Motorprüfstand Modernes Leitsystem bringt mehr Flexibilität

Kriko, Experte für Systemintegrationen, hat im Rahmen einer Modernisierungsmaßnahme für ABB Schweiz die konventionelle Steuerungs- und Regelungstechnik eines Generatoren- und Motorenprüfstands auf das Prozessleitsystem System 800xA umgesetzt. Durch den Einbau eines neuen Chefs, nämlich einem modernen Leitsystem mit entsprechender Sicherheitstechnik, werden die Flexibilität, die Genauigkeit und die Sicherheit des gesamten Prüfstands erhöht.

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Ihr Slogan heißt: „Automatisch gut.“ Damit will die Kriko Engineering GmbH ihren Kunden einiges versprechen. Dass dies keine leere Floskel ist, zeigt die Historie des Dienstleistungsunternehmens, das im Bereich der Elektro- und Automatisierungstechnik mittlerweile auf 25 erfolgreiche Jahre zurückblicken kann. Spezialisiert hat sich das unabhängige Systemhaus mit Sitz in Merzhausen (Baden-Württemberg) auf Automatisierungsaufgaben.

Eine große Kompetenz im Bereich der Automatisierungs- und Prozesstechnik hat der Dienstleister in der Planung und dem Bau von maßgeschneiderten, kundenindividuellen Prüfständen für Motoren und Pumpen. Das Unternehmen konnte seine Kompetenz hierzu bereits in vielen Projekten unter Beweis stellen. Anfang 2012 beauftragte die ABB Schweiz AG das Unternehmen mit der Planung und dem Bau eines neuen, effizienten Generatoren- und Motorenprüfstands. Grund für den Neubau war die Produktionsverlagerung vom bisherigen Standort Birr nach Kleindöttingen.

Anlagenteile wiederverwenden

Der Prüfstand in Birr, in den 60er-Jahren gebaut, galt lange Zeit als der größte und vielfältigste Prüfstand für elektrische Maschinen im europäischen Raum. Bei der Konzeption des neuen Prüfstands wurde großes Augenmerk auf die Wiederverwendbarkeit von bestehenden Anlagenteilen gelegt, auch um die Kosten in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Für den Prüfstand konnten die wesentlichen Großbauteile aus der vorhandenen Anlage wiederverwendet werden. Die Bauteile wurden dafür auf den neuesten Stand der Technik ertüchtigt.

Im Bereich der Antriebstechnik wurden alle bisher vorhandenen rotierenden Erregermaschinensätze durch statische Erregungen mit ABB-Stromrichtern DCS800 ersetzt. In diesem Zuge wurden auch die Prozessoren der wiederverwendeten DCS600-Stromrichter nach DCS800 hochgerüstet. Die Lieferung von ABB für die elektrische Ausrüstung umfasste zwölf Stromrichter DCS800, acht Schutzgeräte REF 615 sowie jeweils ein Schutzgerät der Typen REM 615, RET 650 und REF 524 Plus.

Leit- und Antriebstechnik aus einer Hand

Der Endkunde, er nutzt seit vielen Jahrzehnten Automatisierungsprodukte von ABB, wollte nun von der konventionellen Steuerungs- und Regelungstechnik auf die moderne Leittechnik von ABB auf Basis von System 800xA umstellen. Aus der Lieferung aus einer Hand ergeben sich für ihn wertvolle Synergieeffekte, beispielsweise durch die Nutzung harmonierender Software-Komponenten. Noch wichtiger ist die hohe Flexibilität des modernen Prozessvisualisierungs- und Leitsystems, das eine durchgängige Integration von klassischer Prozessleittechnik, sicherheitsgerichteter Steuerung und Elektrifizierung ermöglicht.

Bei der Automatisierung des Prüfstands wurde konsequent auf ein Prozessleitsystem mit integrierten Sicherheitsfunktionen gesetzt. System 800xA besteht aus zwei Engineering-/Operator-Stationen sowie aus zwei Controllern der Produktfamilie AC 800M: einem Controller PM866 mit neun S800-Remote-I/Os sowie einem High-Integrity-Controller PM865 mit drei S800-Remote-I/Os SIL für sicherheitskritische Applikationen.

Sicherheitstechnische Funktionen umsetzen

Seine Skalierbarkeit ermöglicht es, mit einem System zu starten und dieses modular mit der Anlage wachsen zu lassen. Aufgrund der hohen Flexibilität, die der Prüfstand bieten muss, wurden leistungsstarke Controller eingesetzt. Die Leittechnikaufgaben wurden mittels des Engineering Tools Function Designer projektiert. Neben den Leittechnikaufgaben mussten auch diverse sicherheitstechnische Funktionen umgesetzt werden. Hier kam ein nach SIL 3 zertifizierter AC 800M-Controller zum Einsatz, in dem die gesamten Not-Aus-Funktionen sowie die Maschinensicherheitsfunktionen mittels des Engineering Tools Control Builder realisiert wurden.

