Als Baukasten

Es gibt zwei grundlegend unterschiedliche Anforderungsprofile für Stellantriebe: Zum einen den Steuerbetrieb, bei dem eine Armatur mit den Befehlen Auf und Zu in die jeweilige Endlage gefahren wird, und zum anderen den Regelbetrieb, wo mit einem Sollwert über die Veränderung der Armaturenstellung zum Beispiel ein Durchfluss durch eine Rohrleitung geregelt werden soll. Beim Steuerbetrieb ist es ausreichend, den Stellkörper mit konstanter Geschwindigkeit von der einen in die andere Endlage zu bewegen. Beim Regelbetrieb sollte im Sinne der Regelgenauigkeit die Stellgeschwindigkeit variiert werden können. Dementsprechend haben sich bei Auma zwei Motorenkonzepte durchgesetzt: konventionelle drehzahlinvariante Dreh- oder Wechselstrommotoren und drehzahlvariable elektronisch kommutierte Motoren. Bezüglich der Ansteuerung stellen beide Konzepte unterschiedliche Anforderungen an die integrierte Steuerung. Dreh- und Wechselstrommotoren lassen sich über herkömmliche Wendeschütze oder Thyristoren schalten. Diese sind in die Auma Matic Steuerung integriert. Die drehzahlvariablen Motoren erfordern eine speziell entwickelte Leistungselektronik, ein Schlüsselelement der Auma Variomatic-Steuerung. Die Steuerung Aumatic lässt sich für beide unterschiedlichen Motorenarten und somit für alle Antriebsbaureihen einsetzen.

Mit der integrierten Stellantriebssteuerung Aumatic (Abb. 1) hat Auma einen Systembaukasten aus Hard- und Softwarekomponenten entwickelt. Funktionsbausteine, Kommunikationsbausteine und Versorgungsbausteine werden für jedes Automatisierungsproblem individuell kombiniert. Die Verwaltung erfolgt über einen Mikrokontroller. Dieses Konzept ist auf zukünftige Weiterentwicklung eingerichtet. Neue Funktionalitäten oder Schnittstellen können durch Ergänzung des Systembaukastens hinzugefügt werden. Einzelne Funktionen lassen sich als Software-Module programmieren und je nach Bedarf in die Steuerung laden. Die anwenderorientierte Menüführung erlaubt eine einfache Einstellung der erforderlichen Funktionsparameter und die Programmierung der Rückmeldung an die Leitebene. Alle Parameter sind nichtflüchtig gespeichert, eine erneute Einstellung nach einem Stromausfall ist nicht erforderlich.

Durch die rasante Entwicklung von unterschiedlichen Feldbus-Systemen existieren mittlerweile 13 Grundvarianten der Steuerungen Auma Matic und Auma Variomatic. Einerseits erschwert dies dem Planer die Auswahl der richtigen Steuerung, andererseits bedeutet dies bei Kunden mit Lagerhaltung einen erheblichen Aufwand. Der Aumatic-Systembaukasten erlaubt es, eine oder zwei Grundausführungen vorrätig zu halten, die dann mit der entsprechenden Kommunikations-Schnittstelle ausgerüstet werden. Möglich wird dies durch die konsequente Trennung von Kommunikation und Funktion. Während die Kommunikations-Schnittstellen noch Lagerplatz benötigen, lässt sich die gesamte Funktionalität auf einer Festplatte ablegen.

Mit einer einzigen Ausführung der Steuerung lassen sich vielfältige Funktionen realisieren, ohne dass über eine Vielfalt von Optionen nachgedacht werden muss. Selbstverständlich können neben den üblichen Endlagen auch Zwischenstellungen parametriert werden. Über das integrierte Display lassen sich Status- und Diagnose-Informationen abrufen, die über den Gebrauch und den Zustand des Antriebs, und darüber auch der Armatur, Auskunft geben. Laufzeit, Anzahl der Schaltungen, betriebsmäßige und störungsbedingte Abschaltungen sowie Überschreitungen der Betriebsart werden aufgezeichnet und dokumentiert. Die Antriebe lassen sich über die verschiedensten Übertragungswege wie Parallelverdrahtung, Bus via Kabel oder Lichtwellenleiter mit Steuerungs- und Leitsystemen verbinden. Je nach Anforderung müssen verschiedene Informationen ausgetauscht werden. Sind die Antriebe über ein Bus-System vernetzt, stehen immer alle Informationen zur Verfügung. Bei Parallelverdrahtung ist für jede Information ein digitaler oder analoger Ausgang und mindestens ein Verbindungsdraht notwendig. Die Anpassung an die Ein- und Ausgänge der Steuerungs- und Leitsysteme muss daher für diese Technik flexibel sein. Die Aumatic löst diese Aufgabe durch frei zuordenbare Melderelais und parametrierbare Eingänge für Not-Funktionen und Freigabe.

