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SPS steuert Standseilbahn

Industriesteuerung für Standardautomatisierung und Fehlersicherheit

| Autor/ Redakteur: Andreas Peters /

Bei einer grundlegenden Sanierung der Standseilbahn am Peterskopf durch die Firma PBI wurde neben Teilen der Mechanik auch das Automatisierungssystem vollständig erneuert. Zum Einsatz kam eine fehlersichere speicherprogrammierbare Maschinensteuerung von Siemens A&D.

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Bis zu 54 Personen lassen sich mit der Standseilbahn mittels der speicherprogrammierbaren Maschinensteuerung Simatic-Safety-Steuerung sicher zum Ziel befördern.
Bis zu 54 Personen lassen sich mit der Standseilbahn mittels der speicherprogrammierbaren Maschinensteuerung Simatic-Safety-Steuerung sicher zum Ziel befördern.
( Archiv: Vogel Business Media )

Eingebettet in das Erholungsgebiet am Edersee im Nationalpark Kellerwald, befindet sich das 1932 fertig gestellte Pumpspeicher-Kraftwerk Waldeck 1. In einer Talmulde zwischen Peterskopf und Ermerod wurde ein Oberbecken gebaut, dessen Höhenunterschied zum Unterbecken etwa 300 Meter beträgt.

Eine Druckrohrleitung stellt die Verbindung vom Oberbecken zu den Turbinen und Pumpen im Maschinenhaus am Unterbecken her. Auf einer Länge von 960 Metern liegen zwei Rohrstränge, deren Durchmesser sich talwärts von 2,50 m auf 2,20 m verjüngen. Parallel zu den Druckrohren verläuft die Bahntrasse der Standseilbahn. Sie diente als Schrägaufzuganlage zunächst nur dem innerbetrieblichen Material- und Personentransport zwischen Unter- und Oberbecken.

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Mit der touristischen Erschließung des Nationalparks wurde die Seilbahn 50 Jahre später für den allgemeinen Personentransport umgerüstet. Seitdem werden bis zu 54 Personen in einer Fahrgastkabine, die durch eine Winde in der Bergstation den Hang hinauf gezogen wird, auf den 500 m hoch gelegenen Peterskopf transportiert. Dem Stand der Technik zu Beginn der 80er Jahre entsprechend, wurde damals eine Kombination aus SPS, Analogtechnik, Schützen und Sicherheitsrelais für die Maschinensteuerung und Überwachung der Bahn eingesetzt.

Erfahrung zählt

Schon der erste Umbau der Bahn für den Personentransport lief unter der Federführung des Automatisierungs-Experten und Sachverständigen für Seilbahntechnik Joachim Liesmann. Als gute drei Jahrzehnte später durch den Betreiber, der E.ON-Wasserkraft GmbH, sowie dem Zweckverband Naturpark, eine weitere grundlegende Sanierung der Anlage beschlossen wurde, sollten die Kenntnisse dieses Erfahrungsträgers und damit von PBI aus Hürth bei Köln zum Einsatz kommen.

Neben dem speziellen Wissen über Seilbahntechnik und Mascbhinensteuerungen verfügt das Unternehmen über Erfahrung mit Fördertechnik in extremen Umgebungen, wie Tagebau und Hafenanlagen. So bekam PBI den Auftrag für die komplette elektrische und mechanische Sanierung übertragen.

Richtlinien und Normen im Wandel

Erforderlich wurde die Sanierung der Anlage unter anderem, um die Anforderungen der aktuellen europäischen Normen und Richtlinien für „Seilbahnen für den Personenverkehr“ zu erfüllen. Der europäischen Maschinenbau-Richtlinie EN13243 entsprechend, hat PBI zunächst eine Gefahrenanalyse erstellt, um daraus einen Anforderungskatalog mit Sicherungs-Maßnahmen zu formulieren. Weil es um Personenbeförderung geht, wurden die meisten Sicherheits-Einrichtungen mit der Sicherheits-Kategorie SIL 3 nach IEC 61508 bzw. Kategorie 4 nach EN 954-1 bewertet. Dem entsprechend musste ein Maschinen-Steuerungs-System gewählt werden, das diese Anforderungen erfüllt.

Spezielle Anforderungen

Die Automatisierung der Anlage war eine anspruchsvolle Aufgabe, weil geografisch weit auseinander liegende Bedien- und Beobachtungsstellen mit sicherheitstechnischen Einrichtungen zu verschalten waren. In der Fahrgastkabine sind in beiden Fahrtrichtungen Steuerpulte integriert, an denen ein Kabinenführer die Seilbahn bedient und die wichtigsten Betriebsparameter beobachtet. Zusätzlich kann für Revisions- und Reparaturfahrten die Anlage über Bedienpulte in der Talstation und in der 300 Höhenmeter entfernten Bergstation betrieben werden.

In diesen beiden Stationen, sowie in der Leitwarte des zugehörigen Pumpspeicher-Kraftwerkes lässt sich der Anlagenstatus visualisieren. Über sicherheitsgerichtete Not-Aus-Taster in den Stationen und in der Fahrgastkabine ist die Bahn in den Not-Halt setzbar. Spezielle Sicherheits-Einrichtungen, wie die Überwachung der Türen oder des Zugseils während der Fahrt, mussten in die Maschinensteuerungs-Technik integriert werden.

