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Ältere Gleichstromantriebe digitalisieren und einbinden

Control-Module bringen neuen Schwung in alte Anlagen
Ältere Gleichstromantriebe digitalisieren und einbinden

Wird an älteren Gleichstromantrieben die Regelung durch ein Simoreg-Control-Modul ersetzt, dann erhalten die Betreiber ohne Motorenaustausch den Funktionsumfang eines modernen Stromrichters. In der Praxis hat sich das Konzept bei einem Modernisierungsprojekt in der Straßburger Papierfabrik Stracel bewährt.

Dipl.-Ing. Johannes Renner ist Produktmanager DC Drives im Siemens-Geschäftsbereich A&D, Erlangen/Nürnberg

Ein Modernisierungsprojekt sollte die Produktion bei der Straßburger Papierfabrik Stracel, ein Tochterunternehmen des zweitgrößten europäischen Papierkonzerns UPM-Kymmene Corp. aus Finnland, auf eine höhere Papierqualität umstellen. Das veränderte Herstellungsverfahren erforderte es, die Mechanik komplett auszutauschen. Dazu gehörten einmal sämtliche Pressen, Rollen und Kalander, durch die das Papier seinen Glanz erhält. Letztendlich machten die maschinenbaulichen Maßnahmen auch ein Anpassen der gesamten elektrischen Antriebstechnik sowie der Leit- und Steuerungstechnik notwendig.
Die elektrotechnische Umrüstung übernahm, wie bereits bei der Erstinbetriebnahme vor zehn Jahren, der Siemens-Bereich A&D aus Erlangen. Um nun teure Stillstandszeiten zu reduzieren, machten die Stracel-Manager die Vorgabe, so viele Leistungsteile der vorhandenen voll funktionsfähigen Gleichstromantriebe wie möglich beizubehalten. Zudem forderten sie, diese in die veränderte Systemlandschaft mit einzubinden und die Umrüstzeit auf ein Minimum zu beschränken.
Hier eröffneten speziell für Gleichstromantriebe die Simoreg-Control-Module die Möglichkeit, vorhandene Antriebe schnell und kostengünstig hochzurüsten. Kostenvorteile bringt der Erhalt des größten Teils der Hardware: Motor, Mechanik sowie Leistungsteil inklusive Leistungsverkabelung und -verschienung verbleiben in der Anlage. Ersetzt wird „nur“ der Regelungsteil. Das Modul selbst ist in kürzester Zeit eingebaut. Vorgefertigte optionale Kabelsätze und ein spezielles Klemmendesign sparen Zeit. Sie reduzieren den Verkabelungsaufwand auf ein Minimum.
Hinzu kommt der Vorteil des mechanischen Aufbaus, denn Gehäuse und Leiterplatten sind teilbar. So können die beiden Gehäusehälften übereinander, nebeneinander oder auch getrennt voneinander montiert werden. Die einzelnen Leiterplattenmodule lassen sich beliebig im Schaltschrank platzieren. Über die optionalen Kabelsätze verbunden, können sich die Module bis zu 10 m vom Leistungsteil entfernt befinden. Durch die vielseitigen Montage-Möglichkeiten lässt sich jeder Schaltschrank schnell und einfach aufrüsten.
Das Ergebnis der Aktion ist ein moderner Gleichstromantrieb mit dem vollen Funktionsumfang der jüngsten Stromrichter-Generation Simoreg DC-Master 6RA70. Beispielsweise verfügen die digitalisierten Gleichstromantriebe über gleich hohe Dynamik wie Neugeräte. Die Anregelzeiten betragen weniger als 10 ms. Auch sind die hochgerüsteten Stromrichter modular erweiterbar mit Technologie-, Klemmen-erweiterungs- und Kommunikationsbau-gruppen. Wie die Simoreg DC-Master-Neugeräte wird das CM vollelektronisch parametriert. Hardwaremäßige Eingriffe wie Potentiometereinstellungen oder das Stecken von Jumpern entfallen.
