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Energieversorgung auf Nummer sicher

Bei der Versorgung von Produktionsanlagen mit elektrischer Energie spielt Sicherheit eine große Rolle. In Niederspannungshauptverteilungen werden meist Leistungsschalter eingesetzt, die Überströme sicher verhindern und die Spannungsversorgung bei einem Kurzschluss abschalten. Die Überwachung der Anlagen ist daher besonders wichtig, um im Fall einer Störung die Energieversorgung möglichst schnell wiederherstellen zu können. Der Industrie- und Automobilzulieferer Schaeffler nutzt in seiner Wälzlagerproduktion am Standort Schweinfurt dazu Feldbuskoppler von WAGO.
Bei der Herstellung von Wälzlagern kommt eine Vielzahl verschiedener Maschinen für die Kaltumformtechnik, das Schmieden, die spanende Fertigung, Wärmebehandlung und Beschichtungstechnik zum Einsatz. Das Unternehmen verarbeitet am Standort Schweinfurt pro Jahr etwa 80.000 Tonnen Stahl zu Wälzlagerprodukten für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete – vom Automobilbau bis zu Windkraftanlagen. Die einwandfreie elektrische Energieversorgung der diversen Anlagen stellt dabei für Schaeffler die wichtigste infrastrukturelle Grundlage dar.

Absicherung mit Feldbuskopplern von WAGO:

  • Energieversorgung für die Maschinen
  • Fernüberwachung der Leistungsschalter
  • Alarmierung - detailliert und rund um die Uhr
  • Einfache Umrüstung und mögliche Erweiterung

Energieversorgung für die Maschinen

Auf dem Schweinfurter Werksgelände gibt es entsprechend mehrere Einspeisungen aus dem Mittelspannungsnetz. Sie versorgen die Umspannstationen mit knapp 100 Transformatoren und diese wiederum rund 30 Niederspannungshauptverteilungen, die die Energie für alle Maschinen in der Fertigung bereitstellen. „Die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Energieversorgung ist für uns besonders wichtig“, sagt Julian Kübler, der für die Überwachung der Mittel- und Niederspannungsschaltanlagen im Schweinfurter Schaeffler-Werk verantwortlich ist. In den Anlagen sichern Leistungsschalter die Abgänge für die elektrischen Verbraucher separat ab. Dabei ist jeder Leistungsschalter in einem eigenen Feld im Schaltschrank untergebracht. Bei Verbrauchern mit geringerer Leistung sind teilweise auch mehrere kleine Leistungsschalter in einem Feld montiert. Eine typische Anlage besteht aus etwa zwei bis drei Bereichen mit je 15 bis 20 Feldern mit einer Gesamtleistung von jeweils bis zu 2.000 kVA.

Fernüberwachung der Leistungsschalter

Bei der Errichtung der Niederspannungsanlagen im Jahr 2015 wurde eine Störalarmierung mit eingeplant. „Bisher konnten die Anlagen lediglich eine Sammelstörung auslösen, die dann an die Sicherheitswarte des Werks übermittelt wurde“, beschreibt Kübler die Nachteile des alten Systems. Eine Ringleitung habe dabei die Alarmierungen aller Leistungsschalter übermittelt, sodass man aus der Ferne nicht feststellen konnte, welcher Abgang konkret betroffen war. Um genau zu erkennen, welcher Leistungsschalter die Störung ausgelöst hat, wurden in einem ersten Ansatz die Meldeausgänge aller Leistungsschalter zu einem zusätzlichen Schaltschrank in der Nähe der Anlage geführt. Dort verarbeitete ein Controller die Signale und gab entsprechende Meldungen an die Leitwarte weiter. „Der Verdrahtungsaufwand bei dieser Lösung war allerdings extrem hoch“, erklärt Kübler: „sodass wir uns nach einer Alternative umgesehen haben.“

