/// Produkte · Software & Automatisierung

Bioprozess Automatisierung

Die Steuerungsseite unserer Bioreaktoren, vom einzelnen Tischmodul bis zur Industrieanlage: Software, Steuerungsmodule, Revamping bestehender Systeme und Sonderautomatisierung.

IP66 / NEMA 4X

Schutzart

CE · UL 508A · CSA

Systemzertifizierungen

400 V AC

Dreiphasig, 50/60 Hz

65 kA

SCCR bei 480 V AC

OPC UA

Kommunikationsarchitektur

PL e · SIL 3

Höchste Sicherheitsstufe

/// Schaltschrank

Schalt- und Steuerschrank für den industriellen Bioreaktor

Der Schaltschrank in Edelstahl AISI 304 mit satinierter Oberfläche ist für die Führung und Regelung eines industriellen Bioreaktors ausgelegt. Das gesamte System entspricht den internationalen Normen und trägt die Zertifizierungen CE, UL und CSA für den Einsatz auf dem europäischen und dem nordamerikanischen Markt.

Die Architektur beruht auf dem offenen, sicheren und standardisierten OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) und trennt die Betriebsaufgaben klar voneinander.

Logiksteuerung, Sicherheit und Aktorik (PLC)

Die PLC-Plattformen von Siemens oder Allen-Bradley führen die Sicherheitsverriegelungen in Echtzeit, die physikalischen Prozessregelkreise (Temperatur und Druck) und die Ventilansteuerung. Die Prozessventile werden von einer über IP Ethernet angebundenen SMC-Ventilinsel betätigt.

Analytische Erfassung und Integration (Vinci Biotechnologies & Bioflex™)

Die Kultivierungsparameter — pH, Gelöstsauerstoff (DO) und Biomasse — werden von der eigens dafür vorgesehenen Kbiotech-Elektronikkarte erfasst, die nativ über OPC UA mit der lokalen PLC spricht und die Daten weitergibt, die die Echtzeit-Regelung braucht, etwa für die korrigierende Dosierung.

/// Technisches Datenblatt

Technische Daten

Allgemeine und mechanische Daten

Werkstoff des Gehäuses: Edelstahl AISI 304 (EN 1.4301) mit feiner Satinierung (Scotch-Brite), geeignet für Reinräume in Pharma und Lebensmittelindustrie.
Schutzart: IP66 / NEMA 4X: vollständiger Schutz gegen Staubeintritt, Hochdruckwasserstrahlen und korrosive Medien.
Zugänglichkeit: Fronttür mit verdeckten Scharnieren, Doppelbart-Schließeinsätzen und robustem mechanisch verriegeltem Hauptschaltergriff.
Systemzertifizierungen: CE-Kennzeichnung (Maschinen-, Niederspannungs- und EMV-Richtlinie) · UL 508A listed (Industriesteuerschränke, USA) · CSA C22.2 No. 14 zertifiziert (Kanada).
Innere Trennung: Physische Trennung nach den Vorgaben von UL 508A: Isolierbarrieren trennen die Leistungskreise von den Steuer- und Signalkreisen (PELV/SELV).
EMV-Schirmung: Die Kbiotech-Karte und die Klemmenleisten der Kultivierungssensoren sitzen in einem eigenen geschirmten Metallabteil, um die elektromagnetischen Störungen der Leistungsantriebe auszuschließen, etwa der Frequenzumrichter der Rührmotoren.
Pneumatische Trennung: Die SMC-Ventilinsel liegt abgetrennt in einem unteren Abteil mit Kondensatabläufen: Mikroleckagen von Druckluft oder Feuchtigkeit erreichen die kritischen Elektronikkomponenten nicht.

Einspeisung und Verteilung

Netzspannung: 400 V AC ±10 %, dreiphasig + Neutralleiter + Erde, 50/60 Hz.
Alternative Netzkonfiguration: Hardwareseitige Zweispannungsauslegung für 110 V AC (60 Hz, US-Netze) oder 220 V AC einphasig.
Nennleistung: Skaliert mit dem Bioreaktorvolumen und der thermischen Last: Rührmotoren, Heizung und Kühlung des Behältermantels.
Hilfsspannungsversorgung: Stabilisierte 24 V DC aus redundanten Class-2-Netzteilen mit UL-Zulassung, für den unterbrechungsfreien Betrieb der PLC, der SMC-Ventilinsel und des Kbiotech-Systems.
Kurzschlussstromfestigkeit (SCCR): Serienmäßig 65 kA SCCR bei 480 V AC, oder auf die Anforderungen der Anlage abgestimmt, ohne vorgeschaltete Trenntransformatoren.
Nachweisverfahren nach UL 508A: Der Gesamt-SCCR des Schranks wird nach UL 508A Supplement SB berechnet und nachgewiesen.
Koordination der Komponenten: Alle Komponenten der Einspeisung — Hauptschalter, strombegrenzende Sicherungen Class CC oder J, Sicherheitsschütze und Motorstarter — sind mit hohem Schaltvermögen aufeinander abgestimmt. Nachgeschaltete Komponenten (24-V-DC-Netzteile, Frequenzumrichter) sind durch richtig bemessene Überstromschutzeinrichtungen (OCPD) geschützt, damit eine einzelne schwächer bemessene Komponente nicht den ganzen Schrank herabstuft, etwa auf 5 kA.

