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Fehlersichere Frequenzumrichter machen Fördertechnik flexibler

27.02.2009
Beim Auslegen der Fördertechnik zur Produktion von Solarmodulen wählten die Konstrukteure fehlersichere Frequenzumrichter aus. Dadurch konnten die Standardautomatisierung und das Sicherheitskonzept auf der gleichen Plattform umgesetzt werden, was zu deutlichen Zeiteinsparungen geführt hat.

Die Solarmodulproduktion bei Conergy in Frankfurt (Oder) ist auf 200 MW Jahresleistung ausgelegt. Dort sind fünf automatische Produktionslinien mit etwa 50 Robotern und anderen Handling-Systemen aufgebaut, von der jede einzelne rund 30 Solarpanels pro Stunde fertigen kann.

Fördertechnik kann an Fertigungszellen angepasst werden

Der Transport der knapp 2 m² großen Scheiben läuft über eine ausgefeilte Fördertechnik, die auf standardisierten Einzelmodulen aufgebaut ist. Dies ermöglicht ein Maximum an Flexibilität, was dazu führt, dass sich die Fördertechnik ohne großen Aufwand an die einzelnen Fertigungszellen anpassen lässt und Veränderungen während des Projektverlaufs ohne weiteres möglich sind.

Die Zuführstrecken zu den einzelnen Fertigungszellen addieren sich auf 66 Einzelsegmente, die Abführstrecken auf 52 Segmente – jedes davon etwa 2 m lang. Einen großen Anteil an der beschriebenen Flexibilität hat auch das Antriebs- und Steuerungskonzept, das Standard- und fehlersichere Automatisierung auf der gleichen Plattform belässt. Dazu wurde die dezentrale Peripherie Simatic ET200S von Siemens eingesetzt. Der große Vorteil dieses Systems ist der modulare Aufbau und die einfache Einbindung in das gesamte Steuerungskonzept über Profibus und Profisafe.

Busbasierte Sicherheitstechnik reduziert Komplexität

Dazu wurden vor Ort Steuerkästen an die Förderanlage montiert. In den standardisiert aufgebauten Unterverteilern befindet sich eine dezentrale Peripherie ET200S mit zwei fehlersicheren Frequenzumrichtern (Bild 2). Jeder von ihnen ist einem Fördersegment zugeordnet und schaltet es im Not-Aus-Fall sicher ab. Darüber hinaus wurden durch diese Kombina-tion aus Standard- und fehlersicherer Technik große Einspareffekte erzielt.

Denn während in kleineren Projekten die Sicherheitsfunktionen bislang über Sicherheitsschaltgeräte hardwaremäßig verdrahtet worden sind, nutzten die Verantwortlichen erstmals eine busbasierte Lösung. Für die einfache Integration der Sicherheitstechnik in die Steuerung bedarf es nur geringen Lernaufwandes. Die dazu notwendige Software Safety Integrated wird einfach zusätzlich innerhalb der Programmiersoftware Step 7 der eingesetzten Steuerung S7 CPU 319F-3 PN/DP installiert.

Die Frequenzumrichter ET200S FC bieten die Funktionen sicherer Halt, sichere Bremsrampe und sicher reduzierte Geschwindigkeit. Die Einstellung der jeweils gewünschten Parameter und Abschaltgruppen für jeden Frequenzumrichter erfolgt in der Software Safety Integrated, was von jedem Busknoten aus innerhalb des Profibus geschehen kann. Mit dieser Lösung wurde es geschafft, die extrem hohe Komplexität der Produktionsanlage hinreichend abzubilden. Die anfangs rund 150 gewünschten Abschaltkreise konnten letztlich auf knapp 50 reduziert werden. Dies geschah in Zusammenarbeit mit den Zulassungsbehörden wie TÜV und Berufsgenossenschaft, nachdem eine umfangreiche Gefährdungsanalyse vorausgegangen war.

Dezentrale Peripherie vereinfacht Modifikationen

Ein busbasiertes Not-Aus-Konzept mit fehlersicheren Frequenzumrichtern erweist sich auch bei Anlagenerweiterungen oder -modifikationen als vorteilhaft. In einem solchen Fall sind auch keine aufwändigen Kabel-installationen mehr notwendig. Denn die dezentrale Peripherie besteht aus einer Kopfbaugruppe IM 151 mit Profibusanschluss, daran angereiht sind E/A-Baugruppen. Diese können nach Bedarf als Standard- oder fehlersichere Einheiten ausgeführt sein.

