Referenz 21. September 2017
Ventilsteuerung von der Brücke aus

Die beengten Platzverhältnisse auf Schiffen stellen große Herausforderungen für Entwickler von Schiffsausrüstung dar. Kompakte und vielseitige Automatisierungslösungen gewinnen daher zunehmend an Attraktivität. So auch für die MacGregor Hatlapa GmbH & Co. KG („MacGregor Hatlapa“) in Uetersen. Der Decksmaschinenspezialist nutzt zur Steuerung der Proportionalventile in seinen hydraulischen Winden ein eigens von WAGO entwickeltes I/O-Modul.

Hydraulische Winden müssen auf Schiffen auf engstem Raum teils immense Zugkräfte leisten, die wiederum schnell und exakt regelbar sein sollen. Diese Aufgabe übernehmen Proportionalventile, die ein stufenloses elektrisches Stellsignal in ein proportionales hydraulisches Ausgangssignal umwandeln. Um allerdings Stellgrößen wie Zugkraft oder Geschwindigkeit bequem und präzise auch aus der Ferne überwachen und einstellen zu können, bedarf es intelligenter Elektronik und frei programmierbarer Steuerungen. Auf der Suche nach einer neuen Lösung zur Steuerung der Proportionalventile in seinen hydraulischen Winden wandte sich MacGregor an WAGO.

Deckhandling und Kräne – so unterstützt Sie WAGO:

Mit dem WAGO-I/O-Modul 750-632 lassen sich aufgrund der geringeren Anzahl an Bauteilen Kosten sparen.
Das Modul ist kompakt und leistungsfähig.
Und bietet für die Steuerung von Proportionalventilen den Vorteil von SPS-Funktionalität und Proportionalventilelektronik in einem Gerät.

Vom Eigenbau zur Neuentwicklung

Der Name Hatlapa steht für hochwertige Decksmaschinen der Firma MacGregor, einem Tochterunternehmen des finnischen Spezialisten für Frachthandlingslösungen Cargotec. Unter der Traditionsmarke Hatlapa werden in Uetersen nahe Hamburg seit fast hundert Jahren Kompressoren, Rudermaschinen und Winden entwickelt und gefertigt. Zum Portfolio gehören Mooring- und Ankerwinden für die Handelsschifffahrt, Spezialwinden für Forschungszwecke und größere Offshore-Winden. Das Leistungsspektrum reicht von wenigen kW bis hin zu elektrischen Winden mit bis zu 1 MW, die ihren Einsatz zum Beispiel beim Ankerhandling von Bohrinseln finden.

Bis Ende 2013 wurde in die hydraulischen Hatlapa-Winden eine selbstentwickelte Proportionalventilsteuerung verbaut. Diese bestand aus einer offenen Platine mit hochauflösenden Potentiometern, einer Analogkarte sowie – unter Umständen – einer zusätzlichen digitalen Karte. Über diese Ventilsteuerung konnten die Bediener den Magnetstrom einschalten und zwischen einem minimalen und maximalen Wert regulieren. Für Henrik Schädel, Elektrotechniker bei MacGregor Hatlapa in Uetersen, war das keine dauerhaft zufriedenstellende Lösung: „Bisher waren drei mit Funkgeräten ausgestattete Personen nötig, um die Winde zu bedienen: einer drehte oben auf der Brücke an den Potentiometern, einer schaute an der eingehausten Maschine, was passiert, und der dritte justierte am Schaltschrank im Maschinenraum die Einstellung der Regelkarten. Bei unserem bislang größten Projekt lagen ganze 101 Stufen zwischen dem Maschinenkontrollraum und der Brücke. In solchen Fällen erfordert das Parametrieren der Winde viele weite Wege.“

MacGregor Hatlapa und WAGO verbindet eine langjährige Geschäftsbeziehung, die sich neben Verbindungstechnik auch zunehmend auf die Automatisierungstechnik erstreckt. Höhepunkt der Zusammenarbeit ist das auf Anfrage eigens entwickelte Modul zur Proportionalventilsteuerung für das WAGO-I/O-SYSTEM 750.

Proportionalventile einfach und präzise steuern

Das WAGO-Proportionalventilmodul kommt inzwischen bei allen hydraulischen Hatlapa-Winden zum Einsatz. Dies gilt auch für die großen, bis zu 500 t schweren Schleppwinden, bei denen je nach Größe mitunter 20 Proportionalventile verbaut sein können – etwa zur Steuerung des Hiev- und Viervorgangs, der Druckbegrenzung, des kontrollierten Bremsens sowie der Spulvorrichtung. Die Kommunikation basiert in der Regel auf MODBUS. Die ebenfalls in die Winden integrierten symmetrischen An- und Ausschalter, sogenannte Bang-bang-Controller, sind über die zwei digitalen 2A-Ausgänge des Proportionalventilmoduls angebunden.