Die Einstellungen erfolgen beispielsweise – wie beim Papierhersteller Stracel – mit einem Einfachbedienfeld in der Gerätetür. Es hat eine fünfstellige Siebensegmentanzeige, Zustandsanzeige und drei Tasten zum einfachen Parametrieren. Über das Einfachbedienfeld sind alle zur Inbetriebnahme erforderlichen Anpassungen, Einstellungen und Messwertanzeigen ohne Programmierkenntnisse möglich. Eine Alternative zum Einfachbedienfeld ist die Komfortvariante. Sie kann in der Gerätetür oder auch beispielsweise in der Schranktür montiert werden. Die vierzeilige Klartextanzeige ist übersichtlich und funktionell. Parametersätze können über „Download“ auf andere Geräte übertragen werden. Außer über ein Bedienfeld lassen sich die Simoreg-Control-Module auch über handelsübliche PC und geeignete Software parametrieren, bedienen, beobachten, diagnostizieren oder in Betrieb nehmen. Alle Einstellungen – ob geräte- oder anwendungsspezifisch – bleiben erhalten. Da dies auch bei einem Baugruppentausch möglich ist, wird dafür kein speziell geschultes Personal erforderlich.
Weiterhin verfügt das CM über eine Parallelschaltschnittstelle für bis zu sechs Stromrichter. Dies erlaubt redundanten Betrieb und erhöht so die Verfügbarkeit der Gesamtanlage. Über die seriellen Schnittstellen ist eine Geräte-Geräte-Kopplung (Peer to Peer) oder die Kommunikation über das USS-Protokoll möglich. Mit den optionalen Baugruppen wie Profibus, Can-Bus oder Device-Net lässt sich der digitalisierte Antrieb problemlos in jede Automatisierungswelt einbinden.
Innerhalb einer Woche war die Umrüstung von 17 Antrieben vollzogen. Nur kleine Stromrichter wurden komplett ausgetauscht, bei allen Geräten über 600 A war das Digitalisieren mit dem CM-Gerät die wirtschaftlichere Alternative. Durch den Austausch der Analogtechnik oder älterer Digitaltechnik gegen die volldigitalisierte Elektronik fügen sich die beibehaltenen Gleichstromantriebe ebenso wie die neuen Simoreg DC Master in die veränderte Produkt- und Systemlandschaft von Stracel ein. Sie kommunizieren über Profibus DP mit den anderen Stromrichtern, der ebenfalls vorhandenen Drehstromtechnik, den Simatic-S7-Steuerungen und der Leitzentrale. In der Konfiguration von Stracel handelt es sich dabei ausschließlich um Produkte und Systeme des einen Herstellers. Hervorzuheben ist aber hier, dass sich die Module grundsätzlich auch mit hochgerüsteten Antrieben anderer Hersteller verstehen.
Weil sich die mit dem Control-Modul hochgerüsteten Antriebe in jede Systemlandschaft integrieren lassen und dabei vollständig kompatibel zu Geräten vom Typ Simoreg DC Master 6RA70 sind, erhöht sich die Flexibilität bei den Modernisierungsprojekten. Beim Stracel-Projekt in Straßburg änderten sich durch die maschinenbaulichen Maßnahmen die Leistungen vollständig. Die Antriebsschrankgruppen mussten dabei völlig neu zusammengestellt werden.
Mit den Möglichkeiten des CM-Gerätes konnte von Fall zu Fall entschieden werden, ob auf Drehstrom umgestellt, ob Gleichstrom beibehalten oder aber der komplette Schrank ausgetauscht beziehungsweise die Antriebstechnik ersetzt oder digitalisiert wird. Allein technische Gegebenheiten und Kostenargumente bestimmten die Wahl der Maßnahme. Die Durchgängigkeit aller Gleich- und Drehstromantriebe in Bezug auf die Systemlandschaft war bei jeder Variante gewährleistet. In einigen Fällen wurden vorhandene Gleichstromantriebe an anderer Stelle eingesetzt. Sie ließen sich mit dem Control-Modul exakt auf ihre neue Aufgabe und Umgebung parametrieren. Lösungen, bei denen sich durch eine fallspezifische Kombination aus Austausch und Digitalisieren durch das CM-Gerät der geringstmögliche Zeit- und Kostenaufwand erzielen lässt, sind nicht nur für die Papierbranche interessant. Überall, wo große Gleichstromantriebe im Einsatz sind, bieten sich die digitalen Module an. So gibt es in der Stahlbranche bei Scherenantrieben und Walzwerksapplikationen zwei bis drei Mal so hohe Leistungen wie in der Papierindustrie, die Einsparpotenziale verhalten sich entsprechend. Andere Anwendungsmöglichkeiten sind Druckmaschinen, Fahr- und Hubantriebe, Hebezeuge, Lifte und Seilbahnen sowie Belastungsmaschinen für Motoren-, Turbinen- oder Getriebeprüfstände.
Flexible digitale Module haben keine Sprachprobleme
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