Am Ende des Aufbaus sitzen die fehlersicheren Frequenzumrichter ET200S FC – kombiniert aus Regelungs- und Leistungsteil. Kommt nun ein neuer Not-Aus-Taster dazu, muss dieser lediglich mit der fehlersicheren E/A-Baugruppe verbunden und in der Safety-Integrated-Software entsprechend konfiguriert werden.

Ein weiterer Vorteil der dezentralen Peripherie ist, dass sowohl die Kommunikation als auch die Energieversorgung selbstaufbauend sind. Die einzelnen Einheiten stellen die elektrischen Verbindungen selbständig her, sobald sie zusammengesteckt werden.

Austausch der Frequenzumrichter erfordert keinen Umbau

Falls tatsächlich ein Frequenzumrichter getauscht oder gegen einen größeren ersetzt werden muss, ist dazu keinerlei Umbau notwendig. Das entsprechende Gerät wird lediglich nach vorne abgezogen und das neue wieder aufgesetzt. Die stehende Verdrahtung ermöglicht das sogenannte „hot Swapping“ – auch während des laufenden Betriebs. Es sollte lediglich darauf geachtet werden, dass dabei der entsprechende Frequenzumrichter unbelastet ist.

In der Anlage sind alle Leitungen steckbar ausgeführt. Das bedeutet, dass einzelne Transportsegmente für die Glasscheiben und die Module in kürzester Zeit komplett getauscht werden können, ohne dass in die Elektrik eingegriffen werden muss. Das ist deshalb wichtig, weil die Pufferspeicher der Solarpanel-Produktion im Störfall bald voll wären und ein einzelnes Transportmodul die gesamte Ausbringung stoppen könnte. Mit den modular aufgebauten und schnell austauschbaren Förderstrecken kann die geforderte Verfügbarkeit von 85% erfüllt werden.

Kommt es zu einer Störung der Elektrik, so ist auch die Parametrierung der Frequenzumrichter entsprechend einfach – entweder über eine Speicherkarte oder über Profi-bus. Die Geräte haben eine Schnittstelle für eine Speicherkarte, auf der sämtliche Einstelldaten gespeichert werden können. Diese muss dann lediglich entnommen und in das neue Gerät eingeschoben werden. Die Anlage in Frankfurt arbeitet nach der zweiten Variante.

In der Solarpanel-Produktion von Conergy erwies sich gerade das als einer der größten Vorteile der Frequenzumrichter ET200S FC. Die etwa 120 Umrichter in rund 50 Schaltkästen sind leistungsgleich (0,75 kW) und identisch parametriert. Über die Steuerungssoftware Step 7 und den Profibus konnten deshalb die Einstellwerte gleichzeitig auf alle Geräte aufgespielt werden, wodurch erheblich Zeit eingespart wurde.

Busbasierte dezentrale Lösung spart 30% der Kosten ein

Durch den reduzierten Verdrahtungsaufwand dieser Lösung mit busbasierter dezentraler Peripherie konnten etwa 30% an Kosten eingespart werden. Dazu kommt die gleiche Einsparung in der Planung und der gesamten Elektrik. Darüber hinaus lassen sich über die Software alle Einstellwerte der Standard- und der fehlersicheren Automatisierung über einen Drucker ausgeben und damit dokumentieren. Auf diese Weise sind die Anlagenunterlagen komplett und bei Bedarf im Handumdrehen aktualisiert.

Verkürzte Zeiten für Planung und Inbetriebnahme

In der Solarpanel-Produktion bei Conergy hat der Ausrüster Schmid Technology Systems GmbH erstmals eine Fördertechnik auf der Basis von Profibus und Profisafe realisiert. Damit konnte die Komplexität der Standard- und der fehlersicheren Automatisierung erheblich reduziert werden, was letztendlich auch zu relativ kurzen Planungs-, Installations- und Inbetriebnahmezeiten geführt hat.

Das i-Tüpfelchen ist der drahtlose Service, mit dem die Instandhal-tungsabteilung noch schneller agieren kann. Denn die beiden Steuerungen Simatic S7 319 PNDP F von Siemens arbeiten nicht nur fehlersicher und nutzen den Profibus, sondern sie sind auch netzwerkfähig. In Verbindung mit WLAN-Adaptern können die Instandhalter den Anlagenservice entsprechend komfortabel per Mobile Panel WLAN von Siemens durchführen.

Dipl.-Ing. (FH) Thomas Pflugfelder ist Vertriebsingenieur bei der Siemens AG, Drive Technologies, in Stuttgart.

Thomas Pflugfelder | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/172579/

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