Ventile mit Köpfchen On-Board-Automatisierung wird zur Trumpfkarte für Prozessventile

Autor / Redakteur: Tilman Schinke* / Dr. Jörg Kempf

So punkten Ventile mit minimalen Wartungsaufwand und maximaler Lebensdauer – In der Retrospektive zeigt sich, dass sich die Installationskonzepte in der Prozessautomatisierung gewandelt haben. Klassische Automatisierungskonzepte à la Schaltschränke mit Ventilinseln, I/O-System und Feldbusanschaltung erfordern Aufwand für die Verschlauchung und Verdrahtung. Neben der zeit- und kostenintensiven Planung und der aufwändigen Installation ist eine solche Lösung auch aus hygienischer Sicht nicht immer unproblematisch. Intelligente Ventile haben bereits heute komplexe Automatisierungskonzepte an Bord.

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Blick in eine Pharmaproduktion, ausgerüstet mit „gelb geregelten“ Prozessventilen
Blick in eine Pharmaproduktion, ausgerüstet mit „gelb geregelten“ Prozessventilen
(Bild: Bürkert)

Höhere Anforderungen an Sicherheit und Verfügbarkeit sind mit dezentralen Konzepten besser zu realisieren, die zunehmend auch smarte Armaturen und Stellungsregler auf den Plan bringen. Vorteile dieser Steuerungskonzeption sind bidirektionale Buskommunikation, Diagnose- und Testfunktionen wie Partial- und Full-Stroke-Test, die Integration von Magnetventil und Grenzkontakt in einem Gehäuse, der integrierte Anbau sowie eine komfortable Bedienung am Gerät und aus der Ferne. Daher sind intelligente Prozessarmaturen mit integrierten Automatisierungsfunktionen in der Prozessautomatisierung auf dem Vormarsch.

In dieser Peripherie hat sich das AS-Interface-System längst eta­bliert. Als einfaches Verdrahtungssystem hat es sich in der Prozess­automatisierung installationstechnisch durchgesetzt. Besonders in den Bereichen Getränkeindustrie, Molkereiwesen oder Pharmazie verwendet man das System, sodass in diesen Branchen laut Angaben von AS-International 65 Prozent aller automatisierten Prozessventile über AS-Interface angesteuert sind.

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Im Feld existieren allerdings noch immer handgesteuerte Ventile, und auch die Direktverdrahtung mit vielen Klemmstellen und Kupferdrähten findet sich in der Praxis – Tendenz jedoch fallend.

Ventilprojektierung am Praxisbeispiel Gärkeller

Bezogen auf das Praxisbeispiel eines Gärkellers (Fermentation) lauten die Phasen:

  • Planung und Projektierung,
  • Installation,
  • Inbetriebnahme,
  • Betrieb und Wartung,
  • Erweiterung und Umbau.

In allen Projektschritten wirken sich die Systemeigenschaften aus, die Aufwand reduzieren und Einsparungen von über 30 Prozent erreichen. Erwähnenswert sind einfacher Anschluss, Topologie- Freiheit, Modularisierung und Offenheit zu anderen Bussystemen – alles Vorteile, die dem Nutzer die Ansteuerung der Ventile deutlich vereinfacht.

Beim Gärkeller entsteht das RI-Fließbild inklusive Planung einfacher, da sich die Topologie frei definieren lässt, und die Verdrahtung später vorgenommen werden kann. Ein weiterer Pluspunkt ist die simple Anlagendokumentation ohne spezielle Software.

Insbesondere in der Inbetriebnahme reduzieren sich Klemmstellen durch steckbare Anschlüsse oder die Durchdringungstechnik des AS-Interface-Kabels, welche die schnelle, zuverlässige Verdrahtung der Komponenten gewährleistet. Die konstruktionsbedingten Fehlervermeidungsmechanismen werden von einer ausführlichen Diagnose unterstützt. Zur Nutzung der dezentralen Diagnose im Feld ist keine Steuerung notwendig. Teilinbetriebnahmen und Dichtigkeitsprüfungen lassen sich schon vor der Verfügbarkeit einer zentralen Steuerung vornehmen.

