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Intelligente Energiebus-Systeme

Antriebe mit Energie und Daten versorgen

| Redakteur: Ines Stotz

Das Energiebus-System podis von Wieland Electric versorgt die Schieber- und Mischerantriebe des Backofenherstellers MIWE mit speziellen Motoransteurboxen gleichzeitig mit Energie- und Steuerdaten über AS-Interface. Das Layout einer Anlage vereinfacht sich dadurch wesentliche.

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Moderne Backanlagen wie der Durchlaufbackofen Thermo-Rollomat werden über den dezentralen Flachleitungs-Energiebus podis verkabelt.
Moderne Backanlagen wie der Durchlaufbackofen Thermo-Rollomat werden über den dezentralen Flachleitungs-Energiebus podis verkabelt.
( Archiv: Vogel Business Media )

Dezentralisierung gehört heute zu den wichtigsten Themen in der Automatisierungstechnik. Seit der Einführung des steckbaren Energiebus-Systems podis – die Abkürzung steht für Power Distribution System – sorgt Wieland Electric bei vielen Anwendern für die dezentrale Strukturierung im Anlagenbau. Das bedeutet: Antriebe, Sensoren und Aktoren werden nicht mehr zentral von einem Schaltschrank aus einzeln über Kabel mit Energie und Steuersignalen versorgt.

„Aus dem zentralen Schaltschrank heraus wird lediglich eine podis-Flachleitung mit 400/230 VAC ins Feld geführt. Die elektronischen Motoranschalt-Baugruppen podisSWITCH können an beliebiger Stelle über Piercing-Kontaktierung angeschlossen werden, ohne dabei die Flachleitung zu unterbrechen. Das kodierte Leitungsprofil ermöglicht verpolsicheren Anschluss. Eine so entworfene Anlage lässt sich jederzeit und an jeder Stelle erweitern“, erläutert Dirk Baumann, Produktmarketing-Manager bei Wieland Electric. Außerdem führe der eventuelle Ausfall einer Komponente nicht zum Stillstand der gesamten Anlage. Vorteilhaft sei der Einsatz des Energiebusses auch in weit verteilten Anlagen, denn hier ist die Verkabelung besonders aufwändig.

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Grundsätzlich lässt sich podis mit allen Feldbussystemen aufbauen, die über eine gemeinsame Leitungs- und Anschlusstechnik für Daten und Hilfsenergie verfügen. Die maßgeschneiderte Lösung ist laut Wieland das AS-Interface (AS-i), da dieses in der podis-Flachleitung mitgeführt werden kann: „Baumstruktur, ungeschirmte Zweidrahtleitung und integrierte Hilfsenergie ergänzen die flexible Stromschiene“, erklärt Baumann. Der Datenumfang pro Adresse entspricht den Anforderungen für einfache Sensoren und Aktoren, wie bei Motorstartern benötigt. Der verfügbare Adressraum mit maximal 62 Adressen bietet genügend Optionen für weitere AS-i-Komponenten. Wird ein podis-Modul als AS-Interface-Slave eingesetzt, werden damit dezentrale Motorstarter oder Frequenzumrichter über Binärsignale bzw. serielle Datenprotokolle angesteuert. Ebenso lassen sich einphasige Verbraucher wie Klappen, Magnetventile oder Hubmagnete schalten oder bis zu drei Sensoren bzw. Aktoren über M12-Steckverbinder anschließen.

Praxisbeispiel

Diese Vorteile macht sich auch MIWE Michael Wenz GmbH aus Arnstein im Backofenbau zunutze: Die Bäckerei-Großofen-Anlagen verwenden als Heizmedium Thermo-Öl, ein spezielles mineralisches oder synthetisches Öl, das pro Volumeneinheit 3500 mal mehr Energie aufnimmt als Luft. Deshalb braucht beim Backen der Ofen – nicht wie beim Rauchgas – ständig überhitzt werden, um die Wärmeverluste auszugleichen. Die Temperatur des Thermo-Öls liegt daher in der Regel nur 20 °C über der gewünschten Backraum-Temperatur. „Dies ermöglicht ein mildes, weiches und doch kräftiges Backen ohne sengende Hitze, denn zwischen den einzelnen Backgängen kommt es zu keiner Überhitzung“, wie Dirk Baumann begründet. Die Ofentemperatur wird dabei über motorbetriebene Schieber und Mischer als Stellgrößen geregelt. Die Ansteuerung der Wechselstrom-Motoren erfolgt über Relais-Ausgangsmodule am AS-Interface.

