Neue Armaturenantriebe mit integrierter Automatisierung

Dezentral im Trend

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29.04.2009 Plattformkonzepte sind in. Prozessbetreiber profitieren beim Einsatz gleichartiger Geräte von einer einheitlichen Bedienung, und Hersteller erzielen Skaleneffekte. Bürkert hat für seine Ventile und Sensoren unlängst ebenfalls ein Plattformkonzept entwickelt. Damit ist es möglich, pneumatisch angesteuerte Ventile dezentral zu automatisieren.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Eindringende Flüssigkeit ist in hygienischen Prozessen, in denen nasschemisch gereinigt wird, eine häufige Ursache für den Ausfall von Feldgeräten wie z.B. Ventilen.
  • Durch ein neues Gehäusedesign und ein neues Konzept zur Luftführung steigt die Zuverlässigkeit pneumatischer Ventile.
    Für Planer
  • Der Einsatz von Bussystemen wie beispielsweise AS-I vereinfacht die Planung von Anlagen, in denen Prozessventile an die Automatisierung angeschaltet werden.
  • Durch die dezentrale Automatisierung entfällt der sonst notwendige Schaltschrank, und die Anlagen werden auf Grund kürzerer Pneumatikleitungen sowie Einzelkabeln übersichtlicher und sind einfacher zu reinigen.

In Prozessen der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie ist Übersicht gefragt: Diese Anlagen werden nicht allein aus einer Leitwarte via Prozessleitsystem gefahren, sondern häufig vor Ort. Die Bediener wollen wissen, ob ein CIP-Ventil geschlossen ist, wenn die Produktion wieder angefahren wird. Die Steuerköpfe für die Prozessventile der Element-Baureihe tragen dem unübersehbar Rechnung: In den durchsichtigen Deckel integrierte farbige Hochleistungs-LEDs zeigen den Gerätestatus auch unter schwierigen Bedingungen auf einen Blick weithin sichtbar an.

Doch Hygieneprozesse stellen hohe Anforderungen an das eingesetzte Anlagenequipment: Feuchte Umgebungsluft, aggressive Reinigungsmittel und hohe Drücke und Temperaturwechsel bei der Nassreinigung setzen den Ventilen und Antrieben sowie den Automatisierungskomponenten zu. Im Laufe der Zeit kommt es trotz hoher IP-Schutzarten immer wieder dazu, dass Wasser oder Produkt in die Federkammer des Antriebs eindringt und dort zu Problemen oder aber zur Verkeimung führen. In der Folge können unter Umständen Schimmelsporen in die Umgebung gelangen.
„Sowohl Antriebs- als auch Federkammer werden mit Steuerluft gespeist, so dass keine Feuchtigkeit oder Reinigungschemikalien eindringen können, die zu Rost führen würden“, erklärt Sebastian Kundel vom Segment Management „Hygienic Processing“ des Herstellers Bürkert das Prinzip. Fährt der Antriebskolben nach unten, wird verbrauchte Steuerluft über die Federkammer geführt und entweicht erst dann nach außen. „So wird die Steuerluft sowohl beim Auf- als auch beim Zufahren immer ausgestoßen“, beschreibt Kundel. Die Federkammerbelüftung schützt zudem die elektrischen Rückmeldeeinrichtungen an der Spindelverlängerung des Ventils – diese waren bislang insbesondere bei schadhafter Spindelabdichtung und Einbau über Kopf gefährdet.

Luftführung schützt den Antrieb

Auch die Reinigung kann Ursache für Elektronikprobleme werden: Beim Abschwallen mit Kaltwasser entsteht durch die Temperaturänderung im Innern eines Ansteuerungsgehäuses ein Unterdruck, der dazu führen kann, dass allmählich Wasser eindringt. Auch die in eingeschlossener Luft enthaltene Feuchtigkeit kann dann kondensieren. Dem Phänomen begegnet der Hersteller durch einen Überdruck im Elektronikgehäuse.

