Steuerung Sicherheit für den Untertagebau

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Pilz GmbH & Co. KG

Maschinen für den Einsatz Untertage müssen besonders sicher sein. Das österreichische Unternehmen Sandvik verlässt sich hierbei auf Systeme des Automatisierungsexperten Pilz.

Manche Maschinen beeindrucken alleine durch ihre Größe – wie die Bergbaumaschinen der Sandvik Mining and Construction GmbH aus Zeltweg in der österreichischen Steiermark. Der Hersteller von „Vortriebs- und Gewinnungsmaschinen für den schneidenden Abbau von Mineral-, Kohle- und Erzlagerstätten“ baut unterschiedliche Maschinentypen für diverse Anwendungen und raueste Umgebungen; etwa für den Kohleabbau, wo sie ihre Aufgaben zuverlässig und ohne Gefährdung für Mensch und Abbauort erfüllen – Stichwort: explosionsgefährdeter Bereich.

Komplexer Entwicklungsprozess

Die Sicherheitsanforderungen für solche Maschinen sind somit entsprechend hoch, der Prozess bis zur einsatzbereiten Maschine dadurch komplex und lang, oft über Jahre. Denn die Technik „dahinter“ muss programmiert, geprüft und schließlich an der Maschine selbst installiert werden. Darüber hinaus finden unzählige Projektschritte wie Prüfprozesse oder etwa Sicherheitsabnahmen statt.

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Der deutsche Automatisierer Pilz ist als Entwicklungspartner am Standort Zeltweg mitverantwortlich dafür, dass die Sandvik-Maschinen alle notwendigen Safety-Vorgaben erfüllen. Insbesondere, wenn es darum geht, die Gefahr von Explosionen untertage vor allem durch Methan, also Grubengase, auszuschließen: Zur Eindämmung der austretenden Methangase werden Wasserdüsen am Schneidkopf der Bergbaumaschinen eingesetzt. Diese können Explosionen in dreifacher Weise verhindern:

• 1. Die Bedüsung kühlt die Schneidmeißel

• 2. Durch die Anordnung der Düsen wird gezielt Frischluft angesaugt und in den Schneidbereich eingebracht

• 3. Durch eine entsprechend hohe Luftgeschwindigkeit wird eine potenzielle Zündquelle nur sehr kurz in der kritischen Zone verweilen, Methan als zündträges Gas entzündet sich nicht.

Umfangreiche Programmierung

Um ein Gefahrenpotenzial vollständig auszuschließen, müssen die vorgeschriebenen Mindestwerte für Wasserdurchfluss und -druck bzw. Luftdruck eingehalten werden. Dies muss schon bei der Programmierung berücksichtigt werden. Zusätzlich muss erkannt werden, ob eine Düse verstopft oder verloren gegangen ist.

Pilz ist als Entwicklungspartner am Standort Zeltweg mitverantwortlich dafür, dass die Sandvik-Maschinen alle notwendigen Safety-Vorgaben erfüllen. Insbesondere, wenn es darum geht, die Gefahr von Explosionen untertage vor allem durch Methan, also Grubengasen, auszuschließen: Zur Eindämmung der austretenden Methangase werden Wasserdüsen am Schneidkopf der Bergbaumaschinen eingesetzt.

Alle Zulassungsprozesse begleitet

So auch bei der Sandvik MB670-1 Bolter Miner, die für den Langkammerkohlebau konstruiert ist. Das Ziel und der Mehrwert für den Kunden: höhere Vortriebsleistungen unter rauen Bergbaubedingungen und in engen Räumen. Ein anspruchsvolles Ziel, für das Sandvik Pilz als langjährigen und erfahrenen Partner mit ins Boot holte. Der Automatisierungsexperte brachte neben der notwendigen Hardware und Software vor allem fachliches Know-how und die notwendige Erfahrung, offizielle Zulassungsprozesse von A bis Z durchzuführen, mit. So begleitete Pilz den kompletten Umbau der Maschinen auf die neue Bedüsungsüberwachung und dem entsprechenden Test- bzw. Prüfstand sowie die Abnahme durch die Dekra und zeichnete für den umfangreichen, im Hintergrund getätigten Programmieraufwand verantwortlich. Auch die Schulungen der Sandvik-Mitarbeiter gehörten dazu.

