Feldgeräte mit Intelligenz

Dipl.-Ing. (FH) Jörg Westerholt

Heute werden die verschiedensten Anforderungen an intelligente Feldgeräte in der chemischen Industrie gestellt: Sie müssen integrierbar in alte Anlagen sein, problemlos bestehende Anlagen erweitern und für den Bau von neuen Anlagen die neueste Technik zur Verfügung stellen. Des weiteren sollten sie wesentliche Kosten beim Bau, bei der Inbetriebnahme und während des Betriebes einsparen.

Durch die Multifunktionalität allein kommt es bereits zu einer Standardisierung der Motorabzweige. D. h. ein Gerät realisiert von der Motorschutzfunktion über die Steuerung bis hin zur Melde-, Diagnose und Statistikdatenverarbeitung alles. Mußte der Anlagenbetreiber in der Vergangenheit hier unterschiedlichste Gerätekomponenten kennen, benötigt er heute nur noch das Know-how einer Komponente. Das ermöglicht schnellere Inbetriebnahme, Verringerung der Leitungsverbindungen im Steuerstromkreis und damit Fehlerquellen, schnellere Fehlersuche während der Inbetriebsetzung und des Betriebes sowie Reduzierung der Lagerhaltungskosten durch die geringere Anzahl von Gerätekomponenten.

Das System Simcode-DP (Siemens Motor Protection and Control Device-Dezentrale Peripherie) (Abb. 1) unterstützt die Multifunktionalität. So schützt es Motoren in einem Strombereich von 0,25 A bis 820 A unabhängig von der Automatisierungsebene vor Überlast, Phasenausfall, Blockierung und Stromunsymmetrie.

Das System ist PTB-konform und kann somit Motoren in explosionsgefährdeten Bereichen schützen. Thermistoren sind an das Gerät anschließbar. Optional ist auch die Erfassung von Erdschlußströmen möglich. Steuerfunktionen vom Direktstarter bis zum Stellantrieb sind hinterlegt, und über den Profibus-DP sind all die vom Simcode-DP erfaßten Melde-, Diagnose- und Statistikdaten übertragbar.

Bei der Erweiterung oder Erneuerung von vorhandenen Anlagen sind zwei wichtige Faktoren zu berücksichtigen. Auf der einen Seite muß sich die neue Schaltanlage nahtlos in bestehende Teile wie z. B. Prozeßleitsysteme einfügen, und auf der anderen Seite dürfen sich für das Bedienpersonal keine Änderungen der bestehenden Anlagenphilosophie ergeben.

Die ProfibusS-DP-Schnittstelle im System Simcode-DP stellt eine nach EN 50170 offene Datenschnittstelle zu den unterschiedlichsten Automatisierungs- und Prozeßleitsystemen dar. Dies können Automatisierungs- oder Prozeßleitsysteme wie Simatic S5, S7, C7, M7 oder Teleperm M und PCS7 sein oder auch Komponenten anderer Hersteller. Sollte die Voraussetzung der Profibus-DP-Schnittstelle einmal nicht gegeben sein, sind Datenkoppler einzusetzen. Dadurch fügt sich das System Simcode-DP nahtlos in vorhandene Anlagen ein.

Die Steuerfunktion sowie die Bedien- und Quittierphilosophie wird in bestehenden Anlagen durch Motorsteuerkarten, einer aufwendigen Verdrahtung des Steuerstromkreises oder im SPS-Anwenderprogramm realisiert. Bei der Erneuerung oder Erweiterung der Schaltanlage ist es wichtig, daß sich keine Veränderungen in der Bedienung ergeben. Denn Änderungen bedeuten Kosten für die Schulung des Betriebspersonals und beinhalten einen großen Unsicherheitsfaktor beim Fahren der Anlage in den ersten Wochen.

Da Ersatzmotorsteuerkarten heute kaum noch zu beziehen sind, eine konventionelle Verdrahtung des Steuerstromkreises zu aufwendig ist und die Verlagerung in das SPS-Anwenderprogramm die Verfügbarkeit der Anlage reduziert, suchen viele betroffene Anwender nach Lösungen.

Das System Simcode-DP ist eine solche Lösung. Durch die integrierten Steuerfunktionen sowie den Signalverknüpfungs- und Signalanpassungsbausteinen läßt sich die komplette Funktion von vorhandenen Motorsteuerkarten nachbilden. Alle Verknüpfungen, Verriegelungen, Umschaltzeiten, Bedienfreigaben werden autark im System Simcode-DP abgearbeitet. Autark bedeutet, daß bei Ausfall der Automatisierungsebene oder bei Fehlern auf der Kommunikationsstrecke der Motorabzweig über eine vorhandene Vor-Ort-Steuerstelle oder den Bedienbaustein in der Schaltschranktür weiterzufahren ist. Damit erhöht sich die Anlagenverfügbarkeit.