Bauteile reduzieren – Kosten sparen

Mit einer Baubreite von nur 12 mm stellt das Proportionalventilmodul (750-632) eine kompakte und leistungsfähige Lösung für MacGregor dar, um die hydraulischen Ventile der Winden einfach in das feinmodulare, feldbusunabhängige WAGO-I/O-System 750 einzubinden. Zwei einspulige Ventile oder ein zweispuliges Ventil lassen sich auf diese Weise unidirektional oder bidirektional ansteuern. Der Ausgangsstrom beträgt im Ein-Kanalbetrieb 2 A und im Zwei-Kanalbetrieb 1,6 A pro Kanal beziehungsweise Spule. In Verbindung mit einer geringen Soll-/Istwertabweichung lassen sich projektabhängig kleine und größere Ventile zuverlässig und mit hoher Wiederholgenauigkeit ansteuern. Bediener können Kennlinien anwendungsspezifisch parametrieren. Zudem verfügt das Proportionalventilmodul über zwei stromgeregelte PWM-Ausgänge (24 V) mit einstellbarem Dithering. Die Inbetriebnahme und alle Anpassungen der Ventilparameter können die „Winch Operators“ komfortabel über die Software Wago-I/O-Check oder direkt über die Steuerung vornehmen. Das Proportionalventilmodul ist von der GL für den Schiffbau zugelassen und verfügt zudem über die Zertifizierungen UL 508 und IEC ex.

„Die Proportionalventilsteuerung lässt sich jetzt viel schneller installieren, da wir nur noch mit zwei Drähten auf die Steuerung gehen müssen. Auch das Einstellen des Magnetstroms der Winde ist viel einfacher. Das kann ich jetzt alles alleine von der Brücke aus machen. Dank der geringeren Anzahl an Bauteilen konnten wir im Vergleich zu unserer Eigenbau-Lösung zudem Kosten einsparen“, meint Schädel.

Platzsparend dank Leistungsintegration

Der Hauptvorteil des neuen Wago-I/O-Moduls für MacGregor liegt in der Integration von SPS-Funktionalität und Proportionalventilelektronik in einem Gerät. Gegenüber der bisherigen Lösung spart sie aufgrund der kompakten Bauweise wertvollen Platz in den hydraulischen Winden ein, außerdem sinkt der Bedarf an Bauteilen, unter anderem weil die 0…20mA-Schnittstelle entfällt. Der geringere Verdrahtungsaufwand vereinfacht die Installation und der direkte Zugriff über das Leitsystem die Parametrierung. Durch die Trennung von Technologie- und Anwendungsebene in der Logik der Steuerung eignet sich das Steuerungskonzept für unterschiedliche Windentypen. Das bedeutet auch, dass sich die Maschinen ohne große Parametrierarbeiten austauschen lassen. Ein Wago-Industrie-PC übernimmt die Visualisierung der Benutzeroberfläche. An einem Touchscreen können sich Bediener auf der Brücke über den Status des Systems informieren und entsprechend Veränderungen vornehmen.

Darüber hinaus gewinnt MacGregor an Flexibilität: Benötigte der Windenhersteller früher selbst bei einem zweikanaligen Regler noch einen Magnetstromregler pro Einfachspule, so kann der Schiffsausrüster aus Uetersen heute beide Kanäle parallel fahren und auf diese Weise mit einem Modul zwei einfache Spulen oder eine Doppelspule betreiben.

Welche Herausforderungen es bei der Entwicklung des neuen Proportionalventilmoduls zu meistern galt, erklärt Helmut Börjes, zuständiger Produktmanager bei Wago: „Wir mussten sowohl die höhere Verlustleistung als auch die gewünschte Funktionsvielfalt in der kompakten Bauform unterbringen. Das ist uns gelungen. Im Ergebnis lassen sich mit einem einzigen Modul unterschiedliche Ventilarten problemlos ansprechen – und zwar unter Berücksichtigung der für den Schiffbau wichtigen EMV-Aspekte. Das kommt MacGregor zugute, aber auch allen anderen Kunden.“

Autor: Ragnar Dubor

Fotos: MacGregor Hatlapa

Produktübersicht

Art-Nr.: 750-632

Proportionalventilmodul

Art-Nr.: 750-632/000-100

Proportionalventilmodul

Art-Nr.: 750-600

Endmodul

Art-Nr.: 750-530

8-Kanal-Digitalausgang ; DC 24 V ; 0,5 A

Art-Nr.: 750-430

8-Kanal-Digitaleingang ; DC 24 V ; 3 ms

Art-Nr.: 750-468

4-Kanal-Analogeingang ; DC 0 … 10 V ; Single-Ended

Art-Nr.: 750-602

Potentialeinspeisung ; DC 24 V

Art-Nr.: 750-550

2-Kanal-Analogausgang ; DC 0 … 10 V

WAGO in der Praxis

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