Steuerungsarchitektur (Siemens / Allen-Bradley PLC)

Hardware-Plattform: Siemens S7-1500 / ET 200SP oder Allen-Bradley CompactLogix / ControlLogix.
Kernaufgaben: Ausführung der PID-Regelkreise für Temperatur und Druck, der Verriegelungslogik, der automatisierten CIP/SIP-Sequenzen und der zeitlich hochauflösenden Ansteuerung der Prozessventile.
Netzwerk im Schaltschrank: Managed Industrial-Ethernet-Switch, ausgelegt auf die Segmentierung des Feldnetzverkehrs (PROFINET oder EtherNet/IP).

SMC-Ventilinsel (über IP Ethernet gesteuert)

Modell / Baureihe: Hocheffiziente Ventilinsel SMC Serie SY oder gleichwertig, mit integriertem Feldbus-Kommunikationsknoten.
Kommunikationsschnittstelle: EtherNet/IP oder PROFINET (IP Ethernet), direkt an die Master-PLC angebunden.
Funktion: Pneumatische Vorsteuerung der Prozessventile des Bioreaktors: Gaswege, Inokulation, Probenahme, Nährstoffzufuhr und Bodenablassventil des Behälters. Unterstützt Felddiagnose — Spulenstatus, Kurzschlüsse, Zyklenzählung.

Analytische Erfassung und Netzwerk (Vinci Biotechnologies & Bioflex™)

Erfassungshardware: Kbiotech-Elektronikkarte mit integrierter National-Instruments-cRIO-SOM-Technik, untergebracht in einem gegen elektromagnetische Störungen geschirmten Innenabteil.
pH-Wert: Schnittstelle für Einstabmesskette mit automatischer Temperaturkompensation (ATC).
Gelöstsauerstoff (DO): Eigene Kanäle für optische (Lumineszenz-) oder amperometrische Sensoren.
Biomasse: Einbindung von Sensoren für optische Dichte (OD) oder für die Lebendzelldichte auf Kapazitätsbasis.
Zusatzkanäle: Vorbereitung für Redoxpotential (ORP), pCO₂ oder Leitfähigkeit.
Schnittstelle zur lokalen PLC (OPC UA): Verschlüsselte Client/Server-Kommunikation in Echtzeit: Die PLC liest die Kultivierungsparameter, um die Dosierpumpen zu führen — Säure, Lauge, Antischaum, Nährstoffe — und gibt Kalibrierbefehle an die Kbiotech-Karte weiter.
Verteilung an mehrere PLC im Netzwerk: Der eingebettete OPC-UA-Server nimmt mehrere Clients gleichzeitig an: Kultivierungsdaten lassen sich in Echtzeit an fremde PLC spiegeln — Medienversorgung, Anlagen-SCADA, Tanksteuerungen — ohne Zwischenhardware.
Schnittstelle zum externen Netzwerk: Ein eigener Netzwerk-Uplink bringt die Daten ins Firmennetz, für das native Zusammenspiel mit Bioflex™: Fernüberwachung, automatisierte Zufütterungsstrategien und sichere Chargendatenaufzeichnung.

Direkte Sensoreingänge der PLC (Sicherheit und physikalischer Prozess)

Temperatur: RTD-Fühler (PT100/PT1000) direkt an die Temperaturbaugruppen der PLC verdrahtet, für Prozessregelung und Sicherheitsgrenzwerte.
Druck: Hygienische Messumformer 4–20 mA oder HART, direkt von der PLC gelesen, für die Gegendruckregelung und Überdruckalarme.

Sicherheitssystem (Stopp und Wiederanlauf)

Sicherheitsniveau: Ausgelegt nach den CE-Richtlinien und den UL-Normen bis PL d / PL e (ISO 13849-1) oder SIL 2 / SIL 3 (IEC 61508).
Not-Aus: Fest verdrahteter, zweikanalig redundanter Sicherheitskreis über Sicherheitsrelais oder eine Sicherheits-PLC, ausgelöst von den Not-Halt-Pilztastern. Er schaltet Motoren, Heizelemente und Dosierpumpen spannungsfrei und nimmt die Ausgangsleistung der SMC-Ventilinsel weg.
Sicherer Wiederanlauf: Das Rücksetzen verlangt einen bereinigten Sicherheitszustand und den manuellen Eingriff am blau beleuchteten Reset-Taster an der Schrankfront. Die PLC und Bioflex™ protokollieren den Übergang und frieren die laufende Rezeptphase ein, sodass weder Motoren ungewollt anlaufen noch Ventile versehentlich öffnen.

/// Der Rest der Plattform

Bioflex™-Software

SCADA-Plattform für die Bioprozesssteuerung: sie überwacht bis zu 12 Bioreaktoren gemeinsam, mit Rezepten, Audit Trail und elektronischen Signaturen konform zu FDA 21 CFR Part 11.

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Biobook I/O-Module

Jedes Modul arbeitet eigenständig oder als Teil einer vollständig integrierten Bioreaktor-Plattform, für unterschiedliche Laborkonfigurationen, Prozesse und Anwendungen.

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