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Faktor Mensch in der flexiblen Prozessautomation

Weil die Prozessführung in Mehrproduktanlagen so komplex ist, spielt der Faktor Mensch und damit das Thema „menschliches Versagen“ eine nicht zu ­unterschätzende Rolle (Quelle: Monty Rakusen/Getty Images)

Weil die Prozessführung in Mehrproduktanlagen so komplex ist, spielt der Faktor Mensch und damit das Thema „menschliches Versagen“ eine nicht zu ­unterschätzende Rolle (Quelle: Monty Rakusen/Getty Images)

01  Mehrproduktanlage zur Herstellung von organischen Peroxiden. Auf dem Reaktor der Conti-Anlage ist das Rührgerät (RM 16) angebracht. In der Destillationsanlage (K 11, rechts) wird ein Zwischenprodukt thermisch aufgetrennt (Quelle: United Initators)

01  Mehrproduktanlage zur Herstellung von organischen Peroxiden. Auf dem Reaktor der Conti-Anlage ist das Rührgerät (RM 16) angebracht. In der Destillationsanlage (K 11, rechts) wird ein Zwischenprodukt thermisch aufgetrennt (Quelle: United Initators)

02  Der Kontrollraum für die Überwachung der automatisierten Prozesse. In der SPS sind alle Produktionsprogramme und Rezepte permanent geladen (Quelle: United Initators)

02  Der Kontrollraum für die Überwachung der automatisierten Prozesse. In der SPS sind alle Produktionsprogramme und Rezepte permanent geladen (Quelle: United Initators)

Der Betrieb von Mehrproduktanlagen weist ein breites Gefahrenspektrum auf. Nicht nur die Prozessautomation ist flexibel auf die Herstellung der verschiedenen Produkte anzupassen, auch das Bedienpersonal muss sich auf häufige Rezeptwechsel einstellen. TÜV SÜD Process Safety zeigt, wie die Produktion dennoch sicher bleibt.

Hohe Effektivität und Flexibilität rücken bei verfahrenstechnischen Prozessen immer stärker in den Fokus – gerade in Zeiten des immer härter werdenden globalen Wettbewerbs. Diese besonderen Anforderungen erfüllen Mehrproduktanlagen. Dank modernster Technik und modularer Bauweise sind sie einfach zu planen und zu installieren. Die Herausforderung liegt in einem anderen Bereich: Im sicheren Fahren der Anlagen. Dafür wird ein Automa­tionskonzept benötigt, das sich flexibel an die wechselnden Produktionsaufgaben anpasst. Denn stark variierende Prozessparameter und sich ändernde Steuerungsaufgaben müssen stets sicher beherrscht werden. Weil die Prozessführung so komplex ist, spielt aber auch der Faktor Mensch und damit ebenso das Thema „menschliches Versagen“ eine nicht zu unterschätzende Rolle. Schließlich hat der Bediener einen großen Einfluss auf Kontroll- und Sicherheitseinrichtungen – trotz des hohen Automatisierungsgrades. Aus verfahrenstechnischer Sicht kommt ein weiterer Aspekt hinzu: Es wird auf Anlagen produziert, die nicht immer im Detail auf jede einzelne Produktionsaufgabe exakt so ausgelegt sein können, wie dies bei Monoanlagen der Fall ist.

Prozesssicherheit und Faktor Mensch
Analysen von Vorfällen in der Prozessindustrie zeigen, dass in 40 % bis 60 % der untersuchten Ereignisse der Faktor Mensch eine kausale oder beitragende Rolle spielt. Für den klaren Fall einer Fehlbedienung ist der Zusammenhang zwischen menschlichem Verhalten und einem Vorfall eindeutig herzustellen. Schwieriger wird es bei organisationsbezogenen Faktoren. Dazu gehören beispielsweise fehlende oder fehlerhafte Managemententscheidungen.
Das könnte ein Grund dafür sein, dass der Anteil menschlichen Verhaltens an der Entstehung eines Vorfalls zum Teil unterschiedlich hoch beziffert wird. Zudem ereignen sich manchmal mehrere Dinge gleichzeitig: Eine Kombination aus Fehlverhalten, technischen Problemen oder Defekten löst in Summe einen Vorfall aus, wie eine durchgehende Reaktion oder einen Stoffaustritt. Das gilt umso mehr, wenn dem Einzelnen immer mehr Aufgaben übertragen werden, weil der hohe Wettbewerbsdruck Personaleinsparungen unumgänglich macht.

Sinnvolle Aufgabenverteilung
Das Risiko eines Bedienfehlers ist bei Mehrproduktanlagen besonders groß. Es lässt sich vermindern, wenn die Aufgaben zwischen dem Bediener und der automatisierten bzw. teilautomatisierten Anlage sinnvoll verteilt sind. Sicherheit und Zuverlässigkeit ist die Domäne der Automation. Ist sie fehlerhaft, können neue, vorher nicht betrachtete Risiken entstehen. So sind bei einem Rezeptwechsel die Prozessparameter sowie der Grad der Automatisierung anzupassen. Die Bediener überwachen die Produktion, welche bei höherem Automatisierungsgrad auch weitgehend von alleine ­ablaufen kann. Auch sie müssen sich auf die neue Produktionsaufgabe einstellen. Die Umstellung kann neue Kennwerte und konfigurierte Alarme, aber auch Anweisungen für den Umgang mit reaktiven Stoffen betreffen. Das Vertrauen des Bedieners in die Automation ist ein wesentlicher Aspekt bei der Effizienz: Ist es zu gering, greift er zu häufig unnötig ein – er vertraut seiner eigenen Wahrnehmung und seinen Fähigkeiten mehr als der Automation. Im umgekehrten Fall wird die „wahre“ Zuverlässigkeit der Automation überbewertet. Das kann dazu führen, dass der Bediener seine Kontrollaufgaben vernachlässigt.

