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Steue­rungs­kom­po­nen­ten für die Arma­tu­ren­au­to­ma­ti­sie­rung ohne exter­ne Ver­roh­rung oder Verschlauchung

12. April 2021
in Aktuelles
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Die Ein­satz­be­din­gun­gen vor Ort beein­flus­sen in viel­fäl­ti­ger Wei­se den Zustand und die Funk­tio­na­li­tät von Gerä­ten in ver­fah­rens­tech­ni­schen Anla­gen. Neben den im Pro­zess ent­ste­hen­den Abla­ge­run­gen oder Ver­schmut­zun­gen sind die Zugäng­lich­keit und der Bau­raum wich­ti­ge Kri­te­ri­en bei der War­tungs­freund­lich­keit. Die Lösung die­ses Pro­blems ist eine neue Genera­ti­on von Steue­rungs­ge­rä­ten. Anstatt exter­ner Anbau­tei­le haben sie eine inte­grier­te Luft­füh­rung als pass­ge­naue Ergän­zung zu den pneu­ma­ti­schen Schwenk­an­trie­ben actu­bar®, die eine pneu­ma­ti­sche Schnitt­stel­le in der Antriebs­ober­sei­te auf­wei­sen. Der Anla­gen­bau und Anla­gen­be­trieb wird deut­lich weni­ger stör­an­fäl­lig, da sich jeg­li­che exter­ne Ver­roh­rung oder Ver­schlau­chung erüb­rigt. Dar­über hin­aus kön­nen die­se Vor­tei­le dank spe­zi­el­ler Luft­füh­rungs­plat­ten auch für Posi­tio­ner wei­te­rer nam­haf­ter Her­stel­ler genutzt wer­den. Basie­rend auf dem glei­chen Sys­tem und mit glei­chen Vor­tei­len aus­ge­stat­tet wur­den zudem dezen­tra­le Steue­run­gen mit inte­grier­ter Druck­mes­sung ent­wi­ckelt: eine Steue­rung für Arma­tu­ren mit auf­blas­ba­rer Dich­tung und eine Steue­rung von Stell­ge­rä­ten, die zwi­schen Druck­luft­er­zeu­ger und Druck­luft­net­zen den siche­ren und ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Betrieb gewährleisten.
 
INTEGRIERTE LUFTFÜHRUNG ERMÖGLICHT DEN DIREKTAUFBAU VON STEUERGERÄTEN AUF PNEUMATISCHEN SCHWENKANTRIEBEN
Pneu­ma­ti­sche Schwenk­an­trie­be haben sich zur Auto­ma­ti­on von Dreh­ar­ma­tu­ren in der Indus­trie seit lan­gem bewährt. Zur Steue­rung und Rege­lung von Arma­tu­ren bedarf es jedoch neben dem Antrieb wei­te­rer Kom­po­nen­ten wie Vor­steu­er­ven­ti­le, Posi­tio­ner oder End­la­gen­rück­mel­dun­gen. Die­se Kom­po­nen­ten wer­den bis­her über genorm­te Schnitt­stel­len mit dem Antrieb ver­bun­den. Ein erheb­li­cher Auf­wand stellt dabei nach wie vor jedoch die Ver­bin­dung der Kom­po­nen­ten mit dem pneu­ma­ti­schen Schwenk­an­trieb dar, die neben einer Mon­ta­ge­brü­cke auch aus elek­tri­schen und pneu­ma­ti­schen Steue­rungs- und Ver­sor­gungs­lei­tun­gen besteht. Dies führt zu Kabel­schlau­fen und ins­ge­samt einer auf­wen­di­gen Ver­roh­rung oder Ver­schlau­chung, die an jedes Stell­ge­rät indi­vi­du­ell ange­passt wer­den muss. Der Auf­bau ergibt immer meh­re­re Dicht­stel­len und somit Schwach­punk­te in der Automatisierungslösung.