Leittechnik mit Sicherheitsfunktionen

Der High-Integrity-Controller PM865 bietet eine SIL-3-TÜV-zertifizierte Automatisierungsumgebung, die sicherheitsgerichtete und prozesstechnische Automatisierungsaufgaben innerhalb eines Controllers kombinieren kann, ohne dabei die Integrität der Sicherheit zu gefährden. Bei einer Konfiguration als SIL-3-System wird der Controller in einer 1002D-Struktur realisiert, indem die sicherheitsgerichtete Applikation sowohl im PM865 als auch im Überwachungsmodul SM811 ausgeführt wird. Das S800 Remote-I/O-System umfasst SIL-3-zertifizierte Module.

Moderne Leit- und Sicherheitstechnik verbessert die Flexibilität, die Genauigkeit und die Sicherheit des gesamten Prüfstands, dessen Steuerung, Messung und Regelung zuvor auf Relaistechnik basierte. Die üblichen zwei getrennten Systeme für Prozessleittechnik und für die sicherheitsgerichtete Steuerung sind jetzt vereint. Damit entfallen unterschiedliche Engineering-Tools. Die Informationen aus den elektrischen Geräten wie Stromrichtern, Schutzgeräten etc. können ebenfalls direkt auf dem System dargestellt und genutzt werden, was das Engineering deutlich vereinfacht. Des Weiteren ist eine exakte und schnelle Überwachung der Motordrehzahl sichergestellt.

Vereinfachtes Engineering und Alarmierung

Durch die Integration aller Aufgaben in einem System lassen sich auf einem Monitor alle relevanten Informationen darstellen und beobachten. Der komplette Prüfstand ist von einer Stelle aus bedienbar. Der Operator kann ein Trendfenster öffnen und historische Daten direkt in das Fenster ziehen, miteinander vergleichen und Korrelationen erkennen. Durch den integrierten Safety Controller ist eine exakte Zeitstempelung für die Automatisierung und die sicherheitsgerichtete Steuerung in einem System gegeben. Alle Alarmierungen erscheinen in einer Liste.

Durch die intelligente Kombination der Maschinensätze können in dem Prüfstand Spannungen bis 1,49 kV DC und 16 kV AC mit einer Frequenz von 0 bis 150 Hz erzeugt werden. Leerlaufversuche an Gleich- und Wechselstrommaschinen mit Leistungen bis 40 MW und einem Maschinengewicht bis zu 75 t sowie Belastungstests bis 4 MW sind dadurch möglich.

Entspricht den Standards

Eine Besonderheit ist die Erwärmungsmessung von Asynchron-Motoren großer Leistung mit dem Zweifrequenz-Belastungsverfahren. Durch die Vielzahl an verschiedenen Beschaltungsmöglichkeiten können geforderte Prüfungen nach internationalen Standards (IEC, Nema, API, Shell DEP etc.) durchgeführt werden.

Durch die örtliche Trennung von Prüfpersonal und Schaltstelle und durch die vollautomatische Prüfung der einzelnen Schaltschritte können Fehlschaltungen aufgrund von Unachtsamkeit ausgeschlossen werden. Eine deutlich höhere Sicherheit ist die Folge. Den Schaltmeistern und dem Prüfpersonal stehen – der Server mit eingeschlossen – drei Bedienplätze zur Verfügung. Alle Bedienplätze können zusätzlich auch als Engineering-Stationen verwendet werden.

Die Schnittstelle zwischen den AC 800M-Controllern und System 800xA bildet das Control Network, über das die Controller untereinander kommunizieren. Die Kommunikation zu den Remote I/Os und den Stromrichtern übernehmen Profibus DP und Module-Bus. Die Kommunikation zur Visualisierung der Mittelspannungsschaltanlage gibt es per Modbus/TCP. Die Projektierungsdaten werden vom Aspect-Server verwaltet; die Kommunikation zwischen den Controllern und System 800xA wird durch den Connectivity-Server koordiniert.

Langjährige Partnerschaft wieder intensiviert

Kriko hatte bei diesem Projekt erstmals ein System 800xA integriert. Durch die gute Handhabbarkeit des Prozessleitsystems und nach Schulung durch ABB hat der Systemintegrator die Integration eigenständig und termingerecht realisiert. Der Prüfstand wurde Anfang des Jahres 2013 erfolgreich in Betrieb genommen. Im Zusammenhang mit diesem Projekt wurde auch die langjährige Partnerschaft zwischen Kriko und ABB weiter intensiviert. [klu]

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