Umrichter als Rettungshelfer

Antriebstechnik

Frequenzumrichter – Fehlersichere Frequenzumrichter mit integrierter Energierückspeisung und Simatic-Steuerungen sorgen in der ersten Helikopter-Trainingsanlage der Welt für die Sicherheit.

09. September 2009

»Im echten Flugbetrieb am Hubschrauber gibt es keine Übung, dort muss jeder Handgriff sitzen, damit kein Unglück passiert«, sagt Thomas Griesbeck von der Bergwacht Bayern. Deshalb hat die Bergwacht nach sechs Jahren Planung, Tests und Untersuchungen in Bad Tölz ein Trainingszentrum für Hubschrauberpiloten gebaut, bei dem die Wände transparent sind, sodass der Pilot auch optisch das Gefühl eines echten Flugs in der Natur und mit den dort üblichen Lichteinflüssen zu kämpfen hat. Der entscheidende Vorteil der Anlage ist, dass damit vor allem Rettungsaktionen geprobt werden können wie das Aufnehmen von Personen und das Abseilen über die Winde.

Kompakt gebaut

Den Flug des Helikopters übernimmt eine Hallenkrananlage, die mit redundanten Absolutwertgebern ausgerüstet ist und somit die Position der Hubschrauberzelle jederzeit erfasst. Zur Erhöhung der Sicherheit setzte der Augsburger Krananlagenhersteller Brunnhuber für die elektrischen Antriebe der Hauptachsen am Kran fehlersichere Frequenzumrichter vom Typ Sinamics G120 von Siemens ein. Die modular aufgebauten kompakten Frequenzumrichter gibt es für den Leistungsbereich zwischen 0,37 kW und 90 kW und ermöglichen eine einfache Energierückspeisung. Die Triebwerksumrichter des Bad Tölzer Hallenkrans haben folgende Leistungen: Drehwerk und Katzfahrt 3 bzw. 4 kW, Kranfahrt 7,5 kW sowie das Hubwerk 30 kW. »Aus logistischer Sicht sind die reinen Leistungswerte nicht besonders anspruchsvoll, bezüglich der Sicherheitsanforderungen bewegen wir uns hier allerdings auf hohem Niveau«, sagt Griesbeck. Da es die Frequenzumrichter mit Controller für den Betrieb an der sicheren Profibus-Übertragungstechnik Profisafe gibt, konnten die Hauptantriebe in die komplett profibusbasierte Steuerung der Trainingsanlage integriert werden. Die Steuerung der Anlage übernimmt beispielsweise eine fehlersichere SPS vom Typ Simatic von Siemens.

Ganzheitlicher Ansatz

»Wir haben uns für diesen sehr leistungsfähigen Typ entschieden, damit der Pilot feinfühlige Flugmanöver ausführen kann«, erklärt Dittmar Numsen von Brennhuber Krantechnik. Denn in der Halle lassen sich bis zu 100 Sperrzonen definieren, die Kollisionen und Risiken für Mensch und Technik ausschließen sollen. Entsprechend viel Überwachungs- und Regelaufwand ist notwendig. In der Hubschrauberzelle befinden sich zwei weitere Simatic-Steuerungen. Diese unterstützen dezentral die Hauptsteuerung durch die permanente Berechnung der Lageveränderung der Hubschrauberzelle im XYZ-Koordinatensystem. Sie werten beispielsweise die Neigungssensoren aus und führen mit den Absolutwertgebern einen ständigen Datenabgleich aus. Zur Unterstützung erfassen auch dezentrale Peripherieeinheiten des Typs Simatic ET200M die Ein- und Ausgangssignale. »All diese Geräte sind an den Profibus angeschlossen und vereinfachen damit die Steuerung der Trainingsanlage«, fasst Numsen zusammen.

Dieser ganzheitliche Automatisierungsansatz von Siemens zeigt sich auch bei der Planung, Auslegung und Parametrierung der fehlersicheren Frequenzumrichter. So bietet der Hersteller das Softwaretool »Sizer«, das eine schnelle und gezielte Auslegung der Frequenzumrichter ermöglicht. Anschließend unterstützt das Programm »Starter« die einfache Inbetriebnahme. Integrierte Sicherheitsfunktionen erlauben geberlos eine sicher begrenzte Geschwindigkeit (Safety Limited Speed, SLS) und einen sicheren Stopp (Safe Stop1, SS1) bei Fahrantrieben und Drehwerk. Zusätzlich gewährleisten sie ein sicher abgeschaltetes Moment (Safe Torque Off, STO) sowie eine sichere Bremsansteuerung gemäß EN60204 für alle Triebwerke. »Das war uns deshalb so wichtig«, erklärt Griesbeck, »weil das System die ›Fluggeschwindigkeit‹ beim Annähern an eine Gefahrenzone entsprechend drosseln soll.« Anderenfalls könnte es bei ruckartigen Brems- oder Not-Halt-Vorgängen zu unkontrolliertem Schwingen der Hubschrauberzelle kommen.

Schutz vor Absacken

»Vor diesem Hintergrund haben wir drei unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeiten an der Krananlage programmiert, die sicher eingehalten werden müssen«, ergänzt Dittmar Numsen. Gegen ein Absacken des Helikopters schützt zusätzlich eine Scheibenbremse am Hubwerk, die ebenfalls direkt vom Umrichter angesteuert wird.

Sowohl die Hubschrauberzelle als auch eine Funkfernsteuerung, die bei jedem Training von einer zusätzlichen Aufsichtsperson in der Halle überwacht wird, ist mit zweikanaligen Not-Aus-Tastern ausgerüstet. Bei deren Betätigung werden alle Antriebe hauptstromseitig allpolig vom Netz getrennt, alle Bremsen fallen ein.

Sicherer Stopp

Das Verkleben der Kontakte des Hauptschützes wird von der fehlersicheren SPS überwacht. Im Fehlerfall werden alle Fahrantriebe mithilfe der in den Frequenzumrichtern integrierten sicherheitsgerichteten Funktion »Sicherer Stopp« stillgesetzt. Sämtliche Daten kann der Pilot im Cockpit über ein Touch Panel MP370 von Siemens während des Flugs überwachen und abfragen. Auch hier erfolgt der Datenverkehr mittels Profibus. Dabei werden die Daten hochfrequent auf die Energiezuführleitungen aufmoduliert und über Schleifkontakte vom Hubschrauber zur Steuerungszentrale übermittelt. »Auf diese Weise erreichen wir eine 360-Grad-Bewegungsfreiheit des Hubschraubers«, sagt Thomas Griesbeck.

Andreas Diegner, Romed Pischke, Siemens AG/aru

Fakten

- Siemens Industry Automation and Drive Technologies bietet ein umfassendes Produkt- und Systemspektrum sowie Komplettlösungen für die Fertigungs- und Prozessautomatisierung.

- Mit dem ganzheitlichen Automatisierungsansatz »Totally Integrated Automation« verfolgt Siemens das Ziel, das Zusammenspiel aller Automatisierungskomponenten zu perfektionieren.

Erschienen in Ausgabe: 5-6/2009