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Multiprotokoll-Modul mit Steuerung spart Platz, Zeit und Geld

01 Premiere auf der IFAT: Der weiterentwickelte Fallgewichtsantrieb von VAG ist jetzt deutlich einfacher zu installieren und zu bedienen

01 Premiere auf der IFAT: Der weiterentwickelte Fallgewichtsantrieb von VAG ist jetzt deutlich einfacher zu installieren und zu bedienen

02 Ein zentrales Element des Systems ist das intelligente IO-Modul TBEN-L5-16DXP mit dem Field Logic Controller Argee

02 Ein zentrales Element des Systems ist das intelligente IO-Modul TBEN-L5-16DXP mit dem Field Logic Controller Argee

03 Das TBEN-L und das TX513 steuern und visualisieren die Vorgänge des Fallgewichtsantriebs Hysec

03 Das TBEN-L und das TX513 steuern und visualisieren die Vorgänge des Fallgewichtsantriebs Hysec

Der Einsatz von hydraulischen Fallgewichtsantrieben verlangte bisher viele Leitungen und Schaltschränke. Anders sieht es bei der einfach zu installierenden Ein-Kabel-Lösung von VAG aus. Dabei ist das Multiprotokoll-IO-Modul TBEN-L von Turck direkt an den Fallgewichtsantrieb montiert, was Leitungen und Schaltschränke/-kästen spart. Dank der integrierten Programmierumgebung Argee ist auch keine zusätzliche Steuerung mehr nötig. Ein Webserver ermöglicht künftig sogar die Fernwartung der Anlage.
Zahllose Anwender in der Wasserwirtschaft setzen die Absperrschieber, Absperrklappen, Kegelstrahlschieber und Ventilen von VAG ein. Der 1872 gegründete Armaturenexperte ist heute ein moderner Lösungsanbieter mit einem Fokus auf modernste Fertigungstechnologie in Wasser- und Abwassersystemen, in der Industrie, in Kraftwerken oder auch in Staudämmen. Dabei ist man immer auf der Suche nach neuen Lösungen für die kommenden Anforderungen der Kunden.
Rohrleitungen effizient sichern
Ein gutes Beispiel dafür sind die verbesserten Anschluss- und Bedienmöglichkeiten der hydraulischen Fallgewichtsantriebe Hysec (Bild 1). Diese funktionieren wie eine Absperrklappe, garantieren also das schnelle Öffnen und Schließen einer Rohrleitung. Der Antrieb setzt sich im Wesentlichen aus dem Hydraulikaggregat bzw. der Pumpe, dem Hydraulikzylinder sowie dem Gewicht zusammen. Je nach Ausführung besitzt das Hydraulikaggregat einen eigenen oder einen fremdgesteuerten Ölkreislauf.
Fallgewichtsantriebe kommen vor allem bei der Wasserenergiegewinnung zum Einsatz, zum Beispiel in Wasserstaudämmen und Turbinenkraftwerken, und dienen dort zur Sicherung der Rohrleitungen. Im Falle eines Rohrbruchs misst zum Beispiel ein Strömungssensor die veränderten Verhältnisse in der Rohrleitung und übermittelt ein Signal an die Steuerung der Hysec. Daraufhin pumpt das Hydraulikaggregat kein Öl mehr in den Hydraulikzylinder; die Anlage ist somit drucklos. Das hydraulische Fallgewicht löst aus und verschließt das Rohr, sodass kein Wasser ausströmen kann. Wenn der Rohrbruch behoben ist, steigt der Druck in Hysec und die Pumpe versorgt den Hydraulikzylinder wieder mit Hydrauliköl. Dadurch wird das Fallgewicht angehoben – die Armatur öffnet und das Wasser kann wieder fließen.
Zu viele Leitungen
Bisher wurden die Fallgewichtsantriebe Hysec über einen Schaltschrank gesteuert, was einen hohen Verkabelungsaufwand bedeutet. Viele Kunden wollten die in ihren Anlagen benötigten Sensoren über einen Klemmenkasten anschließen. Somit führten je nach Größe des Antriebs zusätzlich 18 bis 30 Leitungen pro Hysec vom Klemmenkasten in die Leitwarte oder zum nächsten Schaltschrank. Außerdem war der hydraulische Fallgewichtsantrieb ohne eine zusätzliche Steuerung nicht funktionsfähig. „Wir hatten immer ein Problem mit den vielen Leitungen. Auch Kunden kamen zu uns und sagten, dass sie so viele Leitungen bis zur Hysec verlegen mussten. Da wollten wir Abhilfe schaffen“, erläutert Patrick Schenk, Automatisierungstechniker bei VAG, die Anforderung.
Um die Masse an Leitungen zu reduzieren und die gesamte Konstruktion intelligenter zu gestalten, suchte VAG nach alternativen Steuerungsmöglichkeiten. Diese sollten nicht nur die Anzahl der Leitungen reduzieren, sondern auch die Möglichkeit bieten, zukünftig mehrere Fallgewichtsantriebe über ein HMI zu steuern. Bisher benötigt jede Hysec ein eigenes HMI, was nicht nur die Bedienung unübersichtlich macht, sondern auch zu erheblichen Mehrkosten führt.
IO-Modul mit Programmierumgebung
Das sieht bei der neuen Lösung mit dem TBEN-L-Multiprotokoll-Modul (Bild 2) von Turck ganz anders aus. Das IP67-geschützte Block-IO-Modul wird direkt an der Hysec montiert und benötigt dank der integrierten webbasierten Programmierumgebung Argee keine zusätzliche Steuerung. Der Kunde benötigt so keine Schaltschränke mehr, was die Anzahl der Leitungen stark reduziert.
