Stabile Fertigungsprozesse und eine kontinuierliche Produktion gehören zu den Hauptanforderungen in der chemischen Industrie. Ungeplante Stillstände gilt es zu verhindern. Aus diesem Grund findet das Thema Digitalisierung und Industrie 4.0 immer mehr Aufmerksamkeit. Eine Lösungsmöglichkeit ist dabei der Advanced Physical Layer, APL. Dieser ist für alle Protokolle gleich und erlaubt die Verwendung der gängigen Ethernet-Technologie für große Entfernungen und für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Das Ziel ist es, eine direkte Ethernet-Verbindung von den Feldgeräten bis in die Cloud zu realisieren. Derzeit beschäftigen sich namhafte Unternehmen aus der deutschen Chemieindustrie mit der Umsetzung dieser neuen Technologie. Dabei handelt es sich um produzierende Unternehmen und entsprechende Partner aus dem Bereich der Prozessautomatisierer und Komponentenhersteller. Die notwendigen Feldgeräte mit eigener Ethernet-Anbindung werden allerdings erst in den kommenden Jahren vermehrt verfügbar sein.
Intelligentes Absicherungssystem
Eine serienreife Alternative zu den zukünftigen Lösungen ist das intelligente Controlplex-System CPC20 von E-T-A. Dieses wird den Anforderungen in vollem Umfang gerecht. Es setzt sich aus drei Komponenten zusammen. Die Basis bildet das Stromverteilungssystem Modul 18plus. Die einzelnen Module sind anreihbar und daher flexibel an die Anforderungen der Konstruktion anpassbar. Auf dieses Modul wird der elektronische Sicherungsautomat ESX60D gesteckt. Die Steckbarkeit der Sicherungsautomaten erlaubt eine schnelle und unkomplizierte Anlagenerweiterung ohne negativen Einfluss auf den bestehenden Fertigungsprozess. Mit dem Buscontroller CPC20 wird das System an die übergeordneten Steuerungssysteme angeschlossen. Dieses ermöglichen zwei RJ45-Buchsen für den Anschluss an das Bussystem Profinet und eine zusätzliche Ethernet-Schnittstelle. Über diese werden alle Statusinformationen und Messwerte übertragen und sind dort entsprechend auszuwerten. Das erhöht die Transparenz der 24 V(DC)-Stromverteilung und dadurch die Prozessstabilität.
Modulares Stromverteilungssystem
Das Stromverteilungssystem Modul 18plus wurde speziell für die Anforderungen im Anlagenbau und der Prozessindustrie entwickelt. Aufgrund der Steckbarkeit der elektronischen Sicherungsautomaten ist es möglich einzelne Stromkreise stillzusetzen, ohne dass dieses einen Einfluss auf den restlichen Aufbau der Anlage hat. Dadurch sind Erweiterungen der Anlage oder Anpassungen in der Konfiguration problemlos möglich. Das ist besonders in der Chemieindustrie in Bereichen mit kontinuierlicher Produktion von entscheidendem Vorteil. Das System besteht aus einem Einspeisemodul, das den Anschluss von Leitungen mit einem Querschnitt von 16 mm² erlaubt. Dadurch ist eine Verteilung von 80 A möglich. Diese hohe Stromstärke deckt die Anforderungen in der Prozessindustrie in einem sehr hohen Maße ab. An dieses Einspeisemodul reiht man dann die Anschlussmodule an. Jedes dieser Module ist mit Push-in-Klemmen ausgestattet, die eine schnelle Verdrahtung der Geräte ermöglichen. Die maximale Anzahl der anreihbaren Module beträgt 16 Steckplätze. Dabei ist zu beachten, dass der elektronische Sicherungsautomat ESX60D ein zweikanaliges Gerät ist. Somit sichert das System direkt 32 Kanäle ab. Mit einem gesonderten Transfermodul lässt sich die Anzahl verdoppeln. Das bedeutet, dass mit einem Buscontroller CPC20 bis zu 64 Kanäle gesteuert und überwacht werden können.