Auch erfor­dern die bekann­ten Schnitt­stel­len nach VDI/VDE 3845, Teil 1 einen gewis­sen Bau­raum, der in der
Anla­ge berück­sich­tigt wer­den muss. Zudem muss die Zugäng­lich­keit zum Stell­ge­rät von min­des­tens zwei Seiten
aus gewähr­leis­tet sein. Die bar GmbH hat die Not­wen­dig­keit zur Inte­gra­ti­on und Redu­zie­rung von Schnitt­stel­len erkannt und bie­tet ent­spre­chen­de Lösun­gen mit der Sys­tem­fa­mi­lie bar-vaco­trol an.
Mit der paten­tier­ten Antriebs­bau­rei­he actu­bar® wur­den die Vor­aus­set­zun­gen für den Direkt­auf­bau von Kom­po­nen­ten für die Stel­lungs­rück­mel­dung, Stel­lungs­re­ge­lung mit­tels Posi­tio­ner und wei­te­rer dezentraler
Steue­run­gen geschaf­fen. Der Schlüs­sel dazu ist die zusätz­li­che pneu­ma­ti­sche Schnitt­stel­le an der Antriebs­ober­sei­te. Somit rücken die Pneu­ma­tik und die Abfra­ge der Stell­po­si­ti­on in eine Ebe­ne (Bild 1). Die dazu pas­send ent­wi­ckel­te neue Genera­ti­on von Steue­rungs­kom­po­nen­ten (Tabel­le 1) kann in einem Gerät gleich­zei­tig bei­de Schnitt­stel­len bedie­nen. Die Vor­tei­le der inte­grier­ten Luft­füh­rung im Über­blick gegen­über einer externen
Ver­roh­rung oder Verschlauchung:

  • kom­pak­ter Aufbau
  • weni­ger Bauteile
  • Zugäng­lich­keit von nur einer Anbau­ebe­ne, der Ober­sei­te des Antriebs erforderlich
  • erheb­li­che Ver­rin­ge­rung von Montagezeiten
  • Lei­tun­gen oder Kabel als Stol­per­fal­len, Schmutz und Staub­fän­ger entfallen
  • Pro­blem­lo­ser Wech­sel oder Aus­tausch da kei­ne Rohr­lei­tung ange­passt wer­den muss
  • modu­la­res System
  • Zuver­läs­si­ge und wie­der­ver­wend­ba­re Dich­tung ähn­lich der Namur-Schnitt­stel­le für Magnetventile
  • Mini­mie­rung der Dicht­stel­len bis auf ledig­lich Eine
  • kur­ze Wege und Ver­rin­ge­rung des Tot­vo­lu­mens in den Leitungen
  • Schwin­gungs­un­emp­find­lich­keitin­te­grier­te Druck­mes­sung möglich

 
KOMBINATIONEN MIT MARKTÜBLICHENSTEUERGERÄTEN ÜBER LUFTFÜHRUNGSPLATTEN
In eini­gen Bran­chen wer­den Stel­lungs­reg­ler bestimm­ter Her­stel­ler zwin­gend vor­ge­schrie­ben. Es han­delt sich
hier um seit lan­gem ein­ge­führ­te Mar­ken­pro­duk­te, die für die Auto­ma­ti­on mit­tels Schwenk­an­trie­ben und auch
Hub­an­trie­ben geeig­net sind. Um den Ein­satz­be­reich zu erwei­tern und die zuvor beschrie­be­nen Vor­tei­le des bar-vaco­trol-Sys­tems auch in Ver­bin­dung mit die­sen, für den Ex-Bereich geeig­ne­ten Stel­lungs­reg­lern nutz­bar zu machen, wur­de ein neu­es Adap­ti­ons­sys­tem ent­wi­ckelt. Es han­delt sich um fla­che Luft­füh­rungs­plat­ten, mit denen die­se Stel­lungs­reg­ler eben­falls ohne Rohr- oder Schlauch­lei­tun­gen mit dem pneu­ma­ti­schen Schwenk­an­trieb actu­bar ver­bun­den wer­den kön­nen. Die modu­la­ren Kombinations­ mög­lich­kei­ten des bar-vaco­trol-Sys­tems wer­den mit die­ser Lösung auch für Fremd­ge­rä­te umgesetzt.
