Ausgiebig testen bereits vor Auftragsvergabe

Beim Bau von Anlagen zur Herstellung von Platten und Böden mit unterschiedlichstem Design ist Kreativität gefordert. Entsprechend innovativ müssen Anlagenkonzepte sein. Vereinfachtes Engineering, Flexibilität, Verfügbarkeit und Energiemanagement sind deswegen für die schwäbische Sandvik TPS Composite Solutions wichtige Aspekte, die sich mit durchgängiger Systemtechnik von Siemens erreichen lassen.

Der Autor: Zoran Vlasic, Division Digital Factory, Siemens AG

Im Technologie-Center von Sandvik TPS Composite Solutions in Göppingen können Kunden, die Platten und Böden produzieren wollen, seit dem Frühjahr 2016 Doppelbandpressen, Präzisionsstreusysteme sowie die zugehörige Ausrüstung bereits vor Auftragsvergabe testen. „Entscheidend für unsere Wettbewerbsfähigkeit ist neben der qualitativ hochwertigen Ausführung der Anlagen eine hohe Flexibilität, die uns die ideale Anpassung an Kundenwünsche erlaubt“, erläutert Frank Hoffmeyer, Betriebsleiter bei Sandvik TPS.

Ende 2015 wurde eine neu entwickelte Thermopress-Doppelbandanlage in Betrieb genommen, die aufgrund ihres modularen Aufbaus und weiterer Finessen eine technische wie wirtschaftliche Alternative zu bisherigen Lösungen darstellt. So reduziert etwa der Einsatz eines umlaufenden Teflonbandes die erforderlichen Presskräfte auf zirka 20 t, was die Investition in eine solche Anlage spürbar wirtschaftlicher macht. Die etwa 30 m lange Anlage im neuen Technologie-Center ist in vier Bereiche unterteilt: alle Arten von Streuauftrag auf ein vorgezogenes Unterband sowie Heiz-, Drück- und Kühlzone. Passend zum Materialeinsatz variieren die Durchlaufgeschwindigkeiten zwischen 0,5 und 12 m/min. Bernhard Voith, Leiter des Technologie-Centers, freut sich: „Damit zeigen wir unseren Kunden unter realen Bedingungen, was möglich ist und können mit ihnen zusammen die optimale Anlage für die spätere Massenproduktion entwerfen.“

Kompaktabzweige als vielseitige Ideallösung

Die schwäbischen Spezialisten suchen auch ihrerseits bevorzugt nach aufeinander abgestimmten Systemlösungen. Mit Totally Integrated Automation (TIA) haben sie diese gefunden: Vom Motorstarter bis zur Anlagensteuerung stammen die zentralen Komponenten durchweg von Siemens. Für die Pumpen- und Lüfterantriebe in der Doppelbandpresse kommen etwa rund zwei Dutzend Kompaktabzweige Sirius 3RA6 zum Einsatz. Mit einer Baubreite von 45 mm (Direktstarter) lassen sich mit nur fünf Varianten Motoren bis 32 A Motor-Bemessungsstrom starten. Grund dafür ist ihr weiter Einstellbereich für den Strom. Frank Doschadies aus der Elektroabteilung bei Sandvik TPS bestätigt: „Dadurch benötigen wir in dieser Anlage nur eine einzige Ausführung, und auch sonst kommen wir mit zwei Varianten aus, was den gesamten Engineering-Prozess sowie die Lagerhaltung spürbar vereinfacht.“

Gleichzeitig wurde im Schaltschrank erheblich Platz gespart, was sich positiv auf die Unterteilung des gesamten Schaltschranks auswirkte. Zudem lässt sich bei der Verdrahtung mit den Kompaktabzweigen viel Zeit sparen, bestätigt Doschadies und auch die Ausführung mithilfe der Federzug-Klemmtechnik zeigt ihre Auswirkungen, wie Kollege Ralph Baudisch bestätigt: „Dadurch können wir auf die Montage von Aderendhülsen verzichten und das Nachziehen von Verbindungen, wie es bei der Schraubtechnik gefordert ist, wird damit überflüssig – beides spart Zeit und erhöht die Qualität.“

Auch das ist ein Pluspunkt für die Systemdurchgängigkeit, denn Siemens bietet seinen gesamten Sirius-Systembaukasten auch mit Federzug-Klemmtechnik an. Das vereinfacht die Montage und Demontage von Haupt- und Steuerstromkreis. Selbst im Servicefall gelingt ein Gerätetausch im Handumdrehen: Einfach die abnehmbaren Klemmen abziehen, den Kompaktabzweig herausnehmen und in der gleichen Weise das neue Gerät einsetzen. Vorher muss lediglich der Stromwert für den Überlastauslöser an der Gerätefront manuell eingestellt werden. „Durch einen derart schnellen Austausch erhöhen wir sogar die Verfügbarkeit unserer Anlagen“, fasst Frank Hoffmeyer die Vorteile zusammen.

Diagnosemöglichkeiten steigern die Verfügbarkeit

An der Gerätefront der Kompaktabzweige Sirius 3RA6 gibt es eine Anzeige für das Lebensdauerende der Hauptkontakte. Dies ist aus Servicegesichtspunkten ein großer Vorteil, wie auch die separate Erfassung einer eventuellen Überlast- beziehungsweise Kurzschlussauslösung. Hierfür gibt es auch integrierte Hilfsschalter, um entsprechende Signale in der überlagerten Steuerung zu erfassen. Die Signalverarbeitung von den Motorstartern erfolgt in der Thermopress-Anlage über die dezentrale Peripherie Simatic ET 200SP. Von dort werden die Signale per Profinet oder Profisafe zur fehlersicheren Steuerung Simatic S7-1500 weitergeleitet. Durch die Möglichkeit, Standardmodule und fehlersichere Module beliebig kombinieren zu können, ging auch die Integration der Sicherheitstechnik in die Anlage entsprechend komfortabel vonstatten. „Systemdurchgängigkeit zeigt sich hier als Wettbewerbsvorteil“, kommentiert Matthias Kleinhans, Geschäftsführer von Sandvik TPS.