Fündig wurden die Schaeffler-Mitarbeiter aus dem Bereich Werksanlagen bei WAGO. Mit den Feldbuskopplern und den Busklemmen des modularen WAGO-I/O-SYSTEMs 750 steht Hardware zur Verfügung, mit der sich die Störmeldeverarbeitung deutlich eleganter realisieren lässt. Dazu wurde jedes Schaltschrankfeld der Anlage mit einem PROFINET-Koppler nachgerüstet. Dieser enthält eine Digitaleingangsklemme mit 16 Kanälen und verfügt damit über ausreichend Kapazitäten, um alle Meldungen der Leistungsschalter detailliert auszuwerten. Ein zentraler Controller fungiert im PROFINET als Master und liest die Signale der PROFINET-Koppler aus – die weitere Verarbeitung und die Anbindung an die Leitwarte funktionieren dann genau wie zuvor. Der Einsatz der PROFINET-Koppler von WAGO hat für Kübler einen wesentlichen Vorteil: „Wir müssen die Koppler einfach nur mit Patch-Kabeln von Feld zu Feld verbinden. Da wir eine Ringtopologie nutzen, funktioniert das System selbst dann, wenn ein Patch-Kabel unterbrochen ist.“ Die Kabel werden direkt durch schaltschrankinterne Kanäle verbunden. Eine aufwendige Verkabelung durch den Doppelboden unter der Anlage ist dadurch nicht nötig. Da sowohl die Steuerleitungen als auch die Starkstromkabel von den Leistungsschaltern zu den Verbrauchern durch den gemeinsamen Kabel-anschlussraum geführt sind, müsste man für das Verlegen von Signalkabeln die jeweiligen Abgänge spannungsfrei schalten.

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Julian Kübler ist für die Überwachung der Werksanlagen bei Schaeffler am Standort Schweinfur verantwortlich.

Alarmierung – detailliert und rund um die Uhr

In der Leitwarte, die in der Instandhaltungswerkstatt installiert ist, können die Mitarbeiter jederzeit die Zustände aller Leistungsschalter überwachen. Der Status der gesamten Energieversorgung wird hier transparent visualisiert. Das neue Störmeldesystem, das bisher in drei der Niederspannungsanlagen eingebaut ist, bietet deutlich mehr Funktionen als die zuvor genutzte Lösung. Im Fall einer Störung erkennen die Mitarbeiter der Instandhaltung, welcher Leistungsschalter geschaltet hat und welcher Defekt wo vorliegt. Die Sicherheitszentrale erhält ebenfalls detailliertere Störmeldungen und kann dadurch dem Servicemitarbeiter in Rufbereitschaft wichtige Informationen geben, bevor er an der Anlage eintrifft. „Auf diese Weise können wir die Sicherheit unserer Niederspannungsversorgung und damit die Verfügbarkeit unserer Produktionsanlagen erhöhen“, freut sich Kübler.

Einfache Umrüstung und mögliche Erweiterung

Neben der einfachen Verkabelung besteht ein weiterer entscheidender Vorteil der PROFINET-Koppler von WAGO in ihrem kompakten Baumaß. „Wir haben sie auf den bestehenden Hutschienen in den einzelnen Schaltschränken mit minimalen Umbauten integrieren können“, erklärt Kübler. Ebenso einfach konnten WAGO-Komponenten in das bestehende Engineeringsystem eingebunden werden. Das System kann flexibel erweitert werden. Künftig ist beispielsweise geplant, die Leistungsschalter auch über den zentralen Controller zu schalten, welcher aus der Leitwarte oder vor Ort per Fernbedienung gesteuert wird. Dazu müssen die PROFINET-Koppler lediglich mit einer entsprechenden Digitalausgangsklemme erweitert werden. „Die Fernschaltung hat den Vorteil, dass der Bediener im Falle eines Kurzschlusses und eines eventuell auftretenden Störlichtbogens nicht direkt vor dem Schaltschrank steht“, erläutert Kübler.
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Die Feldbuskoppler und die passenden Eingangsklemmen lassen sich leicht in den Schaltschrank integrieren.

von Frank Sünkel | 12.10.2016

Bildquellen: Anand Anders/vor-ort-foto.de

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