SPEZIELLE STEUERUNG FÜR DRUCKLUFT­ NETZE UND DRUCKLUFTAUFBEREITUNGS­ ANLAGEN
Die Schnitt­stel­le zwi­schen einer Kom­pres­sor-Sta­ti­on und dem nach­ge­la­ger­ten Druck­luft­netz ist in den meis­ten Anla­gen eine Auto­ma­tik-Arma­tur. Die­se dient zur Tren­nung des Druck­luft­net­zes sobald zum Bei­spiel am
Wochen­en­de kei­ne Ver­brau­cher im Betrieb sind. Der Druck­zu­stand im Netz nach der Tren­nung von der Kom­pres­sor-Sta­ti­on ist meist nicht defi­nier­bar, da in einem weit ver­zweig­ten Druck­luft­netz immer wie­der Lecka­gen vor­kom­men. Häu­fig ist dann das Netz kom­plett ent­lüf­tet. Öff­net man dann die Auto­ma­tik-Arma­tur, um das Netz zuzu­schal­ten, kön­nen sehr hohe Strö­mungs­ge­schwin­dig­kei­ten im Netz ent­ste­hen. Dies führt zur Über­las­tung der Druck­luft­an­la­ge. Die Käl­te­trock­ner wer­den in die­sem Fall über die Leis­tungs­gren­ze gefah­ren und kön­nen dabei zer­stört wer­den. Zusätz­lich gelan­gen nicht kon­trol­lier­ba­re Men­gen Kon­dens­was­ser ins Druck­luft­netz. Bis­her lös­te man das Pro­blem durch ver­lang­sam­tes Zuschal­ten der Auto­ma­tik-Arma­tur über einen stark gedros­sel­ten pneu­ma­ti­schen Schwenk­an­trieb. Mit die­ser Metho­de ver­mied man das schlag­ar­ti­ge Zuschal­ten des Net­zes. Aller­dings reicht bei einem gro­ßen Druck­luft­netz eine sol­che Ver­zö­ge­rung in der Gesamt­ka­pa­zi­tät oft nicht aus. Auch bei nor­ma­ler Betä­ti­gung im Betrieb, wenn das Netz nicht ent­lüf­tet ist, fährt die ent­spre­chend aus­ge­wähl­te und ein­ge­stell­te Arma­tur eben­falls lang­sam auf, was in die­sem Fall weder gewünscht noch not­wen­dig ist. Für die­sen Anwen­dungs­fall wur­de eben­falls für den Direkt­auf­bau das Steu­er­ge­rät bar-PCS (Bild 3 ) neu ent­wi­ckelt. Der erheb­li­che Vor­teil gegen­über dem Stan­dard liegt dar­in, dass bar-PCS abhän­gig von den vor­herr­schen­den Druck­ver­hält­nis­sen gefah­ren wer­den kann.
Die elek­tro-pneu­ma­ti­sche Steue­rung koor­di­niert den funk­tio­nel­len Ablauf der AUF- bzw. ZU-Bewe­gung der
Absperr­ar­ma­tur in Abhän­gig­keit vom Ein­spei­se­druck der Druck­luft­auf­be­rei­tungs­an­la­ge in das Druckluftnetz.
Durch einen digi­ta­len Druck­schal­ter mit frei pro­gram­mier­ba­ren Para­me­tern wird das Sys­tem opti­mal auf die
jewei­li­ge Anla­ge ange­passt. Dabei sind sowohl der Druck­be­reich, als auch die Hys­te­re­se des Druck­schal­ters frei wähl­bar und über eine Digi­tal­an­zei­ge ables­bar. Zusätz­lich wird bei einer Druck­un­ter­schrei­tung die Dis­play­far­be von GRÜN auf ROT geän­dert. Fährt die Arma­tur in die Offen-Stel­lung, regis­triert die Steue­rung einen even­tu­ell auf­tre­ten­den Druck­ab­fall im Netz sofort und steu­ert die Arma­tur wie­der in die Geschlos­sen-Stel­lung. Nach­dem sich der Druck Kom­pres­sor-sei­tig wie­der auf­ge­baut hat und über den ein­ge­stell­ten Wert gestie­gen ist, öff­net die Arma­tur erneut. Die­ser Vor­gang wird so oft wie­der­holt, bis in der Anla­ge der dem Steu­er­ge­rät zuvor ein­ge­ge­be­ne Druck zuver­läs­sig erreicht ist. Bei die­sem Ver­lauf wird das Netz im Wech­sel von Druck­luft­zu­fuhr und Druck­luft­aus­gleich sanft und kon­ti­nu­ier­lich befüllt, ohne dass Kom­po­nen­ten Scha­den erlei­den. Ist der Netz-sei­ti­ge Druck über die unte­re Hys­te­re­se-Mar­ke des Druck­schal­ters gestie­gen, öff­net die Arma­tur dauerhaft.
