Industrielle Automation 5/2017

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SENSORIK UND MESSTECHNIK Ein „Mehr“ an Sicherheit Redundante Positionssensoren erhöhen die Verfügbarkeit der Anlage im Stahlwasserbau Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG macht deutlich: Bei Anlagen des Stahlwasserbaus spielt Sicherheit eine immer größere Rolle, gleichzeitig sind aber auch die Anforderungen gestiegen. In diesem Kontext stellt sich jedoch die Frage: Ist eine erhöhte Sicherheit mit Mehraufwand verbunden – und gilt im Umkehrschluss, dass ein Mehraufwand auch ein höheres Maß an Sicherheit bedeutet? Der Main weist von der Mündung in den Rhein bei Mainz flussaufwärts bis zur Mündung der Regnitz bei Bamberg – dem Beginn des Main-Donau-Kanals – 34 Staustufen auf. Eine dieser Staustufen ist Harrbach. Diese wird nach fast 30 Jahren modernisiert. Dabei werden die Elektronik und die Hydraulik der Anlage erneuert. Bei dieser Staustufe werden die Schütze und die Stemmtore der Schleusen mit hydraulischen Zylindern bewegt. Bisher wurden in den Zylindern Endschalter eingesetzt, um das Einfahren und Ausfahren der Zylinder und somit das Öffnen und Schließen der Stemmtore sowie der Schütze zu überwachen. Stauanlagen besser steuern dank Positionssensoren Die nun eingebauten Hydraulikzylinder sind mit Positionssensoren auf Basis der Magnetostriktion ausgestattet. Der Positionsmagnet, welcher die zu erfassende Position markiert, wird auf dem Kolbenboden montiert. Der Sensorstab mit Wellenleiter taucht in die aufgebohrte Kolbenstange ein. Über eine Laufzeitmessung zwischen dem in den Wellenleiter eingeleiteten Stromimpuls und der durch Interaktion mit dem Magneten erzeugten und zurückgesandten Torsionswelle wird die Position ermittelt. Durch die Integration dieser Sensoren in die Zylinder können nun die kompletten Hubwege der Zylinder erfasst werden. Somit ist eine kontinuierliche Überwachung der Bewegung möglich. Dies verbessert die Steuerung sowie die Bedienung der Anlage und ermöglicht zudem eine reale Visualisierung der Hubbewegung im Leitstand. Die Modernisierung der Staustufe Harrbach erfolgt unter Berücksichtigung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Die Einhaltung des im Rahmen der Risikobeurteilung ermittelten Performance Levels wird in diesem Fall über eine 2-kanalige Ausführung der Steuerungskomponenten für die Hydraulikzylinder erreicht. Daher werden als Positionssensoren redundante Sensoren verwendet. Dies bedeutet, dass in einem Positionssensor – je nach Ausführung – zwei oder drei unabhängige Messsysteme in einem Gehäuse untergebracht sind: Im Sensorstab befinden sich bis zu drei Wellenleiter, während im Sensorelektronikgehäuse bis zu drei Elektroniken angeordnet sind. Jede Elektronik verfügt über einen eigenen Anschluss zur Spannungsversorgung und zur Ausgabe des Positionssignals. Einsatz von Positionssensoren im Hydraulikzylinder Um die Stemmtore und Schütze zu bewegen, werden jeweils dreifach redundante Positionssensoren vom Typ GT3 mit einer Messlänge von 2 700 mm verwendet. Die Integration des redundanten Positionssensors erfolgt in gleicher Weise wie bei einem Standardzylinder ohne redundante Ausführung. Das Sensorelektronikgehäuse des Sensors ist durch eine Kappe geschützt. Eine andere Möglichkeit, drei unabhängige Positionssensoren in einem Hydraulikzylinder zu integrieren, wird bei dem Wehr in Würzburg realisiert. Bei diesem Wehr am Main, welches ebenfalls erneuert wird, werden zur Bewegung von Segmenttoren Hydraulikzylinder genutzt. Auch