Der übersichtliche Aufbau erlaubt sogar, die Signalübermittlung statt über Parallelverdrahtung mithilfe von IO-Link mit nur drei Standardleitungen durchzuführen. Bis zu vier Kompaktabzweige (Wende- und Direktstarter) können miteinander verbunden und über eine standardisierte IO-Link-Verbindung bequem mit einem Port beim IO-Link-Master der ET 200SP verbunden werden. In Summe können an den vier Ports des IO-Link-Masters bis zu 16 Abzweige betrieben werden. Damit erhöht sich die Dichte an Diagnoseinformationen weiter, denn statt einer Sammelstörmeldung können auf diese Weise Kurzschluss, Lebensdauerende, Endlage etc. detailliert dargestellt werden. Frank Doschadies dazu: „Mittlerweile gibt es eine Reihe von Geräten mit dieser alternativen Anschlussmöglichkeit, weshalb wir den künftigen Einsatz auf jeden Fall ins Auge fassen.“

Die Diagnosemöglichkeiten von IO-Link zu nutzen, geht am einfachsten über den entsprechenden Diagnosebaustein im Engineering Framework „TIA Portal“ von Siemens – also ohne zusätzlichen Programmieraufwand, wie es sonst für die Diagnose notwendig wäre. Die Software haben die Experten bei Sandvik TPS bei der neuen Test-Anlage erstmals in der Praxis genutzt. Der Vorteil ist, dass der gesamte Sirius-Systembaukasten darin enthalten ist. Zudem lassen sich damit Programmierung, Parametrierung, Visualisierung, Schalttechnik, Sicherheitstechnik und Antriebstechnik auf einer einzigen Plattform mit einer gemeinsamen Datenbasis erledigen. Frank Hoffmeyer: „Diese leistungsfähige Software vereinfacht viele Engineering-Prozesse und untermauert die Systemdurchgängigkeit auf der Hardwareseite. Von beidem profitieren unsere Kunden weltweit.“

Einfache Strommessung für das Energiemanagement

Ein weiteres Thema heißt Energieeffizienz. Was beim sporadischen Einsatz von Testanlagen wie der in Göppingen nicht zwangsläufig notwendig ist, gewinnt für prozesstechnische Anlagen im Dauereinsatz sehr wohl an Bedeutung. Unter anderem fordert auch ein neues Gesetz zur Teilumsetzung der Energieeffizienzrichtlinie 2012/27/EU für Unternehmen ab einer festgelegten Größe regelmäßige Energieaudits im Vierjahres-Rhythmus. Eine Alternative ist ein Energiemanagement nach ISO 50001. Der Druck zur systematischen Energieverbrauchserfassung wächst dadurch weiter – sowohl für Hersteller als auch Anwender. Siemens bietet hierzu die Überwachungsrelais Sirius 3RR2 an, die einfach zwischen Kompaktabzweig und Motor geschaltet werden. Über IO-Link lassen sich die Werte einfach in der Steuerung einlesen und weiterverarbeiten. Gleiches gilt für den Anlagenschutzschalter 3VA2, der als Hauptschalter in Anlagen eingesetzt werden kann und die Strommessung bereits integriert hat – ohne zusätzliche Verdrahtung und Stromwandler. Eine weitere Lösung für das Energiemanagement ist das Modul „Energy Meter“, das es für die ET 200SP gibt. Damit lässt sich die Spannung direkt messen, die Stromerfassung erfolgt über separate Stromwandler. Diese wenigen Beispiele zeigen, dass sich mit Systemdurchgängigkeit ein Energiemanagement entsprechend einfach aufbauen beziehungsweise nachrüsten lässt. Die Daten können dann über weiterführende Systeme wie Simatic B.Data von Siemens übersichtlich ausgewertet werden.

Systemdurchgängigkeit als Grundlage für Erfolg

„Bei uns gibt es keine Anlagen von der Stange, sondern sie sind alle individuell auf die Anforderungen von Kunden zugeschnitten“, fasst Matthias Kleinhans zusammen. Das neue Technologie-Center im Stammwerk Göppingen der Sandvik TPS gibt einen guten Eindruck davon, was prozess- und produktionstechnisch alles möglich ist. Am Beispiel der neuen Doppelbandpresse mit Teflonband zur Herstellung von Platten und Böden aus den unterschiedlichsten Materialien im Durchlaufverfahren wird deutlich: Systemdurchgängigkeit erhöht die technischen Möglichkeiten, individuelle Lösungskonzepte zu realisieren und dabei wirtschaftliche Gesamtlösungen zu bauen – inklusive weltweitem Service. Selbst unscheinbare Geräte wie die Kompaktabzweige Sirius 3RA6 haben hieran ihren Anteil und fügen sich zusammen mit vielen weiteren Automatisierungskomponenten in das Gesamtsystem ein. Im Zusammenspiel mit dem Engineering Framework TIA Portal werden auf diese Weise die Rahmenbedingungen geschaffen, wirtschaftliche, wettbewerbsfähige und hochverfügbare Anlagen zu bauen. I