Flexibel ohne Aufwand

Um dieser Herausforderung möglichst effektiv zu entsprechen, hat sich das PBI-Team für das Simatic-Safety-Steuerungssystem von Siemens entschieden. Mit der Kombination von Standard- und Sicherheits-Programm in einer speicherprogrammierbaren Maschinensteuerung und der fehlersicheren Datenübertragung über Profibus-DP, konnten alle Anforderungen an die Sicherheitstechnik und an die Kommunikation zwischen den Stationen mit minimalem Aufwand erfüllt werden. Eine fehlersichere speicherprogrammierbare Maschinensteuerung Simatic S7-315F steuert alle Funktionen der Fahrgastkabine. Neben den Standardfunktionen, wie dem Weiterleiten der Fahrbefehle, der Lüftung und der Beleuchtung, sind in dieser Steuerung auch die fehlersicheren Funktionen für die Schiebetüren und den Not-Aus-Tastern realisiert. Über einen induktiv eingekoppelten Linienleiter werden die Fahrbefehle an die Windensteuerung, ebenfalls eine fehlersichere S7-315F, in der Bergstation übertragen.

Sicher auch in Ausnahmesituationen

In der Bergstation befindet sich das Herz der Standseilbahn – die Winde, mit der die Fahrgastkabine den Hang hinaufgezogen bzw. herabgelassen wird. Gemäß der redundanten Auslegung der sicherheitsgerichteten Betriebseinrichtungen nach SIL 3 bzw. Kat. 4 sichern zwei autarke Bremssysteme die Kabine gegen ein ungewolltes Abfahren.

Die auf den Antriebsmotor wirkende Bremse steuert die fehlersichere speicherprogrammierbare Maschinensteuerung der Winde, während die zweite – direkt an der Winde aktive Bremse – von einer eigenen SPS kontrolliert wird. Somit ist auch beim Bruch der Achse oder beim Ausfall einer Steuerung ein sicheres Bremsen garantiert. Damit keine zu hohen Bremskräfte entstehen, muss es sich verhindern lassen, dass beide Systeme gleichzeitig aktiv werden.

Die Brems-Verriegelung erfolgt durch Austausch von Daten zwischen beiden Steuerungen über die gekoppelten Profibus-DP-Stränge unter Verwendung von Profisafe – darüber wird auch der Ausfall des jeweils anderen Bremssystems erkannt. Damit auch bei einem Netzausfall garantiert nur eine Bremse betätigt wird, sind die Steuerungen mit einer USV gegen Spannungsausfall gesichert. Sollte das Zugseil reißen, dann wird zudem aus dem Führerstand heraus eine Fangbremse aktiviert, die den Wagen in den Schienen festhält. Diese Bremse überwacht die fehlersichere Steuerung an Bord der Fahrgastkabine.

Verständigung über Lichtwellenleiter

Alle Fahrfunktionen lassen sich zentral über die Windensteuerung in der Bergstation verwalten. Dazu gehört die Not-Halt-Funktion ebenso wie die sichere Überwachung der Geschwindigkeit. Für die Kommunikation zu den Bedienpulten in der Talstation und in der Leitwarte wurde der Profibus-DP über Lichtwellenleiter gewählt. Das Profisafe-Profil ermöglicht hierbei, Standardsignale und sicherheitsrelevante Daten gemeinsam in einem Peripheriegerät einzulesen und zu übertragen. Über Profibus-DP waren auch die Beobachtungsgeräte Simatic MP 270 in jeder der Stationen einfach integrierbar.

Zu Ostern sicher auf den Peterskopf

Die hohen Anforderungen, die an Seilbahnen für Personentransport gestellt werden, haben die Techniker von PBI mit dem Simatic-Safety-System schnell und umfassend umgesetzt. Mussten in der bisherigen Automatisierung der Anlage die Daten der fehlersicheren Steuerelemente umständlich in die Standard-SPS übertragen werden, so lassen sich im neuen System die komplexen Verknüpfungen der Standardautomatisierung mit der Sicherheitstechnik einfach im Programm erstellen. Mit Profibus-DP gibt es einen Systembus für die Automatisierungstechnik, über den alle Peripheriegeräte und Bedieneinheiten verbunden sind und der fehlersichere und Standardsignale auf gleichem Weg überträgt. Diese Vorteile und die Vorzüge der durchgängigen Programmierung und Projektierung von Simatic, bei der Visualisierungs-Systeme und Diagnose schnell und einfach integrierbar ist, haben die PBI-Techniker überzeugt. Für jeden, der sich selber von der Zuverlässigkeit des Systems überzeugen möchte, steht die Standseilbahn am Peterskopf ab Ostern 2007 wieder Verfügung.

Normen und Zertifikate

Um die funktionale Sicherheit einer Maschine oder Anlage zu erreichen, ist es notwendig, dass die sicherheitsrelevanten Teile der Schutz- und Steuereinrichtungen zuverlässig funktionieren und sich im Fehlerfall so verhalten, dass die Anlage in einem sicheren Zustand bleibt oder in diesen gebracht wird. Hierzu werden besondere Anforderungen an die Produkte gestellt, die in Normen niedergeschrieben sind. Die entsprechenden Produkt-Zertifikate belegen deren Einhaltung:

• IEC 61508 und IEC 62061 (bis SIL 3);

• EN 954 (bis Kat. 4);

• NFPA 79 – 2002;

• NFPA 85;

• TÜV-Zertifikat No. Z10 05 08 20411 002

• UL 1998, UL 508 und UL 991.

Siemens Automation and Drives (A&D), Fax +49(0)911 9783282

Dipl.-Ing. Andreas Peters, Promotor für Fehlersichere Steuerungssysteme, Siemens Automation and Drives (A&D)

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