Intelligente Antriebsüberwachung von Förderbändern
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Bild 1. Die kontinuierlicher Erfassung und Auswertung aller Betriebsströme der Förderbandantriebe, mit „SmartWire-DT“ und PKE-Motorstarter gewährleisten eine hohe Verfügbarkeit der Anlage auch unter extrem wechselnden Betriebsbedingungen
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Bild 2. „SmartWire-DT“ ist ein leistungsfähiges Kommunikations- und Verdrahtungssystem, mit dem der Montage- und Verdrahtungsaufwand bei vielen Schaltanlagen um mehr als 60 % reduziert werden kann
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Bild 3 a und b. „SmartWire-DT“ übeträgt alle Betriebszustände, wie Ein, Aus und prozentuale Auslastung der Antriebsmotoren, an das Proszess-leitsystem. Dies erlaubt die Auslastung der Anlage bis zur Leistungsgrenze und verhindert Ausfälle durch Überlast
Das Unternehmen BSL Brech- und Siebwerk Lorüns nutzte die Winterpause 2010/11 dazu, die bestehende Sand- und Kiesanlage zu erweitern und technisch auf den aktuellen Stand zu bringen. So wurde neben dem Umstieg auf ein modernes Prozessleitsystem auch der gesamte Leistungsteil ausgetauscht. Zudem kam die Kommunikations- und Verbindungstechnologie Smartwire-DT in Kombination mit dem elektronischen Motorschutzschalter von Eaton zum Einsatz.
Das Brech- und Siebwerk in Lorüns/Österreich hat im Winter bei Minustemperaturen vielfach mit vereisten Steigbändern (Bild 1) und damit verbundenen Anlaufschwierigkeiten zu tun. Die Steifheit der leeren Fördergurte, hervorgerufen durch gefrorenes Wasser in den Gurttaschen, lässt die Motorströme bis an die Betriebsgrenze ansteigen. Wird nun Material zugeführt, kommt der Antrieb in den Überlastbereich und der Motorschutz schaltet das Steigband ab. Ein Neustart erfordert nicht selten ein Entleeren der Förderstrecke durch händisches Abschaufeln des Förderguts.
Anlagenoptimierung
Nach der Neuauslegung der Sand- und Kiesanlage auf Smartwire-DT von Eaton läuft heute das vereiste Band vollautomatisiert so lange „warm“ bis der Betriebsstrom auf „Leerfahrt“ gesunken ist. Erst dann wird die Materialbeschickung freigegeben. Das heißt, ein zu frühes Beschicken wird ebenso wie ein zu langes und energieintensives Warmlaufen verhindert. Ein noch größerer Nutzen für BSL resultiert aus dem kontrollierten Betrieb nahe der Leistungsgrenze der Anlage, also eine optimale, gefahrlose Anlagennutzung. Hintergrund ist, dass je nach Feuchte und Korngröße des Transportguts die Transportbänder unterschiedliche Gesamtgewichte transportieren müssen. Hier spielt Smartwire-DT in Kombination mit PKE-Motorschutzschaltern seine Vorteile aus (Bild 2). Diese liegen in der erweiterten Antriebsüberwachung (Bild 3a und b): Der aktuelle Motorstrom kann kontinuierlich abgebildet sowie ausgewertet werden und kommt ohne kostenintensive Analog-IO-Technologie aus.
Bei konventioneller Motoransteuerung mit Motorschutzschalter und Leistungsschütz wird aufgrund der Abfrage der Schaltzustände der beiden Komponenten indirekt auf den Betrieb geschlossen beziehungsweise ein Stillstand erkannt. Für eine reale, sichere Rückmeldung ist zusätzlich eine Hardwarelösung, wie Drehzahlsensor, Lastabwurfrelais etc., notwendig. Und im Fall einer Überlast wird durch Überschreiten des eingestellten Stromwerts der Antrieb sofort abgeschaltet und eine Störung signalisiert, um den Motor vor Zerstörung zu schützen. Dies führt zu ungeplanten, zeit- und kostenträchtigen Betriebsunterbrechungen.
An diesem Punkt erweist sich der Nutzen der Kommunikations- und Verbindungstechnologie aus dem Haus Eaton. Mit der Auswertung des aktuellen Betriebsstroms kann bei BSL zwischen folgenden sechs Betriebszuständen unterschieden werden (variabel je nach Antriebsaufgabe):
• Motor abgeschaltet,
• Motor Unterlast,
• Motor Leerfahrt,
• Motor Betrieb,
• Motor Überlast
sowie
• Motor Störung.
Die einzelnen Lastgrenzen sowie das Zeitverhalten lassen sich frei programmierbar auf jede Antriebsaufgabe individuell anpassen. Dies bietet dem Anlagenbetreiber ein zeitnahes Erkennen von sich anbahnenden Störungen und erlaubt ein rechtzeitiges Eingreifen in den Produktionsprozess, bevor er ungewollt unterbrochen wird.
