Mit IO-Link warm werden

Industriekommunikation

Schalttechnik – Die Prozessführung in Wärmebehandlungsöfen erfordert zahlreiche Leistungsschütze und Stromüberwachungsrelais. IO-Link-fähige Schaltgeräte reduzieren dabei die Verdrahtungskosten enorm und bieten zugleich deutlich mehr Funktionalität.

22. August 2014

Die Schwartz GmbH in Simmerath bei Aachen baut seit rund drei Jahrzehnten Wärmebehandlungsanlagen zum Härten und Vergüten von metallischen Werkstücken. Zum Einsatz kommen die Maschinen zum Beispiel bei Automobilherstellern und deren Zulieferern, in der Glasverarbeitung, in der Stahl- und NE-Metallindustrie oder im Flugzeugbau. Entscheidend für den optimalen Betrieb der Anlagen ist dabei eine präzise Überwachung der Prozesstechnik und der Temperaturführung in den verschiedenen Bereichen der Öfen. Für die Integration der nötigen Sensoren und Aktoren in die Steuerungsebene setzt das Unternehmen deshalb seit 2013 im großen Stil Schaltgeräte aus dem Systembaukasten »Sirius« von Siemens ein, die die Vorteile des Kommunikationssystems IOLink nutzen. Die Absicht war dabei zunächst, trotz des Einsatzes moderner, digitaler Gerätetechnik eine zumindest kostenneutrale elektrotechnische Gesamtlösung im Schaltschrank zu entwickeln. Erreicht worden sei letztendlich eine deutliche Verringerung des Verdrahtungsaufwands, wodurch die Mehrkosten für die moderne Geräteausstattung nahezu komplett kompensiert werden konnten, erzählt Andreas Hollesch, Leiter der Elektrotechnik bei Schwartz, und ergänzt: »Wir sparen dadurch erheblichen Verdrahtungsaufwand und sind gleichzeitig in der Lage, unserem Kunden neben der optimierten Prozesstechnik wertvolle Diagnosemöglichkeiten zu bieten.«

Weniger Hardware

Möglich wurde dies, weil die Abzweige für die Heizleistung mit entsprechenden IOLink-Funktionsmodulen ausgestattet werden konnten und auch die Stromüberwachungsrelais selbst IOLink-fähig sind. Diese kontaktieren die Schütze einfach über Stecker von unten und sparen dadurch viel Platz und Verdrahtungsaufwand im Schaltschrank. Auch die Temperaturüberwachungsrelais für die verschiedenen Ofenzonen lassen sich über die direkte IOLink-Anbindung vergleichsweise einfach in die Steuerungsarchitektur integrieren. Damit die Werkstücke in kurzer Zeit auf die Verarbeitungstemperatur kommen, werden die dreiphasigen Leistungsschütze dazu über Funktionsmodule geschaltet, die direkt an den IOLink-Mastermodulen für die dezentrale Peripherie Simatic ET 200S von Siemens angeschlossen sind.

Neben der immensen Einsparung an Verdrahtungsaufwand ermöglicht es der Einsatz von IOLink zudem, eine erhebliche Zahl von Amperemetern in den Schaltschranktüren sowie von Stromwandlern in den Leitungen einzusparen. So genügt es zur Überwachung der verschiedenen Wärmezonen in den Ofenkammern, die IOLink-fähigen dreiphasigen Stromüberwachungsrelais von Siemens ohne weiteren Verdrahtungs- und Platzaufwand von unten auf die Leistungsschütze zu stecken. Die Verbindung von dezentraler Peripherie und Steuerung erfolgt über Profinet.

Alles überwacht

Im Vergleich zur früher üblichen Stromerfassung über Meldekontakte bietet diese dreiphasige Lösung zudem den Vorteil, dass jeder Phasenausfall sofort erkannt wird, erklärt Hollesch: »Das registrieren wir nun mit den neuen Überwachungsrelais umgehend und können steuerungstechnisch sofort darauf Einfluss nehmen und den Stromfluss anpassen.«

Dazu befinden sich im Schaltschrank der Ofenanlage mehrere IOLink-Master mit je vier Kanälen, an die jeweils ein IOLink-Gerät bzw. eine Gruppe aus bis zu vier Einzelschütz-Verbraucherabzweigen angeschlossen werden kann. Für die zyklische Datenübertragung bzw. für die Überwachung der Schalt- und Überwachungsgeräte lassen sich so pro Kanal an den Ein- und Ausgängen bis zu 2 Byte Daten übertragen. Dies ermöglicht es, über einen einzigen IOLink-Kanal bis zu vier Schütze anzuschließen, die sich über entsprechende Funktionsmodule trotzdem separat schalten lassen. »Auch hier spürt man den gesparten Verdrahtungsaufwand erheblich«, kommentiert Hollesch.

Damit es nicht zu unkontrollierten Temperaturänderungen kommen kann, überwachen zusätzlich zur Steuerung kommunikationsfähige Temperaturüberwachungsrelais jede einzelne der Kammern. Die eigentliche Temperaturregelung in den Zonen übernehmen Halbleiterrelais, die verschleißfrei arbeiten und sich über die Steuerung sehr präzise regeln lassen. Die Kommunikation zwischen den Überwachungsrelais und der Steuerung übernimmt auch hier IOLink, erklärt Hollesch und begründet: »Durch den systematischen Einsatz digitaler Erfassungsgeräte mit IOLink-Anschluss schaffen wir an wichtigen Stellen Redundanz, die sowohl aus prozesstechnischer Sicht als auch nach sicherheitstechnischen Aspekten sehr wertvoll ist.«

Diagnose integriert

Als wichtigen technischen Vorteil von IOLink beim Bau von Wärmebehandlungsanlagen sieht Hollesch neben der optimierten Prozesstechnik bei zugleich verringertem Verdrahtungsaufwand auch die nunmehr mögliche detaillierte Diagnose: So bietet die intelligente Sensorik einerseits wertvolle Informationen für die gesamte Prozesstechnik und legt gleichzeitig den Grundstein für einen vereinfachten Service bzw. für eine zustandsbezogene oder auch vorbeugende Wartung. Selbst ein Gerätetausch lässt sich damit ohne großen Aufwand realisieren. Für den Elektrotechnikchef Hollesch liegen die Vorteile des Einsatzes von IOLink deshalb auf der Hand: »Wir haben durch die Modernisierungsmaßnahme mit IOLink-Geräten bei nahezu gleichen Kosten erhebliche Prozessverbesserungen erzielt.«bt

Auf einen Blick

- Das herstellerunabhängige Kommunikationssystem IOLink ermöglicht die intelligente Anbindung von Sensoren und anderen Aktoren an die Steuerung unterhalb der Feldbusebene.

- Die Sirius-Baureihe von Siemens bietet dazu neben IO-Link-fähigen Schaltgeräten und Relais auch aufsteckbare Funktionsmodule, mit denen sich bis zu vier Verbraucherabzweige zu einem einzigen IO-Link Device zusammenfassen lassen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2014