Schrittweise durch Tunnel gezogen

Dipl. Ing. Josef Ettmann, Dipl. Ing. Dirk Löbbering

Die Firma Dr. Suwelack im münsterländischen Billerbeck ist ein renommierter Betreiber von Gefriertrocknungsanlagen. Durch immer größere Anforderungen an Durchsatzleistung und Energieein-sparung hat sich die Firma Dr. Suwelack entschlossen eine Gefriertrocknungsanlage von drei Tunneln auf fünf Tunnel hochzurüsten. Das granulierte, tiefgefrorene Produkt wird in Produktschalen eingefüllt und mittels Transportwagen über Schleusen in das Vakuum der Gefriertrocknungsanlage eingefahren. Dieser Gefriertrocknungstunnel besteht aus fünf Tunnelabschnitten und den dazu gehörigen Heizplattensystemen. Der mit dem zu trocknenden Gut beladene Wagen wird an der im oberen Teil des Trockners befindlichen Laufschiene hängend durch einen Kettenantrieb schrittweise durch die Tunnel gezogen. Die Kette wird durch einen Getriebemotor über eine vakuumdichte Drehdurchführung angetrieben. Die Produktschalen werden zur Wärmeübertragung auf den Heizplatten abgesetzt. Nach dem Absetzen wird dem Produkt das Wasser entzogen (Sublimation), in dem dieses direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht. Der aus dem zu trocknenden Granulat entweichende Wasserdampf kondensiert an dem gekühlten Rohrsystem des Kondensators zu Eis.

Die Steuerungstechnik sowie das Bedien- und Beobachtungssystem wurde von der Firma KIMA Automatisierung realisiert. Zur Lieferung gehörten das Engineering, der Schaltanlagenbau, die Simatic S7-400 Programmierung, Prozeßvisualisierung mit WinCC sowie die Vernetzung mit Profibus/ Industrial Ethernet sowie die Inbetriebnahme der Gesamtanlage in Zusammenarbeit mit dem Fachpersonal der Fa. Dr. Suwelack. Die Elektromontage und Verkabelung wurde durch die Fa. Dr. Suwelack durchgeführt.

Für die Anlagenerweiterung steht nur ein begrenzter Platz für die neue Schaltanlage zur Verfügung. Durch das hohe Kurzschlußausschaltvermögen der Sirius-Leistungsschalter (50 bis 100 kA) konnte der gesamte Leistungssteil der Anlage sicherungslos aufgebaut werden. Dadurch ist ein einfacher und platzsparender Aufbau gegeben, da die Vorsicherungen komplett entfallen. Durch den modularen Aufbau ist die Bestückung mit den steckbaren Varistoren schnellstens realisiert.

Aufgrund der weiträumigen Anlage wurde ein dezentraler Aufbau mit Profibus DP (ET 200M) realisiert. Dadurch ergeben sich kurze Kabelwege zu den Meßstellen (Temperaturen, Drücke), Störeinflüsse auf die Meßleitungen werden minimiert und die Montagezeiten verkürzt.

Inbetriebnahme und Service erfolgt direkt an der Maschine und erleichtert den Umgang mit der Anlage. Der Abgleich eines Stellgliedes (z. B. Regelklappe) erfolgt mit dem Programmiergerät direkt vor Ort, d. h. die Werte des Stellgliedes werden am Programmiergerät sichtbar und zum Abgleich der Klappe herangezogen. Früher waren für diese Arbeiten zwei Inbetriebsetzer erforderlich.

Das Steuerungskonzept wurde auf Basis der Simatic S7-400 / CPU 414-2 DP ausgeführt. Insbesondere die Möglichkeit, durch ein größeres Bausteinspektrum (512 FB s, 1024 FC s, 1023 DB s) strukturierter als bei der Simatic S5 zu programmieren, erleichterte die Programmierung erheblich.