Fazit
Manfred Keckeis, Geschäftsführer des Auftragnehmers Keckeis Elektrotechnik GmbH, bilanziert: „Unsere gemeinsam mit BSL getroffene Entscheidung, den gesamten Leistungsteil nicht einfach nur zu erweitern, sondern durch Smartwire-DT mit elektronischem Motorschutz PKE zu ersetzen, hat sich in kurzer Zeit – nicht nur finanziell, sondern auch hinsichtlich der Anlagenverfügbarkeit – bezahlt gemacht. Dem begrenzten Raum in der Leitwarte kam neben der übersichtlichen, äußerst schnellen Verdrahtung mit Smartwire-DT vor allem ihr platzsparender Aufbau entgegen. Unser Kunde soll außerdem eine komfortable, einfach bedienbare Lösung erhalten. So sind etwa die Statusmeldungen und Selbstdiagnosemöglichkeiten eine große Hilfe.“ Der Juniorchef Michael Keckeis ergänzt: „“Smartwire-DT”:http://www.moeller.net/de/products_solutions/solutions/smartwire-dt/index.jsp mit PKE spielt überall dort seine Vorzüge aus, wo es um sichere Antriebsrückmeldungen und hohe Anlagenverfügbarkeit geht. Mit dem Kommunikationssystem hat Eaton den Markttrend zu intelligenten Schaltgeräten konsequent weiterverfolgt – und zwar durch eine preislich attraktive Kombination von bewährten aber ertüchtigten Standardschaltgeräten mit dem Kommunikations- und Verbindungssystem.“
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1. Gateway: Anbindung zur übergeordneten Steuerung (Ethernet-IP, Modbus-TCP, Profibus-DP, CANopen); 2. Flachbandleitung; 3. Funktionselement für Schütze DIL und Motorstarter MSC mit PKZ/PKE; 4. Powerfeed 1 (optionale Spannungsversorgung 24 V DC); 5. Funktionselement für Motorstarter MSC mit PKE ; 6. Funktionselement für Leistungsschalter NZM; 7. Funktionselemente Front: Befehls- und Meldegeräte RMQ-Titan für Fronteinbau; 8. Schaltschrankdurchführung, Buchse; 9. Alternative zum Gateway: Touchdisplay-Steuerung mit integriertem „SmartWire-DT“-Master
Das Kommunikationssystem im Überblick
Schaltgeräte werden in der Regel einzeln verdrahtet und auf die Ein- und Ausgänge der Steuerung aufgelegt. Verdrahtungsfehler, aufwendige Verdrahtungs- und Funktionstests sowie längere Diagnosezeiten im Störfall sind trotz ausgeklügelter Automatisierung die Folge. Smartwire-DT macht die Standardschaltgeräte zu kommunikationsfähigen Teilnehmern: Schaltgeräte werden zu intelligenten Automatisierungsgeräten und die herkömmliche Steuerverdrahtung zwischen E/A-Baugruppen und Schaltgeräten wird durch eine neue, deutlich einfachere Verbindungstechnik ersetzt. Die zentrale und die dezentrale E/A-Ebene sind jetzt direkt in die Schaltgeräte integriert.
Grundlage dieser Verbindings- und Kommunikationstechnologie bildet ein Asic, der die Funktion der bisherigen E/A-Ebene der SPS übernimmt. Er macht Schaltgeräte „Smartwire-DT“-fähig. Dies können Geräte mit geringer Datenmenge, wie Leuchtmelder und Drucktaster, ebenso wie Hochleistungsgeräte, zum Beispiel Frequenzumrichter und Leistungsschalter, mit größeren Kommunikationsdaten sein. Dabei bietet der Asic
hohe Leistungsfähigkeit und Offenheit für weitere Anwendungen.
Brückenschlag zwischen Schaltgeräte- und Automatisierungswelt
Smartwire-DT findet seinen Einsatz in den verschiedenen Anwendungsbereichen der Industrie- und Gebäudeautomatisierung: Als Lösung im Schaltschrank, in der Peripherie direkt an der Maschine und in Nutzgebäuden. Erreicht wird dies zum einen durch den Wegfall der herkömmlichen Steuerverdrahtung und zum anderen durch die Verlagerung der E/A-Ebene direkt in die Schaltgeräte. Dabei wird nicht nur die Verbindung der Komponenten im Schaltschrank erreicht, sondern auch die Ankopplung von dezentralen Bedieneinheiten oder die Ankopplung von weiteren Befehls-/Melde- oder Schaltgeräten in Unterverteilungen, verteilt an der Maschine, erreicht.
Verbinden statt verdrahten
Abhängig vom gewählten Bussystem der übergeordneten Steuerung können bis zu 99 Teilnehmer in einem Strang von Smartwire-DT mit einer maximalen Länge von 600 m verbunden werden. Hierbei beginnt der Strang immer am Gateway. Von hier aus startet die „grüne“ Flachbandleitung und verbindet die Teilnehmer inner- und außerhalb des Schaltschranks. Damit übernimmt das Gateway zum einen die Koordinierung des „SmartWire-DT“-Strangs und zum anderen die Datenankopplung an die übergeordnete Steuerung. Neben den Datenleitungen werden die Versorgungsspannungen für die Teilnehmer (DC 15 V) und zur Ansteuerung (DC 24 V) der Schütze mitgeführt. Die Adressierung der Teilnehmer erfolgt durch Knopfdruck am Gateway automatisch in der Reihenfolge der angeschlossenen Teilnehmer.
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Autor: Dipl.-Ing. Christian Bücker ist Manager Trade Press im Eaton Electrical Sector EMEA in Bonn.