Die Planung und der Bau von neuen Schaltanlagen ist schnell und kostengünstig durchzuführen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in der chemischen Prozeßindustrie eine Vielzahl von Informationen zum Automatisierungs-/Prozeßleitsystem zu übertragen sind. Dies ist eine große Herausforderung. Der Einsatz eines Feldbussystems im Zusammenspiel mit intelligenten Feldgeräten wird diesen Anforderungen gerecht.

So sind an Profibus-DP bis zu 126 Teilnehmer (Motorantriebe) mit unterschiedlich großen Datenmengen anschließbar. Die Daten selber ermitteln die intelligenten Feldgeräte. Simcode-DP erfaßt z. B. den aktuellen Betriebszustand des Motorabzweiges: Motor läuft, Überlastwarnung, Überlaststörung, aktuell fließender Strom, Anzahl der Überlastauslösungen, Anzahl der Starts, Betriebsstunden usw. Würde kein Feldbussystem und kein intelligentes Feldgerät eingesetzt, so müßte für jede Information eine zusätzliche Ader parallel vom Schaltschrank zur Automatisierungs-/Prozeßleitebene verlegt und Komponenten zur Erfassung der Meßwerte eingesetzt werden.

Die Inbetriebnahmezeit reduziert sich wesentlich, da kein aufwendiges Prüfen auf richtige Verlegung der Leitungen mehr notwendig ist – der Profibus-DP ist eine Zweidrahtbusleitung – damit verringern sich auch die Fehlerquellen.

Die Parameterdaten sind von einem zentralen Parametrier-/Projektierungsplatz zu den einzelnen Motorabzweigen über den Profibus-DP zu senden (Abb. 3). Kein aufwendiges Umherlaufen von Schaltraum zu Schaltraum, um die Simcode-DPs zu parametrieren. Dabei sind alle Parameter zu lesen und zu schreiben. Praxiswerte sagen aus, daß bis zu 30 Motorabzweige pro Tag in Betrieb zu setzen sind.

Der Erfahrungsaustausch mit Anlagenbetreibern in der chemischen Industrie zeigt deutlich, daß sich die Verfügbarkeit der neuen Anlage durch den Einsatz intelligenter Feldgeräte wie z. B. Simcode-DP erhöht. Die einstellbaren Stromgrenzwerte informieren den Verfahrenstechniker über kritische Zustände in der Anlage. So ist zum Beispiel durch Unterschreiten des unteren Stromgrenzwertes der Riß eines Fließbandes erkennbar. Die Überlastung eines Rührwerkes ist im Vorfeld durch die Anzeige „Überschreitung des oberen Stromgrenzwertes“ erkennbar. Um den Ausfall der Maschine zu vermeiden, kann der Verfahrenstechniker gezielt in den Arbeitsprozeß eingreifen und die Masse im Rührwerk verringern.

Dadurch lassen sich während des Betriebes über die Jahre weitere Kosten durch die Verringerung unplanmäßiger Stillstandszeiten einsparen.

Die Anzeige weiterer kritischer Betriebszustände wie

l Stromunsymmetrie,

l Warnung/Auslösung Überlast,

l Warnung/Auslösung Thermistor-Motorschutz,

l Warnung/Auslösung Erdschluß,

l Auslösung Blockierschutz,

l oberer/unterer Stromgrenzwert Warnung/Auslösung

ist möglich.

Planmäßige Stillstandszeiten zur Wartung der Schaltgeräte entfallen. Das Betriebspersonal kann einfach per Knopfdruck von zentraler Stelle über Profibus-DP alle Statistikdaten wie z. B. Anzahl der Starts, Betriebsstunden, Anzahl der Überlastauslösungen und Strom der letzten Überlastauslösung lesen. Ein aufwendiges Umherlaufen von Schaltraum zu Schaltraum, um die Motorabzweige zu warten, entfällt auch hier.

Weitere

Informationen

cav-205

Das kommunikationsfähige Motorschutz- und Steuergerät Simcode-DP ist ein modulares System (Abb. 1) und besteht aus einem Grundgerät, dem Erweiterungs- und dem Bedienbaustein.

Das Grundgerät mit vier Ein- und vier potentialfreien Ausgängen realisiert alle Motorschutz- und Steuerfunktionen autark und stellt die Verbindung zum Profibus-DP her (Abb. 2). Der Erweiterungsbaustein bietet die Aufstockungsmöglichkeit auf acht Ein- und vier potentialfreie Ausgänge. Zur Handsteuerung eines Antriebes vom Schaltschrank steht der Bedienbaustein mit sechs Melde-LEDs und drei Bedientasten zur Verfügung. Zur Stromanzeige am Schaltschrank wird ein kleiner Stromwandler 0,25 A – 820 A/1 A angeboten. Die Einstellung der Parameter erfolgt über die Software Win-Simcode-DP, die auf jedem AT-kompatiblen Personal Computer unter WINDOWS 95 ablauffähig ist.