in diesem Fall wird eine zweikanalige Ausführung der Steuerungskomponenten zur Einhaltung des ermittelten Performance Levels genutzt. Und auch hier werden Positionssensoren auf Basis der Magnetostriktion in die Hydraulikzylinder eingebaut. Dabei werden zur redundanten Ausführung in einen Zylinder jeweils drei Positionssensoren vom Typ RF mit einer Messlänge von 3 250 mm von MTS Sensor Technologie integriert. Die Besonderheit bei dem Sensor RF ist der Messstab, der aus einem flexiblen Edelstahlschlauch mit Teflon- Überzug besteht und gebogen werden kann. Dies ermöglicht die Installation auch in beengten Einbauräumen. Zudem muss der Dr.-Ing. Olaf Kissing, Produktmanager für den Bereich Industriesensoren bei der MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG in Lüdenscheid 14 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/<strong>2017</strong>
Bereit für die digitale <strong>Automation</strong> 01 Hydraulikzylinder zur Bewegung des Stemmtores an der Schleuse in Harrbach PLCs Relays Sensors s Connectors nect ors Industry 4.0 Internet of Things HMIs Switches Servo Drives Sensorstab nicht in der exakt gleichen Rich - tung liegen wie die Sensorelektronik. Geringes „Mehr“ an Aufwand, deutliches „Mehr“ an Sicherheit Zur Integration von drei Positionssensoren in einen Hydraulikzylinder wird ein druckfestes Stützrohr verwendet. Dieses taucht in die aufgebohrte Kolbenstange ein. Zur Trennung der drei flexiblen Messstäbe innerhalb des Stützrohrs befinden sich in dessen Inneren drei Kammern, in denen jeweils ein Messstab liegt. Über den Flansch des Stützrohrs wird der Zylinder abgedichtet, sodass keine Hydraulikflüssigkeit austreten kann. Die Sensorelektroniken werden vor dem Zylinder in einer Art Trichter angeordnet und sind gegenüber dem Zylinderkolben gebogen. Diese Art der Anordnung wird durch den flexiblen Messstab ermöglicht. Jeder Positionssensor verfügt über einen eigenen An- 02 schluss zur Spannungsversorgung und Ausgabe des Positionssignals. Die Integration eines dreifach redundanten Sensors oder von drei einzelnen Sensoren in einen Hydraulikzylinder führen zum Ziel der erhöhten Sicherheit. Die drei erhaltenen Positionssignale werden in der Steuerung abgeglichen, um ein fehlerhaftes Positionssignal zu erkennen. Außerdem wird durch mehrkanalige Ausführung die Verfügbarkeit des Systems verbessert. Die aufgezeigten Möglichkeiten beweisen sich in der Praxis und zeigen, dass mit einem geringen „Mehr“ an Aufwand ein deutliches „Mehr“ an Sicherheit möglich ist: Aufgrund der redundanten Ausführung wird der in der Risikobeurteilung ermittelte Performance Level erreicht und die Sicherheit erfüllt. Auch wird die Verfügbarkeit der Anlage erhöht. Bilder: 7 plus Autorenbild www.mtssensors.com Schematische Darstellung zur Integration eines Standard-Positionssensors (links) und eines redundanten Positionssensors (rechts) in einen Hydraulikzylinder Eco-POWER E METER Lernen Sie unsere innovativen Produkte für die Industrie 4.0 und das Internet of Things kennen: › Sensoren › Steuerungen › Bediengeräte › Elektromechanische Relais › Steckverbinder › Schalter Flansch Positionsmagnet aufgebohrte Kolbenstange Wir begleiten Sie auf dem Weg in eine vernetzte Zukunft. Flansch Sensorelektronikgehäuse Sensorstab mit Wellenleiter Sensorelektronikgehäuse Sensorstab mit Wellenleiter Positionsmagnet Panasonic Electric Works Europe AG Tel.: +49 8945354-1000 • Fax: +49 89 45354-2111 info.peweu@eu.panasonic.com www.panasonic-electric-works.de
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