Juni 2014
| von Mathias Stracke, Technischer Vertriebsberater bei Wago
  • Automatisierungskomponenten erhöhen die Leistungsfähigkeit, Effizienz und Sicherheit von Anlagen. Kehrseite ist die hohe Komplexität. Dezentrale Komponenten können die Übersicht verbessern.
  • Mittels Temperaturprofil steuert das System die Heizung gezielter und kann den Energieverbrauch beispielsweise über eine Temperaturabsenkung in der Nacht deutlich senken.

Bauunternehmen verarbeiten Bitumen aus großen Tanks unter Zugabe von Gestein und unterschiedlichen Zusatzstoffen in der Mischanlage zu Asphalt für den Straßenbau. „Unsere Tankanlagen sind inzwischen stark automatisiert. Das macht sie leistungsfähiger, effizienter und sicherer. Die Kehrseite war allerdings die anfangs hohe Komplexität. Ein zentraler Schaltschrank mit 30 und mehr Einzelreglern war unübersichtlich und die Verkabelung unnötig aufwendig. Deshalb haben wir auf dezentrale Komponenten umgestellt und eine sehr kompakte und gut überschaubare Alternative gefunden“, berichtet Timo Becker, Projektleiter Elektrotechnik bei Westhydraulik-Becker. Technische Basis des Konzepts ist das Wago-I/O-System 750, das internationale Normen und offene Standards unterstützt. Das feldbusunabhängige und modular aufgebaute Automatisierungssystem kam in der Vergangenheit bereits unter anderem in der Fertigungsindustrie, der Gebäudetechnik, der Prozessautomation sowie bei Marineanwendungen zum Einsatz. Durch die vielfältigen Anforderungen dieser Bereiche stehen über 400 verschiedene I/O-Module für die unterschiedlichen analogen und digitalen Signale zur Verfügung. Die Anlage in Ilsede arbeitet mit Feldbuskopplern in einem CAN-Netzwerk. Dabei ist das System sehr kompakt: Angereihte, meist nur 12 mm breite I/O-Module erfassen die feldseitigen Messwerte. Die standardisierten Schnittstellen des I/O-Systems haben für den Anlagenbauer daher ganz praktische Vorteile, denn die Anlage muss mit der übergeordneten Mischanlagensteuerung eines anderen Herstellers Steuersignale austauschen. „Das funktioniert völlig störungsfrei“, bestätigt Projektleiter Becker.

Kontroll- und Steuerungsbedarf
Das Bitumen, ein Abfallstoff aus der Rohölverarbeitung, erhält das Unternehmen via Tankwagen, die es über eine Befüllpumpe in fünf Tanks mit jeweils 80 m³ Fassungsvermögen entleert. Um das Bitumen weiter zu bearbeiten, muss der Hersteller es auf mindestens 140 °C halten, da es sonst zu dickflüssig und nicht mehr pumpfähig ist. Zusatzheizungen bringen das Bitumen vor dem täglichen Produktionsstart auf Temperatur, Bodenheizungen halten die Wärme konstant. Zusätzlich erhalten Rührwerke die Konsistenz und verhindern ein Entmischen. Die Automatisierungstechnik regelt im Hintergrund die dafür erforderlichen Funktionen. Startet der Tankwagenfahrer die Pumpe, befüllt das System mittels der im Control-Panel der Leitwarte hinterlegten Codesys-Programme automatisch den richtigen Tank. Weitere Funktionen überwachen, dass das Bitumen stets die richtige Temperatur hat und in definierten Zeitintervallen gerührt wird. Dafür sind an jedem Tank zehn Feldbuskoppler (750-337) installiert. Sie erfassen die Füllstands- und Temperatursignale über digitale und analoge Eingangsklemmen und leiten die aufbereiteten Daten über das Netzwerk an das zentrale Panel weiter. Vom Leitstand kommen über die Feldbuskoppler und Verteilerboxen (M12-Sensor-/Aktorboxen) Steuersignale zurück, wenn der Tank die Klappen zu den Rohrleitungen öffnen soll.

