Automatisierte ›Wurstfabrik‹

Bustechnik - Rund 15.000 Heizungen werden hierzulande mit Pellets befeuert. Damit rund um die Uhr hohe Verfügbarkeit garantiert ist, können Holzwerke in ihren Anlagen zum Pressen der Pellets auf moderne Niederspannungs-Schalttechniken setzen.

25. Mai 2005

»Der Auftrag, eine moderne, rein auf Bustechnik basierende Steuerungsarchitektur in der Praxis einzusetzen, war für uns eine große Herausforderung«, erzählt Josef Weiß, Juniorchef des gleichnamigen Elektro-Unternehmens aus Hunding im Bayerischen Wald.

Ihr Kunde, das österreichische Unternehmen Glechner GesmbH & Co KG mit der Marke Hot’ts, bietet den Abtransport von Hobelspänen als Dienstleistung an. In diesem Zuge errichtete das Unternehmen eine Anlage zum Pressen von Pellets auf dem Gelände der Holzwerke Wimmer GmbH in Pfarrkirchen in Niederbayern.

Im Vordergrund stand die höchstmögliche Verfügbarkeit der Anlage plus Fernüberwachung. Hierfür setzt die Firma Weiß, zuständig für die gesamte Steuerungstechnik, eine Vielzahl von busfähigen Komponenten ein. »Das ist unsere erste Anlage, die wir komplett auf Profibus DP und AS-Interface aufsetzen«, berichtet Steuerungsspezialist Josef Weiß. Im Vollbetrieb produziert die Anlage rund 3,7 Tonnen Pellets pro Stunde. Im Bereich der Aufbereitung werden die Späne zermahlen, danach mit Stärke vermischt und befeuchtet, um zum Schluß durch die rotierenden Preßsiebe gedrückt zu werden. Anschließend wird der durchgepreßte Brei als Schüttgut durch die Kühler hindurch in die vier Speichersilos gefördert. Eine integrierte Wiegeeinrichtung im Verladebereich erfaßt die Transportgewichte und schickt die Werte über den Leitrechner direkt zum Dienstleister nach Österreich. Auf dieser Basis erfolgt die Fakturierung mit dem Holzwerk Wimmer. Sämtliche Abläufe funktionieren automatisch oder wahlweise auch manuell. Entscheidend ist, daß alle eingesetzten Komponenten ›intelligent‹ sind und über Bussysteme direkt angesprochen werden können. Am besten funktioniert es, wenn bereits auf der Feldebene alle Sensoren, Aktoren sowie Ventile über AS-Interface verkabelt sind.

AS-i für die Sicherheit

Zum ersten Mal verwendet Josef Weiß AS-i auch für die sicherheitsrelevanten Signale von den Not-Aus-Schaltern, Schutztüren oder Lichtgittern: »In einem Strang sind sechs unterschiedliche Not-Aus-Bereiche definiert.« Zusammen ergibt das 28 Busteil Bis 200 Meter kann der AS-i-Bus ohne Repeater als Signalverstärker aufgebaut werden. Maximal können 31 Slaves auf einem AS-i-Strang adressiert werden mit dem Übertragungsprotokoll 2.1 sowie der Adressierung mit A/B-Slaves sogar bis zu 62. Zwölf Schutztüren und eine Reihe von Not-Aus-Schaltern werden durch den sicheren AS-i-Bus überwacht.

Die Verdrahtung auf die sicheren Slaves erfolgt zweikanalig und entspricht damit der Sicherheitskategorie 4 gemäß EN 954-1. Für die ›sichere‹ Steuerungsarchitektur benötigt man Sicherheitsmonitore wie sie Siemens im Programm ›AS-i Safety at Work‹ zur Verfügung stellt. Diese befinden sich im Schaltschrank und sind wie ein normaler Slave adressiert. Drei Sicherheitsmonitore mit jeweils zwei Kanälen überwachen im Holzwerk Wimmer die sechs Not-Aus-Sicherheitskreise in der Pelletieranlage. Diese Aufteilung ergibt sich aus der Überlegung, gewisse Anlagenteile sicherheitsgerichtet abschalten zu können, ohne den Prozeß in anderen Bereichen zu unterbrechen. Über eine intelligente Steuerungstechnik läßt sich die Effizienz von Anlagen erhöhen. Gerade im Sondermaschinenbau bietet AS-Interface die notwendige Flexibilität.