Selten betätigte Armaturen benötigen oft ein erhöhtes Anfangsdrehmoment, um den zusätzlichen Widerstand durch Verschmutzung oder Verkrustung zu überwinden. Für solche Fälle stellt die Aumatic eine Drehmomentüberbrückung zur Verfügung. Die Zeit der Überbrückung wird festgelegt. Erst nach Ablauf der Überbrückungszeit (einstellbar zwischen 0,5 und 25) wird die Drehmomentüberwachung aktiv, die die Armatur vor unzulässig hohen Drehmomenten schützt. Eine Anforderung an Stellantriebe ist die Möglichkeit, bestimmte Bereiche des Hubes der Armatur sehr langsam zu durchfahren, um Druckstöße zu vermeiden. Auch hier bietet die Aumatic-Steuerung mehrere Möglichkeiten. Bei Antrieben mit fixer Antriebsdrehzahl kann durch Taktbetrieb eine Verlängerung der Stellzeit erreicht werden. Bei einem drehzahlregelbaren Antrieb wird dieser Bereich einfach mit einer kleineren Drehzahl durchfahren.

Die Non-Intrusive Einstellung von Stellantrieben bedeutet, dass bei der Inbetriebnahme alle Einstellungen vorgenommen werden können, ohne das Gerät zu öffnen. So ist auch bei ungünstiger Witterung die interne Mechanik und Elektronik vor Verschmutzung durch Nässe und Staub geschützt, sowohl die Schutzarten IP 67 oder IP 68 als auch der Explosionsschutz bleiben immer gewährleistet. Die im Stellantrieb integrierte Sensorik stellt ein Drehmomentsignal über den gesamten Stellweg zur Verfügung. Somit kann der Drehmomentverlauf kontinuierlich überwacht werden.

Für die Wegerfassung (Abb. 2) wird ein Multi-turn-Absolutwertgeber eingesetzt. Dieser ermöglicht für einen Stellweg bis zu 500 Umdrehungen die eindeutige Bestimmung der Armaturenposition. Das System benötigt keine Batterie. Beim Wiedereinschalten nach einem Stromausfall wird die aktuelle Armaturenstellung unmittelbar ermittelt. Eine Referenzfahrt ist nicht erforderlich. Dies gilt auch, wenn der Antrieb während einem stromlosen Zustand über das Handrad manuell bedient worden ist. Die Umsetzung der aktuellen Position in elektronische Signale erfolgt über Permanentmagneten und Hall-Sensoren.

Der für die Armatur benötigte Stellweg wird menügeführt über das Display der Stellantriebs-Steuerung Aumatic eingestellt. Hierfür wird die Armatur elektrisch mittels Ortssteuerstelle oder manuell über das Handrad in die gewünschte Position verfahren. Durch eine Quittierung wird die angefahrene Position als Endlage angenommen und automatisch abgespeichert. Die Einstellung einer Stellungsrückmeldung, die beispielsweise als 4…20-mA-Signal zum Leitsystem übertragen werden kann, erfolgt nach der Wegeinstellung vollautomatisch.

Das Messprinzip der mechanischen Größe Drehmoment ist abhängig vom Getriebeprinzip des Stellantriebs. Bei Antrieben mit Schneckengetriebe basiert die Drehmomenterfassung auf der mechanischen Auslenkung der Schiebeschnecke. Die dem Drehmoment proportionale Verschiebung wird über Zahnradstufen zum Aufnehmer übertragen und von der Auswerteelektronik in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei Antrieben mit Gleitkeilgetriebe wird für die Drehmomentmessung ein patentierter Drehmomentsensor eingesetzt, der direkt ein dem Drehmoment proportionales Signal liefert (Abb. 3).

Unabhängig vom Prinzip der Signalerfassung kann das für die Armatur benötigte Abschaltmoment menügeführt über das Display der Aumatic eingestellt werden. Innerhalb des für jede Stellantriebsgröße vorgegebenen Drehmomentbereichs (z.B. 30 bis 60 Nm), lässt sich das Abschaltmoment für die Richtung Auf und Zu verändern.

In Verbindung mit der Aumatic-Steuerung stehen zwei Möglichkeiten für die Einstellung des Antriebs zur Verfügung:

• Mit Hilfe der Drucktaster auf der Ortssteuerstelle der Steuerung; alle Einstellschritte werden menügeführt über die serienmäßig integrierte LCD-Anzeige in Klartext abgefragt.

• Wenn das Gerät über einen Feldbus angesteuert wird, kann die komplette Einstellung von der Leitwarte aus erfolgen.

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