Stellantriebe Sichere Kommunikation bei der Armaturenautomatisierung in Tanklagern

Ein typischer Einsatzbereich für Feldbus ist die Automatisierung von Armaturen. Um einerseits die Funktionen einer Anlage und somit auch die Versorgung sicherzustellen und andererseits schwerwiegende Unfälle zu verhindern, müssen Armaturen jederzeit von einer Leitstelle aus betätigt werden können. Dazu ist ein hohes Maß an Kommunikationssicherheit zwischen Leitsystem und den Stellantrieben auf den Armaturen notwendig.

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AUMA Riester GmbH & Co. KG

J. Engelsmann AG

Edwards GmbH

Der traditionelle Vertriebsweg für Stellantriebe ist, dass der Armaturenhersteller zur Armatur passende Stellantriebe beim Hersteller ordert. Diese werden dann von einem Dienstleister auf der Anlage mit dem Leitsystem verbunden. Durch die Einführung der Feldbustechnik und die gesteigerten Anforderungen an die Kommunikationssicherheit ist die Einbindung der Stellantriebe wesentlich komplexer geworden. Beim Stellantriebshersteller werden deshalb immer häufiger nicht nur Stellantriebe, sondern Automatisierungslösungen für Armaturen bestellt. Als Rahmen ist dann allenfalls die Verwendung eines bestimmten Leistsystems oder möglicherweise das Feldbussystem vorgegeben.

Nun gibt es nicht nur ein Feldbussystem und nicht nur ein Leitsystem, sondern hier sind viele Kombinationen denkbar. Um komplette Automatisierungslösungen entwickeln zu können, ist beim Stellantriebshersteller umfassendes Know-how über die Feldbussysteme notwendig. Darüber hinaus müssen die Leitsysteme der verschiedenen Hersteller analysiert werden, denn nicht jedes Leitsystem unterstützt jede von einem Feldbus vorgesehene Funktionalität.

Neben der hohen Kommunikationssicherheit, der Vorgabe eines Leistsystems und ggf. eines Feldbussystems gibt es noch weitere Forderungen. Oft handelt es sich nicht um Neuanlagen, sondern um Modernisierungen bestehender Anlagen. Dort gibt es das klare Interesse, dass die neuen Antriebe schnell in das bestehende Leitsystem integriert werden und der laufende Betrieb nur minimal beeinträchtigt wird. Weitere Vorgaben bestehen häufig bezüglich der Reaktionszeiten der Antriebe auf Fahrbefehle oder wie schnell Rückmeldungen im Leitsystem ankommen müssen.

Im Folgenden sind drei Lösungen beschrieben (siehe auch die Bilder in der Bildergalerie).

1. Modernisierung eines Tanklagers

Im Rahmen eines Effizienzsteigerungsprogramms waren in der vorhandenen Infrastruktur eines Tanklagers im Europoort Rotterdam die Stoffströme zu optimieren. Dafür wurden nicht nur über 1000 Stellantriebe ausgetauscht, sondern das komplette Leitsystem erneuert. Kernpunkt der Effizienzsteigerung war vor allem die Forderung nach kurzen Reaktionszeiten, natürlich ohne die Kommunikationssicherheit zu vernachlässigen.

Als Rahmenbedingung waren ein Yokogawa-Leitsystem und die Verwendung von Profibus DP vorgegeben. Darüber hinaus sollten die Statusinformationen der Antriebe vom Leitsystem abgefragt werden können, eine Funktion, die das Leitsystem nicht unterstützte. Hier waren innovative Lösungen seitens des Antriebsherstellers gefragt. Letztendlich projektierte der Antriebshersteller die komplette Kommunikationsstruktur zwischen Leitsystem und Stellantrieben.

2. Erweiterung einer Raffinerie

Vorgaben für die Erweiterung der Bío-Bío-Raffinerie in Chile waren die einfache Integration der neuen Anlagenteile in das bestehende Leitsystem und Entlastung des Leitsystems von Daten, die für den regulären Betrieb nicht von Relevanz sind. In der Summe ging es um ca. 270 neue Stellantriebe. Die Lösung für die Aufgabe waren fünf Master Stations des Stellantriebsherstellers zur Anbindung der neuen Segmente. Die vom Antriebshersteller entwickelte Master Station ist zwar speziell für Inbetriebnahme und Betrieb von Stellantrieben konzipiert, arbeitet aber sowohl in Richtung Feldebene als auch in Richtung Leitsystem mit offenen Feldbusprotokollen.

Die Master Station fungiert als Datenkonzentrator, d.h. sie verarbeitet die Antriebssignale und meldet nur die wichtigsten Rückmeldungen an das Leitsystem. Alle Ereignisse werden protokolliert und Diagnoseinformationen gespeichert, die bei Bedarf abgerufen werden können. Wird ein Antrieb z.B. ausgetauscht, wickelt die Master Station die Aufnahme der Kommunikation zu dem neuen Gerät automatisch ab. Die Datensicherheit wird in diesem Fall durch einen redundanten Modbus RTU Ring erzielt, d.h. wird der Ring an einer Stelle aufgetrennt, z.B. durch ein loses oder abgetrenntes Kabel, behandelt die Master Station die beiden Ringsegmente als Feldbus-Linienstrukturen.

Alle Antriebe können nach wie vor erreicht werden. Mit dem Modbus Ring lassen sich mit herkömmlichen Kupferleitungen vergleichbare Distanzen überwinden, wie ansonsten nur mit Lichtwellenleitern.

3. Neuanlage eines Öltanklagers

Ein besonders raffiniertes Konzept wurde für die Automatisierung eines neuen GALP-Tanklagers in Lissabon benötigt, waren doch die Vorgaben durch den Anlagenbetreiber besonders hoch. Die Anforderungen ähnelten im Prinzip denen im oben genannten Bío-Bío-Raffinerie-Projekt. Darüber hinaus waren alle an der Kommunikation beteiligten Komponenten redundant auszuführen, folglich auch die Master Stations. Die Master Stations müssen deshalb nicht nur die redundante Kanäle zu den Antrieben und zum Leitsystem verwalten, sondern sich zusätzlich untereinander synchronisieren.

Außerdem wurde für die Notbedienung pro Segment eine zusätzliche Notfall-SPS installiert, über die man die Stellantriebe über herkömmliche parallele Kommunikation ansteuern kann. Für die Stellantriebe bedeutet dies, dass sie sowohl eine Feldbus- als auch eine parallele Schnittstelle enthalten und darüber hinaus klare Regeln hinterlegt wurden, wann Fahrbefehle von welcher Befehlsstelle ausgeführt werden.

Fazit

Es gibt keine Standardlösung! Von einem Stellantriebshersteller wird heute mehr verlangt, als Stellantriebe herzustellen und zu verkaufen. Wer sich als Antriebshersteller nicht intensiv mit der Peripherie rund um den Stellantrieb kümmert, wird es schwer haben, Projekte wie die beschriebenen erfolgreich abzuwickeln. Umgekehrt gibt natürlich diese gesamtheitliche Betrachtung dem Stellantriebshersteller wertvolle Impulse für die Weiterentwicklung seiner Produkte.

Der Autor ist Mitarbeiter der Auma Riester GmbH & Co. KG, Müllheim.

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