Eine SPS mit Profibus-Master steuert die Backanlage von einem zentralen Schaltschrank aus. Bisher setzte hier ein Gateway die Profibus-Protokolle auf AS-Interface um, das Master für den AS-i-Bus und zugleich Slave für den Profibus war. Vom dezentralen Schaltschrank führten eine AS-i-Profilleitung und eine Standard-230 VAC-Leitung zu den dezentral angeordneten Klemmkästen an der Großofenanlage – hier befanden sich die AS-i-Relaismodule mit je vier 24 VDC-Eingängen und vier Ausgängen für 230 VAC/6 A. Von jedem Schieber- und Mischermotor mussten jeweils separate Leitungen für die Ansteuerung und die Rückmeldung der Endlagen verlegt werden. „Dies bedeutete einen enormen Zeitaufwand für das Verlegen und Anschließen der Leitungen“, weiß der Produktmanager.

Eine sichere Verbindung

Nun wird im Unterschied zur bisherigen Installation aus dem unverändert beibehaltenen Schaltschrank mit Profibus/AS-i-Gateway und dem AS-i-Netzteil eine 400 VAC-Rundleitung und eine separate AS-i-Leitung auf die Ofenanlage geführt. Von da aus sind an den beiden Längsseiten der Backanlage je ein podis-Flachleitungs-Strang verlegt, von denen aus Stichleitungen zu den Antriebsreihen führen.

Die Ansteuerung der Schieber- und Mischerantriebe erfolgt über die dezentralen Ansteuerboxen podisSWITCH FAIC. Diese sind als T-Abgriffe direkt auf der Flachleitung, in unmittelbarer Nähe der zu schaltenden Antriebe, montiert. Die Module übernehmen entsprechend der AS-i-Befehle aus der Flachleitung das Durchschalten der Versorgungs-Spannung an den Läufer des Motors. „Ein Novum ist hierbei das Mitführen der AS-i-Signalleitung auf der gesamten Länge der podis-Flachleitung“, hebt Baumann hervor.

Bei der Installation vor Ort wird die Leitung lediglich in die geöffneten Motoranschalt-Module eingelegt. Beim Eindrehen der Durchdringungs-Schrauben kontaktieren diese mit den Einzeladern und stellen eine sichere Verbindung her. Die Antriebe lassen sich über eine einseitig mit Steckverbindern vorkonfektionierte Stichleitung an die Ansteuerboxen anschließen.

Über die Adressier-Buchse der podisSWITCH-Slaves sind die jeweiligen Adressen einstellbar. Hier wird auch die Funktion der Ein- und Ausgänge geprüft, ohne dass das AS-i bereits in Betrieb ist. Dessen Status sowie die Zustände der Ein- und Ausgänge werden im Betrieb an jedem Slave mit farbigen LEDs visualisiert – für eine schnelle Inbetriebnahme und Wartung. „Gleichzeitig verringert podis den bisherigen, deutlich höheren Installationsaufwand der Bäckereianlagen wesentlich“, stellt Baumann fest.

Flachleitung ersetzt komplexe Kabelbäume

Insgesamt umfasst das Baukastensystem podis ca. 30 verschiedene Grund-Komponenten, so dass ein Projekt zu etwa 90 Prozent mit Standard-Komponenten realisierbar ist. Dazu gehören passive und aktive dezentrale Komponenten mit Steuerungs-Funktionalität für AS-Interface oder Profibus-DP. Die passiven podisCON-Baugruppen enthalten 7-polige, flexible Energiebus-Flachleitungen in 2,5 oder 4 mm² sowie Anschluss-Elemente für feste oder steckbare Energieabzweige. Anstelle der Hilfsenergie kann in einem Aderpaar auch das AS-i-Signal geführt werden. Schwere Antriebsleitungen und komplexe Kabelbäume lassen sich so durch ein einziges Energiekabel ersetzen. Mit dem Projektierungstool podisPLAN ist das Anlagenlayout konfigurierbar. Werden höhere Anforderungen an Parametrierbarkeit und Diagnosemöglichkeiten in der Anlage gestellt, so eignen sich dafür podis-Module mit Profibus-DP-Anschaltung.

Wieland Electric, Tel. +49(0)951 93240

Diese Vorteile bietet podis:

•wesentlich weniger Leitungen

• separate AS-Interface-Leitung entfällt

• sichere Installation

• schnelle Inbetriebnahme

• enorme Zeit- und Kostenersparnis

• verbesserte Service- und Wartungsfreundlichkeit

Steckbrief - Moderne Bäckereitechnik aus Arnstein

1919 gründete Michael Wenz in Arnstein das Backofenbau-Unternehmen MIWE GmbH, das heute als Familienunternehmen in der dritten Generation von Sabine Michaela Wenz geführt wird. Verschiedene technische Neuerungen im Backofenbau wie der Stikkenofen oder die Entwicklung des Sicht- und Duftbackens im Verkaufsraum brachten MIWE weltweite Erfolge. Gebaut werden von Kleinbacköfen bis Großofenanlagen, Transporttechnik sowie Kälte- und Klimatechnik.

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