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Automatisierung Cleveres Automatisierungskonzept sorgt für ein Plus an Sicherheit

Autor / Redakteur: Dr. Thomas Gmeinwieser * / Anke Geipel-Kern

Der Einsatz von Mehrprodukte-Anlagen bietet in Zeiten des immer härter werdenden globalen Wettbewerbs die notwendige Flexibilität und Effektivität. Beim Umsetzen neuer Automatisierungskonzepte müssen die Entscheider allerdings dafür sorgen, dass die Produktion nicht nur wettbewerbsfähig, sondern auch sicher bleibt. TÜV Süd Process Safety zeigt an einem Fallbeispiel, wie das gelingt.

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Kontrollraum für die Überwachung der automatisierten Prozesse.
Kontrollraum für die Überwachung der automatisierten Prozesse.
(Bild: United Initiators)

Mehrprodukte-Anlagen begünstigen durch ihre modulare Bauweise und moderne Technik eine einfache Planung und Inbetriebnahme sowie die automatisierte Produktion. Beim Entwickeln neuer Automatisierungskonzepte geht es nicht nur um die konzeptionellen und technischen Herausforderungen für die jeweilige Produktion.

Faceliftig für veraltetetes Prozessleitsystem

Auch die Mitarbeiter müssen sich auf die Aufgaben unter neuen Rahmenbedingungen und den damit verbundenen Anforderungen beim Bedienen der Anlagen einstellen. Wie nachhaltig das Implementieren eines neuen Automatisierungskonzepts funktionieren kann, zeigt sich am Beispiel des Unternehmens United Initiators im bayerischen Pullach.

Dort wurde im Jahre 2001 ein neues Konzept umgesetzt, das bis heute sicher und erfolgreich angewendet wird. Auch hier gaben eine veraltete Prozessleittechnik sowie der intensive globale Wettbewerb den Ausschlag dafür, die technische Realisierung der Produktion von organischen Peroxiden und Persulfaten zu überdenken.

Dabei spielte neben der Flexibilität vor allem auch der Sicherheitsaspekt eine bedeutende Rolle. Bei der Produktion von organischen Peroxiden entstehen instabile, temperaturempfindliche und brandfördernde Verbindungen, von denen einige explosionsgefährdend sind. Logistisch bestand die Herausforderung darin, zwei Produktionsgebäude mit acht Produktionszellen zusammenzuführen. Zusätzlich zu den Anlagen gehörten dazu die Messwarten und die Arbeitsplätze. Außerdem sollte auch das Steuern und Überwachen der Prozesse zentralisiert werden.

Scada schlägt PLT mit Sicherheitssteuerung

Das Management entschied sich gegen ein Prozessleitsystem mit unterlagerter Sicherheitssteuerung. Stattdessen wurde ein übergeordnetes Scada-System mit dem sicherheitsgerichteten Leitsystem synchronisiert. Scada ist dabei mittels eines OPC-Servers mit der Sicherheitssteuerung verbunden.

In der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) sind nicht nur die Produktionsprogramme, sondern auch die Rezepte jederzeit geladen. Das Auswählen dieser Programme und Rezepte läuft, genauso wie die Rohstoffzufuhr, automatisiert ab.

Um den Faktor Mensch bei der zunehmend automatisierten Produktion nicht zu vernachlässigen, unterstützte TÜV Süd beim Implementieren eines so genannten „Hand-Shake-Verfahrens“. Dieses verbindet Scada mit dem Sicherheitssystem und beruht beim Bedienen der Anlage auf dem Vier-Augen-Prinzip. Da sich z.B. Produktionseinheiten bei der automatisierten Rohstoffzufuhr eine gemeinsame Quelle teilen, ist ein sicherer und lückenloser Datenaustausch notwendig. Dieser wird via Safeethernet sichergestellt.

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In der Produktionsstätte am südlichen Stadtrand von München wurde so das größte Automatisierungsprojekt der letzten Jahre erfolgreich umgesetzt. Das Sicherheitsniveau entspricht dem in der EN 61508 aufgeführten Safety Integrity Level 3 (SIL 3).