„Entscheidend war, dass Pilz als Experte der Sicherheitstechnik zusätzlich über Erfahrungen bei behördlichen Zulassungsprozessen hat“, erklärt Dominik Pichler, Manager Final Assembly Electric & Electronic Center der Division Mechanical Cutting bei Sandvik. Ein Großteil der Dokumentation liegt zwar auf Seiten von Sandvik, wie das Pflichtenheft und die Sicherheitsbewertung/Risikobeurteilung. Die spezifischen Dokumente zu Programm, Hardware-Komponenten, SafetyCheck, Erstellung der notwendigen Prüfungsprotokolle usw. lagen aber in der Verantwortung von Pilz. Zudem unterstützte Pilz Sandvik bei der Abnahme der Maschine.

Zweigeteilter Projektablauf

Zuvor wurde das umfangreiche Projekt erst einmal in zwei technische Hauptabschnitte unterteilt: „on machine“ und „Prüfstand“. Im Projektschritt on machine stand der Einsatz des Bedüsungssystems SMS III an der Maschine selbst im Mittelpunkt, wobei die notwendige Überwachung der Düsen bzw. Maschine das Automatisierungssystem PSS 4000 von Pilz übernimmt. Sandvik kann je nach Maschine die Parametrierung nochmals anpassen oder dies dem Endanwender überlassen – in einem von Sandvik freigegebenen Parametrierumfang.

Der zweite Teil des Projekts hat den so genannten Prüfstand im Blick. Dominik Pichler erklärt: „Damit jedes System vor dem Einbau an der Maschine ausführlich parametriert und getestet werden kann, ist ein so genannter Test- oder Prüfstand entwickelt worden, der nicht nur das neue System – SMS III mit PSS 4000 –, sondern auch das vorhandene System – SMS II mit der Vorgängersteuerung PSS 3000 – abdeckt. Dabei werden alle analogen und digitalen Signale simuliert und sie sind über eine Visualisierung einstellbar.“ Im konkreten Projekt sollte die Maschine in Serie angefertigt werden. Ein Plus, denn so kann die Lösung in verschiedenen Maschinentypen von Sandvik eingesetzt werden. „Das ist ein Bonus,“ freut sich Pichler.

Zeit für eine neue Steuerungsgeneration

„Zum Startzeitpunkt des Projekts war bereits klar, dass die frühere Steuerung PSS 3000 der Sandvik-Maschinentypen dringend ausgetauscht gehört“, so Pichler. Der Produktlebenszyklus der nach den Prinzipien der integrierten Explosionssicherheit konzipierten und extrem robusten PSS 3000 war überschritten. So konnte nur der Gesamtdurchfluss bewertet werden, verstopfte oder verlorene Düsen wurden nicht erkannt. Damit hatte das System hatte aus Sicht des Unternehmens seine Grenzen hinsichtlich Bedienbarkeit und daher auch für Wartung und Betriebssicherheit erreicht. Zudem konnte es nur vom Maschinenhersteller Sandvik und nicht vom Betreiber parametriert werden. Auch fehlte eine Visualisierung der Werte. Und schließlich wollte man sich von Seiten Sandvik hinsichtlich der anstehenden Reparatur und Ersatzteilverfügbarkeit absichern und sich für die Zukunft rüsten.

Maschinensicherheit

Safety und Security ganzheitlich betrachten

Bei der Sandvik MB670-1 Bolter Miner hat Pilz als Partner den gesamten Entwicklungsprozess begleitet, bis hin zur erfolgreichen Inbetriebnahme beim Endkunden. Das Ziel bei diesem und jedem weiteren gemeinsamen Projekt ist es, den nachfolgenden Arbeitsaufwand beim Endanwender zu minimieren. Das bedeutet, dass das dazugewonnene Know-how an der jeweils aktuellen Maschine „von Zeltweg“ aus direkt an die Endkunden weitergegeben werden kann. Erst damit ist das Projekt erfolgreich abgeschlossen. Zumindest bis auf Weiteres: Für Pilz ist „nach dem Projekt vor dem Projekt“ – bis wieder ein neuer Maschinentyp von Sandvik auf den Markt kommt.

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