Alarme priorisieren
In manchen Produktionsbetrieben sind mehrere hundert Alarme pro Tag keine Seltenheit. Isolierte Alarme zu konfigurieren, ist dank moderner Prozessleitsysteme relativ einfach. In der Praxis wird lieber ein Alarm zu viel, als zu wenig ausgelöst. Zudem gibt es auch Alarme, die für den Bediener nicht zwingend Konsequenzen haben müssen. Auslöser hierfür können beispielsweise verschmutzte Sensoren, zu eng gesetzte Prozessparameter oder nicht optimal laufende Regelkreise sein. Das Bedienpersonal wird vor die Herausforderung gestellt, die Priorität von Alarmen richtig einzuschätzen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, kritische Alarme für das Anlagenpersonal leicht erkennbar zu gestalten.

Bediener einbinden – Arbeitsabläufe optimieren
TÜV SÜD empfiehlt, die Systemeigenschaften in Bezug auf alle sicherheitsrelevanten Faktoren zu identifizieren. Hierzu zählen die Technik, die Organisation und der Mensch. Als Basis dienen systematische Sicherheitsbetrachtungen gemäß den Regelwerksanforderungen und Aufgabenanalysen, die den Bediener in das Gesamtsystem der Anlage einbeziehen. Die Betreiber sollten die Arbeitsabläufe stetig weiterentwickeln. Wechsel der Rezepturen sollten so eingeplant werden, dass sie die Bediener nicht zu viel und nicht zu wenig fordern. Geplante Umstellungen und ihre Auswirkungen müssen von Mitarbeitern verstanden und auch verinnerlicht werden. Das Anlagen- und Prozessdesign muss darauf ausgerichtet sein, menschliche Fehler bei der Umstellung zu vermeiden. Weil der Faktor Mensch eine entscheidende Rolle beim Fahren von Mehrproduktanlagen spielt, reichen technische Sicherheitslösungen alleine hier nicht aus.

Sichere Produktion von organischen Peroxiden
Organische Peroxide werden primär als Polymerisationsinitiatoren, Härter und Verbinder für synthetische Harze und Gummi eingesetzt. Bei der großtechnischen Herstellung ist ein sorgfältiger Umgang und besondere Sicherheitstechnik zwingend erforderlich. Denn organische Peroxide sind verhältnismäßig instabile, temperaturempfindliche und brandfördernde Verbindungen. Einige davon sind zusätzlich explosionsgefährlich.
Die Produktionsstätte Pullach befindet sich am südlichen Stadtrand von München und wird von United Initiators (vormals: Degussa Initiators) betrieben. Im Jahre 2001 wurde ein neues Automationskonzept eingeführt, das die geforderte Flexibilität für die Produktion mit Batchprozessen in Mehrproduktanlagen (Bild 1) ermöglichen sollte. Innova­tionstreiber waren der hohe Wettbewerbsdruck und eine zum damaligen Zeitpunkt veraltete Prozessleittechnik. Zwei Produktionsgebäude mit acht Produktionszellen inklusive der verbundenen Messwarten und Arbeitsplätze wurden zusammengelegt. Zudem war die Synchronisierung eines Prozessleitsystems mit einem Sicherheitssystem geplant.
Das Unternehmen entschied sich für ein Scada-System, das dem sicherheitsgerichteten Leitsystem übergeordnet ist (Bild 2). Die Verbindung des Scada-Systems zur Sicherheitssteuerung erfolgt über einen OPC-Server. Alle Produktionsprogramme und auch die Rezepte sind permanent in der SPS geladen. So wurde die Programm- und Rezeptauswahl ebenfalls automatisiert. Das Konzept kommt bis heute erfolgreich zum Einsatz. TÜV SÜD unterstützte den Betreiber beim Implementieren eines sogenannten „Handshake-Verfahrens“, das das Scada- mit dem Sicherheitssystem verbindet und auf dem Vier-Augen-Prinzip basiert. Im Bereich der automatisierten Rohstoffzufuhr erfolgt die Datenkommunikation der Produktionseinheiten über Safeethernet. Das Konzept ermöglicht es, den Automatisierungsgrad der Mehrproduktanlage zu steigern, flexibler zu produzieren und dabei immer die Schnittstelle „Mensch-Prozess“ im Blick zu behalten. Der erreichte Safety Integrity Level (SIL) 3 entspricht dem in DIN EN 61508-1 geforderten Sicherheitsniveau. (no)

Dr. Thomas Gmeinwieser ist Expert Process Safety bei TÜV SÜD Process Safety im Büro Deutschland in Hohenschäftlarn. thomas.gmeinwieser@tuev-sued.ch

Dr. Thomas Gmeinwieser ist Expert Process Safety bei TÜV SÜD Process Safety im Büro Deutschland in Hohenschäftlarn. thomas.gmeinwieser@tuev-sued.ch