Die Elek­tro­nik lässt ver­schie­de­ne Betriebs­ar­ten und Ein­stel­lun­gen zu, so dass eine indi­vi­du­el­le Einstellung
auf die Gege­ben­hei­ten in der Druck­luft­an­la­ge abge­stimmt wer­den kann.
ANWENDUNGSBEISPIEL MIT SPEZIELLEM STEUERGERÄT FÜR ARMATUREN MIT AUF­ BLASBARER DICHTUNG
In Trans­port­an­la­gen für pul­ver­för­mi­ge Medi­en und Gra­nu­la­te wer­den Absperr­ar­ma­tu­ren ein­ge­setzt, deren
Absperr­or­gan in Form von Kugel­hahn, Klap­pe oder Schie­ber mit einer auf­blas­ba­ren Dich­tung ausgerüstet
ist. Die Auto­ma­ti­sie­rung wird auch bei die­sen ver­fah­rens­tech­ni­schen Anwen­dun­gen mit einem pneu­ma­ti­schen Schwenk­an­trieb rea­li­siert. Dabei wird in der ZU-Stel­lung durch eine auf­blas­ba­re Dich­tung zwischen
dem Gehäu­se des Absperr­or­gans einer­seits oder der Kugel, Klap­pe oder dem Schie­ber ande­rer­seits eine
opti­ma­le Dich­tungs­wir­kung erreicht. Bis­her muss­ten die Arma­tu­ren für die­se Funk­ti­on mit umfang­rei­chen Anbau­ten wie Magnet­ven­ti­len, Druck­schal­tern, End­schal­tern etc. zwi­schen Antrieb und Steue­rung
aus­ge­rüs­tet wer­den. Die­ses kann sehr leicht zu Beschä­di­gun­gen und Undich­tig­kei­ten füh­ren. Hier greifen
wie­der die Vor­tei­le eines Direkt­auf­baus ohne exter­ne Auf­bau­ten, auf die ein­gangs in die­sem Bei­trag bereits
ein­ge­gan­gen wurde.
Für die­sen Ein­satz­fall wur­de die direkt auf­ge­bau­te und sehr kom­pak­te elek­tro-pneu­ma­ti­sche Steue­rung barICS kon­zi­piert (Bild 4 ). Die Steue­rung koor­di­niert den funk­tio­nel­len Ablauf der AUF- bzw. ZU-Bewe­gung die­ser spe­zi­el­len Absperr­ar­ma­tu­ren in Zusam­men­hang mit dem Dich­tungs­druck. Zusätz­li­cher Vor­teil beim Ein­satz der bar-ICS ist, dass die­ses Steu­er­ge­rät ledig­lich das AUF-/ZU-Signal benö­tigt und den gesam­ten Ablauf selbst initia­li­siert und wei­ter­führt. Damit wird die Anla­gen­steue­rung ent­las­tet und auch bei Aus­tausch und Nach­rüs­tung die Betriebs­si­cher­heit gewähr­leis­tet. Über einen digi­ta­len Druck­schal­ter mit frei wählbarer
Hys­te­re­se kann der Dich­tungs­druck für das Auf­bla­sen der Dich­tung oder das Ent­lüf­ten sepa­rat ein­ge­stellt wer­den. Der Druck­schal­ter besitzt zwei Schalt­punk­te, so dass auch wäh­rend des lau­fen­den Anla­gen­be­triebs die
Man­schet­te der Arma­tur auf Undich­tig­kei­ten über­prüft wer­den kann. Die­se Steue­rung kann sowohl für pneu­ma­ti­sche Schwenk­an­trie­be als auch für Hub­an­trie­be ver­wen­det wer­den. Der Anla­gen­be­trei­ber kann auch hier die für den Fer­ti­gungs­pro­zess idea­le Kom­bi­na­ti­on in der Auto­ma­ti­sie­rung sei­ner Arma­tu­ren wählen.
