In verfahrenstechnischen Anlagen kommt eine große Zahl drehzahlveränderbarer Antriebe in einem weiten Leistungs- und Drehzahlbereich zum Einsatz. Eine wesentliche Erleichterung bei der Erstellung und beim Betrieb von Anlagen ist es, wenn alle Antriebe der Anlage einheitlich mit ein und demselben Engineering-System projektiert, in Betrieb genommen, optimiert und gewartet werden können. Ein solches System vereinfacht bereits die Auswahl des kostengünstigsten Antriebs für jede einzelne Aufgabe.
Dipl.-Ing. Volker Böhm, Roland Knippert
Das durchgängige Engineering über die Grenzen von Produktfamilien hinweg hat sich Siemens schon seit langem auf die Fahnen geschrieben – und mit Totally Integrated Automation realisiert. Neben der funktionellen Integration wurden die Software-Werkzeuge unabhängig von der Art des Antriebs auf eine einheitliche Basis gestellt. Hierbei handelt es sich um die Programme Sizer für die Projektierung und Starter für die Inbetriebsetzung von drehzahlvariablen Antriebssystemen. Damit wurde ein durchgängiges Engineering-System mit einer einheitlichen Philosophie geschaffen. Durchgängige Bedienoberflächen und Datenbasen erlauben die Auswahl, Dimensionierung, Inbetriebsetzung, Optimierung und den Service von Antrieben unterschiedlicher Produktfamilien. Für den Einsatz in Anlagen der chemischen Prozessindustrie sind dabei vor allem die Geräte der Antriebsfamilien Micromaster 440 und Sinamics in Chemie-Ausführung prädestiniert.
Diese engineering-kompatiblen Antriebssysteme decken den Leistungsbereich von 0,12 bis 800 kW ab. Grundsätzlich entspricht die Schaltungstechnik den PELV-Kriterien. Auch stehen Anschlussfelder nach den Namur-Empfehlungen NE37 und NE38 zur Verfügung. In Verbindung mit ebenfalls direkt in Sizer und Starter projektier- und parametrierbaren explosionsge-schützten Motoren wird die Richtlinie Atex 100a erfüllt.
Mit einem System von 120 W bis 800 kW
Die Siemens-Umrichter Micromaster 440 und Sinamics G150 treten zwar unter verschiedenen Produktnamen an, sie decken aber gemeinsam den im Anlagenbau geforderten Leistungsbereich nahtlos ab. Bis 90 kW kommen die Umrichter der Produktfamilie Micromaster 440 zum Einsatz. Sie können je nach Antriebsaufgabe für konstantes oder quadratisches Lastmoment parametriert werden. Ziel war es neben einer Erhöhung der Anwenderfreundlichkeit auch den Platzbedarf zu minimieren. Bei den Micromaster-Geräten werden hierzu Kommutierungsdrosseln und LC-Ausgangsfilter bis zu einer Leistung von 15 kW als Unterbau-Komponenten ausgeführt. Der Micromaster 440 ist für den Einbau in Schaltschränke vorgesehen.
Gänzlich engineering-kompatibel zum Micromaster 440 weiten die Sinamics G150- Schrankgeräte den Leistungsbereich der drehzahlgeregelten Antriebslösungen bis 800 kW aus. Der G150 ist konstruktiv bereits auf den industrietypischen Einsatz bei Lüftern, Pumpen und Kompressoren hin optimiert. So bietet er standardmäßig die für Strömungsmaschinen besonders zweckmäßige geberlose Vektorregelung nach quadratischem Lastmoment.
Sein Schaltschrank fällt besonders kompakt aus. Mit dem G150 werden gegenüber herkömmlichen Umrichtern gleicher Leistung ca. 50 % Stellfläche eingespart. Wenn bei zentraler Netzanschaltung die entsprechenden Komponenten nicht im Schaltschrank Platz finden müssen, dann ist die Stellfläche sogar um 70 % reduziert. Schaltschrankversionen mit Schutzarten bis IP 54 stehen zur Auswahl, was den Spielraum bei der Platzierung vor Ort erweitert – und damit hilft, die Motorzuleitungen kurz zu halten. Unter der Bezeichnung Sinamics G130 steht die Technik des G150 auch als modulares Einbaugerät zur Verfügung.