Die moderne Programmoberfläche von Step 7 ermöglicht das Arbeiten mit mehreren Bausteinen (Fenstern) gleichzeitig. Da Befehlszeilen kopiert werden können, ist das Ändern und Erweitern von Bausteinen einfach. Die Aufbereitung und Auswertung der zahlreichen Meßdaten durch die schnelle CPU wird dadurch erleichtert, daß der Analogwert zyklisch aktualisiert wird. Bei langsameren Steuerungen ist das oft nicht in dieser Form machbar (Zykluszeit), so daß immer wieder regelungstechnische Probleme auftraten. Die grafische Projektierung des Profibus DP-Stranges wird direkt im Step 7-Tool realisiert. Der Aufruf weiterer Softwarepakete entfällt. Zusätzlich bietet Simatic S7 ein komplexes Diagnosesystem, das z. B. beim Ausfall eines Busteilnehmers bei Wartungsarbeiten eine Registrierung im Diagnosepuffer vornimmt. Jede dort eingetragene Meldung kann jederzeit ausgelesen werden und ist nicht löschbar.

Die Anbindung der Prozeßvisualisierung WinCC erfolgt via Industrial Ethernet.

Durch die Möglichkeit des Zugriffs auf Datenbits einer Prozeßvariablen vom Typ Byte, Datenwort oder Datendoppelwort im Melde- sowie im Grafiksystem ließ sich das komplette Projekt mit der Vielzahl von Einzelsignalen bereits mit der Variante für 1024 Prozeßvariable realisieren. Die Möglichkeit zur Entwicklung eigener Funktionen im „Global Script“ (Editor von WinCC) kam der Objekt-/Baustein -orientierten Programmierung der Simatic S7 zugute. Für das Step 7-Anwenderprogramm wurden spezielle Funktionsbausteine für die unterschiedlichen Antriebstypen (Einrichtungs-, Zweirichtungs-, Stern-Dreieckstyp etc.) entwickelt, die mehrfach verwendet wurden.

Passend zu den Funktionsbausteinen in der S7 wurden auf Seiten von WinCC anwendungsspezifische Funktionen zur grafischen Darstellung entwickelt und ausgetestet. Diese Funktionen wurden einmal für die unterschiedlichen Antriebs-/Ventiltypen erstellt. Die Einbindung eines Antriebs/Ventils erfolgte dann einfach durch Anfrage der speziellen Funktion und Übergabe der Prozeßvariablen (Anzeigewert, Schnittstellenwert). Dies führte zu einer Minimierung von Fehlermöglichkeiten bei der Dynamisierung und besseren Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Ein weiterer Vorteil ist das leistungsstarke Meldesystem. Möglich sind

• Strukturierung über Meldeklassen, Meldetypen,

• einfache Gestaltung der vorgefertigten Meldefenster, Meldezeilenformate durch Parametrierung der Vorlagen.

Der Eintrag „Meldung gekommen“ bleibt nach „Gehen der Meldung“ unverändert im Archiv erhalten.

Das Meldesystem bietet:

• umfangreiche Selektionsmöglichkeiten,

• chronologisches Eintragen der Meldungen,

• separate Meldeeinträge für die Zustände „gekommen“ und „gegangen“ mit speziellen Meldezeilenparametern,

• bessere Übersicht bei der Auswertung von Ereignissen.

Die Gestaltung von Meßwert/Kurvenbildern ist durch Parametrierung einer standardisierten Kurvenvorlage einfach möglich.

Die Offenheit des Systems gestattet einen schnellen Zugriff auf Windows-Funktionen, z. B.:

• Öffnen der Windows-Drucker-Statusbox über einen Button in WinCC,

• Öffnen der „Windows-Box“ Uhrzeit stellen über einen Button in WinCC.

Als entscheidender Vorteil für die kurze Inbetriebnahmephase erwies sich die Möglichkeit der Online-Änderung im WinCC-System. So konnten sowohl grafische Änderungen, Bedingungen, Einbindung neuer Antriebe, Ventile, Änderungen am Meldesystem, Tag-Logging etc. problemlos online erfolgen, ohne daß durch lästiges Online-Setzen/Compilieren die Bedienung und Beobachtung des Prozesses unterbrochen werden mußte.

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