Verbrauch und Kosten senken
Das Asphaltmischwerk ist ein energieintensives Unternehmen. Der Betreiber muss die Lagertanks und Rohrleitungen ständig überwachen und elektrisch beheizen, damit das Bitumen die Mindesttemperatur nicht unterschreitet. Daher nutzt der Anlagenbauer die I/O-Komponenten auch zum Senken der Energiekosten: 3-Phasen-Leistungsmessklemmen (750-493) erfassen in Kombination mit Stromwandlern der Serie 855 an mehreren Messpunkten den Energieverbrauch. Zusammen mit den Temperaturwerten der Tanks, Rohrleitungen und den jahreszeitlich schwankenden Außentemperaturen entwickelt das System ein optimiertes Temperaturprofil. Dieses steuert die Heizung dann gezielter und kann den Energieverbrauch beispielsweise über eine Temperaturabsenkung in der Nacht deutlich reduzieren. „Die mit den 3-Phasen-Leistungsmessklemmen erfassten Werte bringen uns außerdem einen wertvollen Zusatznutzen. Wir messen kontinuierlich, ob die Motorströme der Pumpen und Rührwerke in einem definierten Wirkbereich bleiben“, berichtet der Projektleiter. Steigt der Motorstrom und sinkt gleichzeitig die Produktionsleistung, erzeugt das System eine Störungsmeldung. Die Ursache könnte in einem falsch temperierten und deshalb zu zähflüssigen Bitumen liegen oder ein Hinweis auf Verschleiß der Pumpe sein.

Alles im Blick
Alle Informationen der dezentralen Komponenten laufen am Leitstand zusammen, in dem ein Perspecto-Control-Panel mit Codesys-Runtime als vollwertiges Automatisierungsgerät verbaut ist. Es ermöglicht parametrierbare Funktionen für das Bedienen und Beobachten und kann selbstständig Steuer- und Regelungsaufgaben und selbst erstellte Applikationen übernehmen. Die Visualisierung kann direkt auf dem Panel erfolgen (Target-Visualisierung). Alternativ oder zusätzlich dazu ist eine Web-Visualisierung möglich, die dieselben Inhalte anzeigt wie die Visualisierung des Control-Panels. Dazu kommuniziert der integrierte Web-Server mit einem beliebigen Browser. „Die Programme sind recht einfach zu erstellen und zum Laufen zu bringen. Wir nutzen dazu auch Regelbausteine wie Schaltabstände oder Hysteresen aus der mitgelieferten Programmbibliothek“, erläutert Becker. Die Routinen führen auch wichtige Sicherheitsfunktionen aus. Beispielsweise steuern sie, dass eine Pumpe nicht anläuft, wenn Rohrleitungen zu kalt sind oder dass pro Prozess nur eine Klappe geöffnet wird. Kommt es zu Störungen oder überschreiten Prozesse eingestellte Schwellwerte, erhält der Mitarbeiter am Leitstand eine Alarmmeldung.

Funktionalität im Detail
Mit einer steigenden Vielfalt an Automatisierungskomponenten in der Tankanlage hat sich auch die Zahl der zu kontaktierenden Klemmstellen erhöht. Hier erleichtern schraubenlose Topjob-S-Reihenklemmen mit
Cage-Clamp-Anschlusstechnik das wartungsfreie Verbinden von ein-, mehr- und feindrähtigen Leitern. Für eine eindeutige und für Dritte nachvollziehbare Beschriftung aller Installationen hat der Anlagenbauer eine komfortable Lösung gefunden, ebenfalls vom Automatisierungstechniker aus Minden: „Die Klemmenbeschriftung erstellen wir auf dem Rechner direkt aus der Anlagendokumentation heraus und drucken sie vor Ort auf der Baustelle mit einem speziellen Thermotransferdrucker aus“, erklärt Becker die Handhabung. Der dafür verwendete Smartprinter bedruckt nicht nur Beschriftungsschilder und -streifen direkt von der Rolle. Das kompakte Gerät verarbeitet zudem weitere Materialien wie Kabel- und Leitermarkierer, Etiketten und Typenschilder. „Das I/O-System als dezentrale Lösung, der einfache und störungsfreie Betrieb und der gute Service auch in technisch tiefgehenden Fragen haben uns überzeugt“, fasst der Projektleiter seine Erfahrungen zusammen. Und hebt dabei das gute Preis-/Leistungsverhältnis hervor: „Neben dem technischen Aspekt lohnte sich die Umstellung auf ein dezentrales Konzept auch aus monetärer Sicht für uns.“

Einen Link zum Hersteller finden Sie hier.

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