Mit AS-Interface lassen sich Geräte im laufenden Betrieb (Hot Plug-in) austauschen, das die Konfigurierung in der Anlaufphase der Anlage begünstigt.

Offene Strukturen für komplexe Netzwerke

Anderen Bus-Systemen gegenüber verhält sich AS-Interface völlig offen. In größeren Anlagen, bei denen die Zahl der anzuschließenden Ventile oder Sensoren die Möglichkeiten eines einzelnen AS-Interface-Netzwerkes übersteigt, werden die AS-Interface-Netzwerke typischerweise über Ethernet-Systeme verbunden. Der Weg für eine optimale Vernetzung ist frei, denn der einfache und kostengünstige Anschluss von AS-Interface lässt sich mit den komplexen Möglichkeiten der Ethernet- oder Feldbussysteme kombinieren.

Offenheit mit AS-Interface als Knoten bedeutet dann die Integration des Systems in Industrial-Ethernet-Netze oder Feldbus-Systeme. Damit stehen die Daten direkt in der Steuerung zur Verfügung.

Offen bedeutet auch die freie Wahl aller AS-Interface-affinen Komponenten von über 350 Herstellern, die weltweit in der AS-Interface-Gemeinschaft organisiert sind und über 1800 zertifizierte Produkte anbieten. Ebenso möglich sind herstellerunabhängige Teilaufträge. Standardisierte Profile schaffen eine kurze Verfügbarkeit von herstellerübergreifenden Ersatzteilen. Was die strengen Hygienevorschriften in der Lebensmitteltechnik anbetrifft, so bieten die Hersteller mittlerweile Geräte, Module und Verbindungselemente an, die dem Standard IP69K entsprechen.

Hygienisch rein mit effizienten Systemen

Heutige Produktionen sind nicht nur sicher und hygienisch, sondern auch möglichst effizient gestaltet. Mit anderen Worten: Dem kontinuierlich wachsenden Automatisierungsbedarf auf der Prozessebene wird mit intelligenten Prozessarmaturen mit integrierten Automatisierungsfunktionen Rechnung getragen. Bürkert agiert schon seit Längerem durchgängig zur Automatisierung mit dezentralen Steuerkopflösungen mit AS-Interface- Kommunikation.

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Neben den hygienischen Sitzventilen zur Produktsteuerung erfolgt auch die Automatisierung sämtlicher Schaltventile der Hilfskreisläufe für Reinigung, Wasser, Dampf und Sterilluft dezentral mit intelligenten Armaturen.

Alles an Bord

Auf Feldebene kommen pneumatisch betätigte Prozessventile zum Einsatz, in die sämtliche erforderlichen Automatisierungskomponenten wie Pilotventil mit Handbetätigung, elektrischer Rückmelder und optische Statusanzeige, Feldbusschnittstelle und sogar Positioner und Prozessregler für Regelaufgaben integriert sein können.

Die Vorteile einer dezentralen Automatisierung lassen sich so in hygienischen Produktionsprozessen nicht nur in den Hilfskreisläufen, sondern anlagenübergreifend auf allen Prozessebenen nutzen.

Bei der Planung neuer Anlagen kann konsequent auf den Einsatz konventioneller Schaltschränke verzichtet werden. Altanlagen lassen sich schrittweise und unter Verwendung der vorhandenen Medienventile von einer zentralen auf eine dezentrale Automatisierung umstellen.

Schließlich verfolgen Produktionsanlagen das Ziel, einen möglichst problemlosen Betrieb mit minimalem Wartungsaufwand, hoher Lebensdauer und guter Wert­erhaltung zu gewährleisten. Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Haltbarkeit der Prozessventile spielen dabei eine entscheidende Rolle.

* * Der Autor arbeitet bei der AS-International Association, Frankfurt.

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