Elektronischer Überstromschutz
Der elektronische Sicherungsautomat ESX60D bildet mit dem Modul 18plus das ideale Paket zur Absicherung der unterschiedlichen Lasten. Der Sicherungsautomat ist steckbar ausgeführt. Dadurch ist das Stromverteilungssystem problemlos erweiterbar. Auf einer Breite von nur 12,5 mm sind zwei Kanäle integriert. Diese kompakte Bauform bietet gerade bei der Verwendung von dezentralen Verteilerkästen mit einem begrenzten Platzangebot besondere Vorteile. Der intelligente Sicherungsautomat erfasst kontinuierlich die Messwerte der angeschlossenen Last. Dabei werden unter anderem der aktuelle Laststrom und die Lastspannung an den Buscontroller weitergeleitet. Steigt der Laststrom der angeschlossenen Last an, wird dieses an die übergeordneten Steuerungen gemeldet. Speziell dafür wurde ein Grenzwert integriert, der über die Steuerung zwischen 50 und 100 % des Nennstroms des Sicherungsautomaten einstellbar ist. Wird dieser Schwellwert überschritten, blinkt die LED-Lampe am Gerät und meldet eine Warnmeldung. Die Warnmeldung wird an die übergeordneten Steuerungen weitergeleitet, wo man sie visualisieren kann. Diese Funktionalität ermöglicht ein frühzeitiges Eingreifen des Wartungspersonals. Vorbeugende Wartung vermeidet Anlagenstillstände und erhöht damit die Stabilität des Fertigungsprozesses. Neben dieser Warnschwelle sind nur andere Parameter des Sicherungsautomaten über die Steuerung einstellbar, wie beispielsweise das Einschaltverhalten. Einige Verbraucher verfügen über einen hohen Einschaltstrom, der nach dem Anlauf wieder sinkt. Sichert man mehrere derartige Verbraucher mit der gleichen Stromversorgung ab, kann das bei einem gemeinsamen Einschalten zu einer Überlastung und einem Abschalten der Stromversorgung führen. Das ist durch ein entsprechendes Einschaltverhalten der Verbraucher vermeidbar.
Des Weiteren lässt sich der Nennstrom der Sicherungsautomaten zwischen 1 und 10 A in ganzzahligen Schritten einstellen. Dadurch ist die Stromverteilung auf sich ändernde Konfigurationen der Anlage ohne Gerätetausch anzupassen. Den Nennstrom der Geräte kann man über die Steuerung ändern. Diese Möglichkeit ist selbstverständlich auf der Steuerung zu verriegeln, um ungewollte Änderungen zu verhindern. Diese Funktionalität verringert die Lagerhaltung der Geräte.
Intelligenter Buscontroller
Die gesamten Parametrierungen werden mithilfe des Buscontrollers CPC20 durchgeführt. Er ist die intelligente Anbindung an die übergeordneten Steuerungssysteme. Dabei verfügt der CPC20 über eine Feldbusschnittstelle für Profinet. Der integrierte Switch ermöglicht die einfache Integration des Buscontrollers in die Feldbustopologie, wodurch alle Standardmechanismen des Feldbussystems verfügbar sind. Die Programmierung erfolgt über die Programmiertools der unterschiedlichen Steuerungshersteller. Die Gerätebeschreibungsdatei GSDML und die entsprechenden Funktionsbausteine erleichtern die Anbindung. Diese stehen, ebenso wie die notwendigen Figuren für die Visualisierungen, kostenlos zur Verfügung. Mit einer weiteren Ethernet-Schnittstelle kann man auf den integrierten Webserver zugreifen. Dieser verfügt über zwei verschiedene Betriebsarten. In der einen ist nur ein passiver Zugriff auf die Geräte möglich. Alle Messwerte und Statusinformationen sind dabei ables- und auswertbar. Bei der zweiten Betriebsart ist darüber hinaus der aktive Zugriff auf die Geräte möglich. Die elektronischen Sicherungsautomaten lassen sich dabei ein- beziehungsweise ausschalten oder auch zurücksetzen. Ebenso kann man auch die Parameter der Sicherungsautomaten direkt ändern und an sich ändernde Anlagenkonfigurationen anpassen. Diese Funktionalität ist allerdings über die Konfiguration des Buscontrollers verriegelbar und kann durch die Konstruktion vorgegeben werden.
Das intelligente Stromverteilungssystem Controlplex CPC20 bietet eine Vielzahl von Vorteilen zu einer herkömmlichen Stromverteilung. Neben dem modularen und flexiblen Aufbau durch das Modul 18plus sowie der Messwerterfassung der elektronischen Sicherungsautomaten bietet es eine durchgängige Transparenz. Diese wird mit dem Buscontroller CPC20 realisiert, der neben der Anbindung an das Feldbussystem Profinet auch noch über eine weitere Ethernet-Schnittstelle verfügt. Über diese kann man von allen Ebenen der Automatisierungspyramide auf die einzelnen Geräte zugreifen. Dieses erhöht die Transparenz der 24-V-(DC)-Stromverteilung und dadurch die Anlagenverfügbarkeit und die Stabilität der Fertigungsprozesse.
E-T-A GmbH, Altdorf
Autor: Thomas Kramer
Business Development Manager, Automation & Process Control,
E-T-A
