Ob Waffelschnitten, -röllchen oder -tüten – weltweit wird jede zweite industriell hergestellte Waffel laut Brancheninsidern mit einer im niederösterreichischen Leobendorf entwickelten Franz-Haas-Waffelmaschine gebacken. Im dortigen Wafer Innovation Center entstehen Produktionslinien für unterschiedlichste Waffel-Variationen – Flach- und Hohlwaffeln, Waffelröllchen, Eistüten, Weichwaffeln und Waffelsnacks. Die kundenspezifischen Anlagen müssen dabei neben einer hohen Flexibilität durch Modularität automatisierungsseitig vor allem länderspezifischen Sicherheitsstandards genügen, um einschlägige Normen und Richtlinien der jeweiligen Zielmärkte zu erfüllen.
Mit dem neuen, speziell für den Einsatz in Feuerungsanlagen konzipierten Basisgerät PNOZ m B1 Burner der sicheren Kleinsteuerung PNOZmulti 2 – samt TÜV-geprüftem Brenner-Softwarebaustein – hat der Automatisierungsexperte Pilz eine für Bühler ideale, weil dank globaler Zertifizierung einheitlich einsetzbare, Lösung zur sicheren Steuerung und Überwachung der Gasbrenner in den Backöfen des österreichischen Waffelmaschinenherstellers geschaffen.
Damit kann der Waffelmaschinen-Spezialist neben der funktionalen Sicherheit auch die Brennersteuerung und daher die gesamte Sicherheitstechnik seiner Backautomaten mit einer einzigen, flexibel konfigurierbaren sicheren Kleinsteuerung realisieren, die sich zudem durch ausgereifte Diagnosemöglichkeiten und vielfältige Kommunikationsoptionen in die meist kundenseitig vorgegebene Automatisierungsumgebung einfach anbinden lässt.
Groß in Waffeln
Bereits Ende der 1940er-Jahre erfand Firmengründer Franz Haas die erste Waffelmaschine. In den folgenden Jahrzehnten prägte der heimische Maschinen- und Anlagenhersteller mit zahlreichen weiteren Innovationen maßgeblich die industrielle Waffelproduktion und deren Weiterentwicklung. Seit 2018 gehört das Unternehmen mit Tochterbetrieben rund um den Globus zur Schweizer Bühler Gruppe.
Am Standort Leobendorf sind für die Division Waffeln des Geschäftsbereichs Consumer Foods 700 Beschäftigte in Entwicklung, Konstruktion und Fertigung sowie in Vertrieb, Service, Wartung und Ersatzteilhaltung beschäftigt. Kunden aus aller Welt kommen ins Wafer Innovation Center nach Leobendorf, um Produktionsprozesse für ihre Waffelprodukte zu testen und zu optimieren.
Backofen ist Herzstück der Produktion
Herzstück jeder Waffel-Produktionslinie ist der Backofen. Dieser kann je nach Produkt und Anlagenkonfiguration bis zu 35 m lang sein. Die Beheizung übernehmen in der Regel gasbefeuerte Langrohrbrenner. „Der Teig wird auf einzelne Backplatten aufgegossen, die mit bis zu 0,5 m/s durch den Ofen zirkulieren. Die typische Backzeit einer Waffel beträgt – abhängig vom Produkt – rund zwei Minuten“, umreißt Wolfgang Grassberger, verantwortlich für die Maschinensicherheit in der Division Waffeln bei Bühler, den Backprozess. „Die wichtigste Aufgabe der Brennersteuerung ist es, das Verlöschen der Flamme zu überwachen und gegebenenfalls sofort die Zufuhr des Gases sicher zu unterbrechen. So verhindern wir, dass unverbranntes Gas ausströmt und es im schlimmsten Fall zu einer Explosion kommt.“ Was vermeintlich einfach klingt, entpuppt sich bei näherer Betrachtung als eine steuerungstechnisch komplexe Schrittabfolge. Die beginnt bereits mit dem Zündprozess, der schon fast 20 Einzelschritte umfasst.
„Jeder Brenner hat zwei redundante, diversitär angesteuerte Hauptgasventile, die noch vor dem eigentlichen Zündvorgang auf Dichtheit geprüft werden“, bringt Grassberger ein Beispiel. Ein Ionisationsstromsensor erkennt die Flamme und somit die erfolgreiche Zündung – alternativ kommen dafür UV-Flammenwächter zum Einsatz. „Während der Befeuerung werden der Minimum- und Maximum-Gasdruck, die Funktion der Absaugung, das Einhalten der zulässigen Maximal-Temperatur und Vieles mehr überwacht“, zählt der Sicherheitsexperte einige weitere Sicherheitsaufgaben der Brennersteuerung auf.
Der Burner unter den Steuerungen
Schon seit den frühen 2000er-Jahren realisiert Bühler mit der sicheren, SIL 3- beziehungsweise PL-e-konformen Kleinsteuerung PNOZmulti von Pilz die funktionale Sicherheit seiner Maschinen – die Liste an Sicherheitsaufgaben reicht vom Not-Halt über die Überwachung der Schutztüren bis hin zur SLS-Funktion (Safely Limited Speed) für den Einrichtbetrieb.