Beide Antriebsfamilien lassen die Defini- tion ausblendbarer Frequenzbänder zur Vermeidung von Maschinenresonanzen zu. Diese Funktion dient auch dazu, unkontrollierte Druckmaxima im geförderten Medium durch stehende Wellen zu verhindern. Automatischer Wiederanlauf nach Netzausfall, stoßfreies Zuschalten auf einen bereits drehenden Motor und parametrierbare Hoch- und Rücklaufzeiten mit Rampenverrundung reduzieren die Belastung der Mechanik – und leisten einen wesentlichen Beitrag zu einer hohen Lebensdauer und Betriebsbereitschaft der Anlage. Umfangreiche Funktionen zur Motorüberwachung tragen dem hohen Sicherheitsbedürfnis in der Prozessindustrie Rechnung.
Motorschutz integriert
Die in beiden Umrichterfamilien genutzte IGBT-Technologie sorgt für einen sehr hohen Wirkungsgrad. Zudem kann bei dieser Technologie schon durch elektronische Maßnahmen ein hoher Schutz gegen ausgangsseitige Spannungsspitzen und kritische Spannungsgradienten erreicht werden. Mit LC- bzw. Sinusfilter sind die Umrichter in der Lage, Motoren in bis zu 300 m entfernten explosionsgefährdeten Bereichen zu betreiben. Zudem bieten diese Filter durch den geglätteten, sinusförmigen Spannungsverlauf dem Anlagenbauer die Möglichkeit, Asynchronmotoren älterer Bauart oder anderer Hersteller einzusetzen.
Nahtlos: Anbindung an Steuerung und IT-Ebene
Einheitlich nutzen die Niederspannungs-Umrichter Micromaster 440 und Sinamics G150 den Feldbus Profibus für die Kommunikation mit der Anlagensteuerung. Über diesen Kommunikationsweg besteht direkter Zugriff auf alle Parameter der Frequenzumrichter. Auch ohne Gang zum Gerät ist die Konfiguration und Überprüfung von Settings sowie das Abfragen der Statusinformationen von zentraler Stelle aus möglich. Dies erleichtert insbesondere die Inbetriebsetzung in ausgedehnten Anlagen. Die Softwarekomponente DriveES Basic bietet zum einen die Integration der Antriebe in die Simatic-Welt, zum anderen ermöglicht sie den Remote-Zugriff über Netzwerkgrenzen hinweg – eine wesentliche Voraussetzung für die Fernwartung der Anlage über WAN- oder Telefonnetze bis ins letzte Detail der Antriebsparameter und Motordaten.
Der produktübergreifend durchgängige Systemansatz reduziert die Zahl der Schnittstellen und Protokolle innerhalb der Anlagenautomatisierung drastisch. Und er senkt im Vergleich zum Einsatz mehrerer alleinstehender Antriebslösungen unmittelbar Aufwand und Kosten bei der Erstellung und Wartung der Automatisierung. Zudem erhöht sich die Prozesssicherheit bei sinkender Komplexität der Kommunikation.
Die Vorbereitung einer Namur-Empfehlung zum herstellerunabhängigen Einsatz des Profidrive-Profils 3.1 in der Prozessindustrie verfolgt ein ähnliches Ziel. Als Mitglied dieses Arbeitskreises hat Siemens die hierfür erforderlichen Software-Strukturen bereits in seinen neuesten Umrichtern angelegt. Sobald die Namur-Empfehlungen zur herstellerunabhängigen Nutzung des Profils 3.1 festgeschrieben sind, genügt ein Firmware-Update für die Schrankgeräte, um diese Umrichter für den neuen Standard zu öffnen.
Auch vor Ort, direkt am Gerät, beweisen Micromaster 440 und Sinamics G150 Kommunikationsfähigkeit. Für die lokale Überwachung, Bedienung und Wartung bieten beide Gerätefamilien robuste, nach IP 54 geschützte Bedien-Panels mit Klartextmenüs. Ein ausgefeiltes mehrstufiges Sicherheitskonzept verhindert die unbefugte Manipulation der Geräteeinstellungen. Prinzipiell sind die Antriebe also auch ohne überlagerte Steuerung einsetzbar.
Wirtschaftlich von Vorteil
Siemens hat seine drehzahlvariablen Antriebslösungen für die chemische und pharmazeutische Industrie effizient gebündelt und in einer einheitlichen, durchgängigen Engineering-Umgebung verfügbar gemacht. Damit ist ein wichtiger Schritt zu Lösungen aus einer Hand vollzogen. Im Gegensatz zu den üblichen Single-Vendor-Angeboten bietet die Einbettung mehrerer Produktfamilien in ein gemeinsames Engineering-System den Vorteil, auch dort wirtschaftlich optimierte Antriebslösungen bieten zu können, wo sonst der Einfachheit halber uniforme und überdimensionierte Geräte projektiert werden.
Hannover Messe: Halle 9, Stand A71/72
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