Über frei wähl­ba­re Ver­zö­ge­rungs­zei­ten kann die Steue­rung opti­mal auf den jewei­li­gen Anwendungsfall
abge­stimmt werden.
Durch Farb­um­schlag am Druck­schal­ter wird ein auf­tre­ten­der Dich­tungs­de­fekt wäh­rend des Betriebs signa­li­siert, so dass der Pro­zess direkt für die Über­prü­fung und War­tung beein­flusst wer­den kann. Ver­schie­de­ne poten­zi­al­freie LED-Mel­de­si­gna­le für die Über­wa­chung der Stell­zei­ten und des Dich­tungs­drucks der Arma­tur run­den die umfang­rei­chen Funk­tio­nen der Steue­rung ab.
BEDEUTUNG FÜR DEN EINSATZ IN WEITER­EN ANLAGENPROZESSEN
Auf Basis der inte­grier­ten Luft­füh­rung zwi­schen dem pneu­ma­ti­schen Schwenk­an­trieb und dem Steuergerät
sind hier die ver­schie­den anwend­ba­ren Pro­dukt­lö­sun­gen von einer End­la­gen­rück­mel­dung bis hin zur spe­zi­el­len Steue­rung von kom­ple­xen Anla­gen­pro­zes­sen vor­ge­stellt wor­den. Auf­grund der Ver­rin­ge­rung der Dicht­stel­len und der Kon­zep­ti­on als geschlos­se­nem Sys­tem heben sich die­se Auto­ma­ti­sie­rungs­lö­sun­gen von den lecka­ge­an­fäl­li­gen Auf­bau­ten mit exter­nen Ele­men­ten ab. Äuße­re Ein­wir­kun­gen füh­ren deut­lich sel­te­ner zu Beschä­di­gun­gen und Aus­fäl­len. Zusätz­lich ergibt das abge­stimm­te und raum­spa­ren­de Design eine ein­heit­li­che Aus­stat­tung der Anla­gen. Die Bestand­tei­le des bar-vaco­trol Sys­tems aus Steu­er­ge­rä­ten und Schwenk­an­trieb las­sen sich nicht nur unter­ein­an­der wie vor­ge­stellt ein­fach und in belie­bi­ger Kom­bi­na­ti­on auf­bau­en. Auch mit kon­ven­tio­nel­len markt­üb­li­chen Antrie­ben und Posi­tio­nern kön­nen die­se Modu­le jeweils kom­bi­niert wer­den. Sys­tem­be­stand­tei­le kön­nen zur Anpas­sung an bereits vor­han­de­ne Kom­po­nen­ten in den Anla­gen ver­wen­det wer­den. Bei die­ser Varia­ti­ons­brei­te und den viel­fäl­ti­gen Kom­bi­na­ti­ons­mög­lich­kei­ten lie­gen die Vor­tei­le für den Anla­gen­be­trei­ber in der erleich­ter­ten Lager­hal­tung. Vor allem besteht die Mög­lich­keit, den Umstel­lungs­pro­zess der Kom­po­nen­ten pro­blem­los ein­zu­lei­ten und in einem glei­ten­den Ablauf durch­zu­füh­ren. Varia­bel adap­tier­ba­re Eigen­schaf­ten der Steu­er­ge­rä­te aus dem bar-vaco­trol Sys­tem las­sen wei­te­re indi­vi­du­el­le Ent­wick­lun­gen an bestehen­de Pro­zess­be­din­gun­gen zu.

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