„Wir pflegen eine ausgezeichnete Zusammenarbeit mit der Firma Pilz und verwenden PNOZmulti bereits in der zweiten Generation. Die Flexibilität, die die konfigurierbare Kleinsteuerung mit ihren zahlreichen Erweiterungsmodulen, vielfältigen Konfigurations- und Kommunikationsmöglichkeiten bietet, und die hervorragenden Diagnosefunktionalitäten, schätzen wir ganz besonders“, spart Grassberger nicht mit Lob. „Da kommt es uns natürlich sehr zu Gute, dass Pilz einen eigenen, vom TÜV zertifizierten Brenner-Softwarebaustein geschaffen hat, den wir für unsere unterschiedlichen, kundenspezifischen Maschinenkonfigurationen flexibel einsetzen können.“
Denn damit übernimmt PNOZmulti 2 bei Bühler kurzerhand auch die Aufgaben der bisher separaten Brennersteuerungen – und das „multitypisch“ kompakter und funktioneller: Ein Basisgerät PNOZ m B1 Burner steuert und überwacht hier jetzt bis zu sechs Brenner unabhängig voneinander – zuvor war für jeden eine eigene Steuerung erforderlich. „Den größten Vorteil sehen wir darin, dass wir nun die gesamte Sicherheitstechnik unserer Maschinen, also funktionale Sicherheit und Brennersteuerung, mit einem einzigen System standardisieren können“, bringt es der Sicherheitsverantwortliche auf den Punkt.
Kommunikationsfreudige digitale Schnittstellen
Über die für alle gängigen Feldbus- und Ethernetsysteme verfügbaren Kommunikationsmodule lässt sich PNOZmulti 2 komfortabel mit übergeordneten Automatisierungsumgebungen koppeln – für Bühler ein weiterer wichtiger Aspekt, da die Produktionslinien weltweit ausgeliefert werden, und entsprechend vielfältig müssen für die unterschiedlichen Märkte die Anforderungen berücksichtigt werden. Die von dem Modul generierten Status- und Diagnosedaten lassen sich einfach in das jeweils verwendete Visualisierungssystem einbinden. Dadurch kann der aktuelle Istzustand der Brenner sehr detailliert in Einzelschritten dargestellt und analysiert werden. Sämtliche Informationen und vor allem Fehlermeldungen werden am Bedienpanel in Klartext visualisiert.
„Das ist für uns ein echter Meilenstein und klarer Mehrwert für unsere Kunden. Die Zeiten, in denen Codes aus blinkenden LEDs abgelesen und interpretiert werden mussten, sind damit endgültig vorbei“, erklärt Grassberger. Daher setzt Bühler auch nicht auf die häufig bevorzugte integrierte Sicherheitstechnik, sondern sieht Vorteile in der Vereinigung von Standard- und Sicherheitssteuerung in einer Systemwelt. Grassberger: „Die komplette Sicherheitstechnik mit Pilz-Technologie und völlig unabhängig von der Standardautomatisierung zu realisieren hat für uns viele Vorteile. Der wichtigste aber ist, dass wir die Technologie weltweit einheitlich einsetzen können, weil sich Pilz um die internationale Zertifizierung auch für die Feuerungstechnik kümmert.“
Brennt auch fürs Retrofit
Ein weiteres Einsatzgebiet erschließt die neue Burner-Variante im Retrofit-Bereich als Ersatz für ältere, nicht busfähige Brennersteuerungen. Auch hierfür eignet sich das Modul, weil die konfigurierbare sichere Kleinsteuerung als modulares System und mit ihrer vielseitigen Konfigurationssoftware hard- und softwareseitig flexibel anpassen lässt.
Das bestätigt Bühler – bereits einige in die Jahre gekommen Brennersteuerungen von Bestandsanlagen wurden durch PNOZmulti 2 ersetzt: „Unsere Anlagen sind oft jahrzehntelang in Betrieb. Da ist die Ersatzteilverfügbarkeit ebenso ein Thema wie der Sicherheitsaspekt. Insofern macht die Modernisierung mit aktueller Sicherheitstechnik absolut Sinn, und ist daher auch bei uns ein stetig wachsendes Feld.“
Gemeinsam mit Pilz arbeitet der österreichische Waffelmaschinenhersteller bereits an der weiteren Modularisierung seiner Brennerautomaten mit PNOZmulti: Bis zu 24 einzelne Brenner sollen dann individuell angesteuert werden – für noch mehr Flexibilität mit Blick auf die Produktvielfalt der weltweiten Anwender.
Weltweite einsetzbare sichere Lösung
Kernelement des Basisgeräts PNOZ m B1 Burner der modularen Produktfamilie ist der speziell für die sichere Steuerung und Überwachung von Feuerungsanlagen entwickelte Brenner-Funktionsbaustein, der nach den entsprechenden europäischen Normen wie unter anderem der EN 298 und der EN 50156 sowie der nordamerikanischen Norm NFPA 85/86 geprüft und zertifiziert ist.
Der Funktionsbaustein beinhaltet das komplette Ablaufprogramm einer Brennersteuerung, jeder Einzelschritt – vom Luftspülen des Brennraums vorm Zünden bis zum Erkennen der Flamme innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls – ist dabei sicher ausgeführt. Dabei kann ein Basisgerät bis zu zwölf Brenner unabhängig voneinander steuern und überwachen. Ab der Version 10.12 des Softwaretools PNOZmulti Configurator unterstützt das neue Basisgerät Projektierung, Konfigurationserstellung, Dokumentation und Inbetriebnahme der Steuerung.
Pilz ist damit einer der wenigen Hersteller einer prozessorgeführten Brennersteuerung in SIL3-Ausführung. Der Mehrwert: Anwender können mit dieser Lösung neben der Steuerung und Überwachung der Feuerungsanlagen zusätzlich alle anlagebedingten Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt oder Schutztüren abdecken. Aufwändige konstruktive Anpassungen der Brennersteuerung an nationale gesetzliche bzw. normative Vorgaben sind damit überflüssig. Anwendungsfelder für die Burner-Variante von PNOZmulti 2 sind überall dort zu finden, wo Prozesswärme benötigt wird und dafür Gasbefeuerung zur Anwendung kommt, etwa in der Papierproduktion, in Petro-, Chemie- und anderen Prozessindustrien.
