic bewährt, entlang der Sicherungsketten in den einzelnen Schaltschränken Sammelkontakte abzufragen und auf einen Eingang der Steuerung zu legen. Das sorgt für einen übersichtlichen Aufbau und erleichtert die Diagnose bei Ausfällen. Neben der Sammelmeldung unterstützt der Typ ESS31-T auch die Einzelmeldung je Schutzschalter. Der gleiche Schutzschalter wird mittels Signalbrücken je nach Anwendungsfall konfiguriert.
Sicherheit hat Priorität
Bei den hohen Schaltschrank-Kosten der Isolatoren ist der finanzielle Aufwand für die elektronische Absicherung der Steuerspannungsebene nicht relevant. „Bei den Anlagen von Metall+Plastic ist es unerlässlich, dass sie absolut zuverlässig funktionieren. Die Kosten dafür sind zweitrangig“, erläutert Steffen Rutz: „Die absolute Zuverlässigkeit steht im Vordergrund. Denn die Anlagen schützen die Produkte, aber auch die Menschen und die Umwelt. Risiken, welcher Art auch immer, sind nicht zu vertreten.“ Rutz: „Kommen beispielsweise Medikamente mit belasteter Außenluft in Berührung, können erhebliche Qualitätsverluste resultieren, im schlimmsten Fall kommen Menschen zu Schaden.“
Die Auswahl der elektronischen Schutzschalter erfolgt gemäß der Herstellerangaben und Parameter. Dabei verlassen sich die Elektro-Konstrukteure darauf, dass die Geräte die hohen Qualitätsstandards erfüllen und zuverlässig funktionieren. Das Vertrauen in den Hersteller ist die Basis der Zusammenarbeit.
Wie Steffen Rutz weiter erklärt, besteht ein weiterer Vorteil der elektronischen Schutzschalter darin, dass für die Erzeugung von NEC-Class-2-Stromkreisen keine zusätzliche Stromversorgung eingesetzt werden muss. Viele Sensoren sowie Aktoren wie Ventile werden an Stromkreisen gemäß NEC-Class-2 betrieben. Bei einem NEC-Class-2-Stromkreis handelt es sich um energiebegrenzte Kreise, bei denen die maximale Leistung 100 W betragen darf. Da gemäß Definition in diesen Stromkreisen aufgrund der geringen Energie keine Gefahr eines elektrischen Schlags oder Brandes besteht, müssen die Class-2-Schaltschrankkomponenten nicht nach UL zugelassen sein. War bisher für jeden Stromkreis ein nach Class-2 zugelassenes Netzgerät erforderlich, entfällt die Vorgabe beim Einsatz entsprechender Schutzschalter. Das spart Platz im Schaltschrank und reduziert die Kosten. Die eingesetzten elektronischen Schutzschalter erfüllen neben den Anforderungen nach UL 1077 ebenfalls die nach UL 1310 (NEC-Class-2), so kann ein Zentralnetzteil zum Einsatz kommen. ge
Weitere Informationen zu den Lösungen von Metall+Plastic