Schnittstelle: Mensch - Prozess

Mehrproduktanlage für die Herstellung von organischen Peroxiden. Auf dem Reaktor der Conti-
Anlage ist das Rührgerät (RM 16) angebracht. Rechts im Bild eine Destillationsanlage (K 11), in der ein Zwischenprodukt thermisch aufgetrennt wird.
Mehrproduktanlage für die Herstellung von organischen Peroxiden. Auf dem Reaktor der Conti-
Anlage ist das Rührgerät (RM 16) angebracht. Rechts im Bild eine Destillationsanlage (K 11), in der ein Zwischenprodukt thermisch aufgetrennt wird.
(Bild: United Initiators)

Charakteristisch für den Betrieb von Mehrprodukte-Anlagen sind häufige Rezeptwechsel, stark variierende Prozessparameter und die sich damit, im Gegensatz zu Mono-Anlagen, ständig ändernden Steuerungsaufgaben. Ein weiterer Aspekt ist, dass einzelne Produktionsaufgaben nicht so exakt definiert sein können wie bei Mono-Anlagen.

Teil- oder vollständig automatisierte Anlagen dürfen deshalb nicht darüber hinwegtäuschen, dass der Einfluss des Bedieners nach wie vor groß ist. Analysen von Vorfällen in der Prozessindustrie kommen zu dem Ergebnis, dass 40 bis 60 Prozent der untersuchten Ereignisse wie beispielsweise durchgehende Reaktionen oder Stoffaustritte auf menschliches Fehlverhalten zurückzuführen sind.

Mensch und Technik Hand in Hand arbeiten

Zwar lassen sich Bedienfehler klar identifizieren, die Ursachen für Vorfälle sind aber oft die Summe mehrerer Faktoren, die unter Umständen gleichzeitig auftreten. Dazu gehören neben menschlichem Fehlverhalten auch technische Probleme, Defekte oder falsche Entscheidungen des Managements.

Gerade bei hochgradig automatisierten Mehrprodukte-Anlagen besteht einerseits die Gefahr, dass Bediener ihre Kontrollfunktion vernachlässigen. Ist das Vertrauen in die Automation zu gering, wird andererseits zu häufig in laufende Prozesse eingegriffen.

Um zu vermeiden, dass aus solchen Fehlinterpretationen neue Risiken entstehen, müssen die Aufgaben klar und sinnvoll festgelegt werden. Der Bediener sollte genau wissen, welche Steuerungen in seinen Aufgabenbereich fallen und welche die automatisierte Anlage selbst übernimmt. Bei Rezeptwechseln ändern sich die Prozessparameter und unter Umständen auch der Automatisierungsgrad der Anlage.

Hier ist der Bediener in seiner Kontrollfunktion gefragt, da die Umstellung unterschiedliche Bereiche betreffen kann. Dazu gehören neue Kennwerte und konfigurierte Alarme, aber auch Anweisungen für den Umgang mit reaktiven Stoffen.

Transparentes Prozessdesign hilft

Um menschliche Fehler beim Fahren von Mehrprodukte-Anlagen zu vermeiden, hilft auch ein klares und einfaches Anlagen- und Prozessdesign. Dass der Faktor Mensch beim Betrieb der Anlagen eine entscheidende Rolle spielt zeigt, dass rein technische Sicherheitslösungen nicht ausreichen. Mit Blick auf die sicherheitsrelevanten Faktoren (Technik, Organisation und Mensch) lassen sich die Systemeigenschaften identifizieren.

Dies geschieht auf Grundlage der Regelwerksanforderungen und Aufgabenanalysen. Grundsätzlich ist es wichtig, den Mitarbeiter in das Gesamtsystem der Anlage einzubinden. Wenn Arbeitsabläufe stetig weiterentwickelt werden, stellt sich die Frage: Welche Umstellungen sind damit verbunden und wie wirken sie sich aus? Das Management trägt Sorge dafür, dass die Bediener über solche Maßnahmen informiert sind und darüber hinaus die Änderungen im Betriebsablauf verstehen und verinnerlichen.

Nicht jeder Alarm bedeutet Gefahr

Dabei ist es wichtig sicherzustellen, dass beispielsweise Rezeptwechsel die Mitarbeiter weder über- noch unterfordern. Im Falle eines Alarms müssen die Mitarbeiter schnell beurteilen, ob es sich um eine kritische Situation handelt oder nicht. Unmittelbare Maßnahmen müssen bei Gefährdung der Betriebssicherheit ergriffen werden. Doch nicht jeder Alarm signalisiert Gefahr.

So können auch verschmutzte Sensoren, zu eng gesetzte Prozessparameter oder nicht optimal laufende Regelkreise der Grund dafür sein. In Produktionsbetrieben sind mehrere hundert Alarme pro Tag keine Seltenheit. Deshalb ist es notwendig, zu priorisieren und kritische Alarme für das Personal auf den ersten Blick leicht erkennbar zu machen.

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* * Der Autor ist Expert Process Safety der TÜV Süd Process Safety, Büro Deutschland, Hohenschäftlarn. Kontakt: Tel. +49-8178-8672875

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