Ein zunehmend wichtiger Aspekt beim Einsatz von Prozessventilen ist die Automatisierung. In klassischen Strukturen werden dazu Schaltschränke aufgebaut, in denen elektropneumatische Pilotventile untergebracht sind. Diese schalten die Steuerluft über mehr oder weniger lange Druckluftleitungen auf die Antriebe der Prozessventile. Von dort wird die Ventilstellung über ein Kabel wieder an den Schaltschrank und danach an die SPS zurückgemeldet. Der bei der Planung, Installation und Inbetriebnahme dafür notwendige Aufwand ist hoch. „Häufig werden in der Planung oder aber im späteren Betrieb noch Veränderungen vorgenommen“, verdeutlicht Kundel. Dazu kommt der auf Grund der Entfernungen entstehende hohe Bedarf an teurer Steuerluft.
Genügend Gründe, um über Alternativen nachzudenken. Bei den neuen Steuerköpfen für den integrierten Anbau an Prozessventile ist es deshalb möglich, diese via AS-Interface-Bus anzuschließen und dezentral mit kurzen Stichleitungen von der Druckluft-Hauptleitung zu versorgen. „Das AS-Interface bietet genau die Funktionen, die für einfache Geräte wie Auf-Zu-Ventile benötigt werden“, erklärt Kundel den Grund, weshalb das System günstiger ist als mächtige Feldbussysteme wie Profibus oder Foundation Fieldbus. Durch die AS-I-Kommunikation wird einerseits die Kommunikation mit SPS und Leitsystem erreicht, andererseits entfällt der Aufbau von Schaltschränken für Pilotventile bzw. I/O-System, da diese in den Steuerkopf integriert sind.
Eine Besonderheit des AS-I ist die Topologie. Während bei einem klassischen Feldbus der H1-Ebene (z.B. Profibus DP) alle Busteilnehmer hintereinander geschaltet werden müssen, ermöglicht AS-I auch Baumstrukturen, bei denen Ventilgruppen auch sternförmig angeschaltet werden. Dies eröffnet Flexibilität bei der Planung und beim Nachrüsten. Pro Strang können bis zu 62 Ventile – auch nachträglich – angeschaltet werden. Die AS-I-Segmente selbst werden in der Regel an einen übergeordneten Bus, z.B. Profibus DP, angeschaltet.
Ein weiterer Effekt dezentral automatisierter Armaturen ist die Übersichtlichkeit der Anlagen: Mit Druckluft- und Steuerkabeln gefüllte Kabelkanäle entfallen, die Anlage ist einfacher zu reinigen. Außerdem ist der Bedarf an Steuerluft geringer, und es werden – da Verzögerungen durch lange Leitungen wegfallen – kürzere Schaltzeiten erreicht.
Via Bus-Anbindung stehen alle Informationen über das Ventil im Leitsystem zur Verfügung, dennoch kann das Ventil auch vor Ort betätigt werden, und es wird dessen Zustand direkt am Steuerkopf angezeigt. Dies kommt dem Anlagenpersonal insbesondere bei der Inbetriebnahme zu Gute. Um die Ventilstellung zu erfassen, verfügt der Steuerkopf über ein kontaktloses, analoges Sensorelement. Die Ventilendlagen werden bei der Inbetriebnahme mittels Teach-Funktion erkannt und gespeichert. Das integrierte Pilotventil steuert einfach oder doppelt wirkende Antriebe.

Die Prozessventile der „Element“-Baureihe sind als Schrägsitz- und Geradsitz-Armaturen oder Membranventil in unterschiedlichen Varianten verfügbar. Derzeit reicht die Palette an Sitzventilen bis DN 50, weitere Baugrößen bis DN 100 sind in Planung.

Heftausgabe: Mai-Juni 2009
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Armin Scheuermann , Redaktion

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Armin Scheuermann , Redaktion

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