»Das Vergeben der Adressen war eine sehr einfache Geschichte«, betont Josef Weiß. Bei diesem Auftrag wurden sämtliche Slaves bereits in der Werkstatt adressiert. Theoretisch könnte dies sogar über die Simatic S7 und das Visualisierungssystem Simatic WinCC erfolgen. Denn der für den Datenaustausch im AS-i-Strang notwendige Kommunikationsprozessor vom Typ CP 343-2P übernimmt als AS-i-Bus-Master die Bindeglied-Funktion zur speicherprogrammierbaren Steuerung. Um die 24-V-Spannungsversorgung für AS-Interface so ausfallsicher wie möglich aufzubauen, wurden von der Fa. Weiß primärgetaktete Sitop-Schaltnetzteile von Siemens eingesetzt. Diese gelten als richtungsweisend für die geregelte Einspeisung. Weltweit einmalig sind die neuen Stromversorgungen im modularen Aufbau. Hierzu gibt es Ergänzungsmodule für Meldefunktionen, Netzausfallüberbrückung oder zur Fehlerdiagnose, die bisher nicht gekannte Chancen bieten.

Modular aufgebaute Stromversorgung

Mit dem elektronischen Diagnosemodul Sitop select zum Beispiel werden 24-V-Verbraucherabzweige geschützt und auf Überlast oder Kurzschluß überwacht. Einerseits lassen sich damit schwierige Lasten einschalten, andererseits ein fehlerhafter Stromkreis schnell, zuverlässig und selektiv abschalten. »Gerade für feuergefährdete Betriebsstätten wie ein Holzwerk setzen wir im 24-V-Bereich elektronische Sicherungen sehr gerne ein«, erläutert Josef Weiss. Ein normaler Leitungsschutzschalter braucht nämlich zum Auslösen einen fünf- bis achtfachen Ausschaltstrom, bei Sitop genügt der Faktor 1,4. Auf der Antriebsseite zieht sich die lila Profibus-DP-Leitung durch die Anlage. 18 über Frequenzumrichter vom Typ Micromaster 420 angesteuerte Elektromotoren bewegen Mischer, Stopfschnecken und Preßsiebe. Die Regelung der Prozesse stützt sich auf die Erfassung der Motorströme mit Hilfe intelligenter Motorschutz- und Steuergeräte des Typ Simocode DP von Siemens. Diese können über Profibus DP mit der Steuerung kommunizieren.

Sie erlauben so wichtige Rückschlüsse auf die Verfahrenstechnik. Verändert sich beispielsweise die Zähigkeit des Holzbreis, erkennt die Prozeßregelung die Veränderung über die Simocode-DP-Geräte sofort und verändert die entsprechenden Parameter. Erfahrungswerte belegen, daß die beiden Mischermotoren für ein optimales Produktergebnis bei 40 Prozent ihrer Nennstromaufnahme laufen sollten. Die zwei 110-kWElektromotoren für die Preßsiebe dagegen sollten auf 90 Prozent ihrer Nennstromaufnahme eingestellt sein. Die Motorsteuergeräte überwachen diese Werte, damit am Ende der Anlage sozusagen ›pure Heizleistung‹ in die Speichersilos gelangt. Das Beispiel Pellets-Produktion zeigt, in welchem Umfang die Kombination aus sicherem AS-Interface und Profi bus DP ein Anlagenkonzept vereinfacht. Die dargestellte Bustechnik-Lösung, in Verbindung mit modernen Niederspannungs-Schaltgeräten, kann natürlich nur andeuten, wie umfassend die Möglichkeiten einer modernen Steuerungstechnik heute sind.

Durchgängige Kommunikation

Für Josef Weiß hat sich bestätigt: »Eine durchgängige Datenkommunikation von der Sensor-Aktor-Ebene bis zum Leitrechner inklusive Sicherheitstechnik ist die beste Investition, wenn Transparenz und Verfügbarkeit gefordert sind. Denn Anlagenausfälle können gerade bei einer garantierten Dienstleistung, wie dem Herstellen von Holzpellets, sehr schnell teuer werden.«

Harald Homfeldt,

Promotor für Sicherheitstechnik bei Siemens A&

Erschienen in Ausgabe: 04/2005