Jeder Hysec besitzt ein TBEN-L-Modul, das über eine einzige Profinet-Ethernet-Leitung mit der zentralen Steuerung verbunden ist. Das spart Geld sowie Zeit und der Anwender benötigt nur noch eine einzige Steuerung für alle Fallgewichtsantriebe. Ein weiterer Vorteil ist die Kompatibilität des Multiprotokoll-Moduls mit Steuerungen anderer Hersteller via Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP. Das TBEN-L5-16DXP besitzt 16 universelle digitale Kanäle, die flexibel als Ein- oder Ausgänge genutzt werden können. Beim Hochfahren erkennt das Multiprotokoll-Gerät automatisch, welches Protokoll die Anlage nutzt. Somit ist keine weitere Programmierung oder Konfiguration durch den Bediener nötig.
„Da viele Kunden Steuerungen von Siemens nutzen, ist es ein großer Vorteil, dass TBEN-L als Device an eine Siemens-Steuerung angebunden werden kann“, erläutert P. Schenk die Entscheidung für die IO-Module von Turck.
Einfach programmierbar
Mit der webbasierten Programmierumgebung Argee können SPS-Funktionen direkt auf den Modulen programmiert werden. Dadurch lassen sich einfache Steuerungsfunktionen auf die IO-Module auslagern, was die zentrale Steuerung und die Buskommunikation entlastet. Da Argee eine einfache Webapplikation ist, benötigt der Anwender lediglich ein Gerät mit Webbrowser. Einfache Anforderungen sind auf den Block-IO-Modulen wie auch in diesem Fall komplett autark realisierbar.
„Anfangs musste ich mich erstmal in Argee einarbeiten, weil die Programmierumgebung komplett neu für mich war. Aber sobald ich die Funktionsweise einmal verstanden hatte, war es ein einfach zu bedienendes Programm“, beschreibt P. Schenk seine Erfahrungen. „Am Ende braucht man nur ein paar Überlegungen, was das Programm machen soll und ist schon in wenigen Tagen fertig. Das geht relativ fix, und dann ist die Armatur an sich intelligent und fertig. Der Kunde muss sie nur noch einbauen, den Spannungsversorgungsstecker einstecken und dann läuft es.“ Auch individuelle Programmierungen für den Kunden, wie spezielle Schließzeiten und Druck, sind mit Argee schnell umgesetzt. Auf diese Weise lässt sich jedes System schnell und einfach an die Kundenbedürfnisse anpassen, sodass dieser die Anlage nur noch ans Netz nehmen und einschalten muss.
Visualisierung über HMI
Die Visualisierung der Prozesse und Fehlermeldungen erfolgt über das HMI TX513 (Bild 3) von Turck. Das Human Machine Interface kombiniert die Funktionen Steuern, Bedienen und Beobachten durch eine Codesys-V3-SPS mit integrierter Visualisierung zu einer vollwertigen Steuerungseinheit. Durch die Vielzahl und die Flexibilität der integrierten Schnittstellen sowie der verfügbaren Master- und Slave-Funktionalitäten kommuniziert das TX513 mit beliebigen Feldgeräten oder übergeordneten Steuerungen. So verfügt es über Profinet-Controller, Ethernet/IP-Scanner sowie einen Modbus-TCP- und Modbus-RTU-Master. Bei den beiden Modbus-Protokollen können die HMI auch als Slave betrieben werden.
Beim Einsatz in einem Wasserkraftwerk könnte das Zusammenspiel von TBEN-L und TX513 beispielsweise wie folgt aussehen: Bei abfallenden oder zunehmenden Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Rohrleitung erfolgt eine Reaktion durch das TBEN-L, die auf dem TX513 visualisiert wird. So steigt bei einem Rohrbruch die Strömungsgeschwindigkeit. Um Schäden zu verhindern, muss das hydraulische Fallgewicht auslösen. Sensoren in der Rohrleitung registrieren die Veränderung und leiten das Signal direkt an das TBEN-L-Modul weiter. Das IO-Modul sendet ein Signal an den Hysec, sodass das Fallgewicht schließt. Auf dem HMI erscheint die Alarmmeldung „Achtung Rohrbruchsignal“, woraufhin der Bediener zusätzlich aktiv werden kann. Dabei kann der Anwender die einzelnen Hysec getrennt voneinander oder auch gleichzeitig ansteuern.
Durch den Einsatz von Argee und der Codesys Webvisu ist auch eine Fernwartung über einen Webserver möglich. So erhält der Kunde ein Signal direkt auf seinen Computer in der Leitstelle, selbst wenn das Wasserkraftwerk weit außerhalb der Stadt liegt. Im Falle eines Rohrbruchs kann der Bediener sofort handeln und die Wasserleitungen aus der Ferne abschalten. „Die Fernwartung über einen Webserver ist eines der Hauptthemen für die Zukunft, die ich als sehr vorteilhaft sehe“, so P. Schenk.
Ausblick
Durch den Einsatz verschiedener Sensoren lässt sich die Anlage mit dem hydraulischen Fallgewichtsantrieb noch intelligenter machen. So können die gesammelten Daten der Strömungs- oder Temperatursensoren direkt an das TBEN-L geliefert und auf dem HMI visualisiert werden. Für solche Anwendungsfälle bietet Turck ein breites Portfolio an Sensoren. In Kombination mit einer Cloud von VAG erhält der Kunde Echtzeit-Daten seiner Anlage. „Das erleichtert das Handling mit den Rohrleitungen enorm“, schließt P. Schenk seine Ausführungen. (no)

Andreas Werner ist Applikationsingenieur bei der Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim an der Ruhr. Andreas.werner@turck.com