Mit Vortrieb in Richtung Industrie 4.0

Jan Carls ist Senior Sales Represantive bei Eaton Industries in Bonn

Sowohl im Verkehrswesen als auch in der Ver- und Entsorgungstechnik ist die weltweite Nachfrage nach innovativen Tunnelbau-Technologien groß. Die mts Perforator GmbH in Valluhn gehört zur Schmidt-Kranz-Gruppe, die auf eine 100-jährige Erfahrung im Bergbau zurückblicken kann. Das Unternehmen entwickelt und fertigt maßgeschneiderte Lösungen für den grabenlosen Einbau von Tunneln, wobei die Durchmesser der Maschinen Abmessungen bis zu 3 m erreichen und das Portfolio Technologien wie Schneckenförder-, Spülförder- und Erddruckausgleich-Systeme umfasst.

Zur präzisen Bedienung der verschiedenen Tunnelbohrmaschinen über den jeweiligen Leitstand kommen zahlreiche Drucktaster und Leuchtmelder zum Einsatz, die an die Steuerung angeschlossen sind. Auf der Suche nach einer wirtschaftlichen Lösung, die sowohl den hohen Ansprüchen der Tunnelbauexperten nach Zuverlässigkeit als auch nach Manipulationssicherheit gerecht wird, ist man auf Eatons Kommunikationssystem SmartWire-DT gestoßen. Es handelt sich hierbei um ein Verbindungs- und Kommunikatonssystem, mit dem sich die aufwändige und fehleranfällige Punkt-zu-Punkt-Steuerverdrahtung von Komponenten wie Schaltgeräten, Sensoren und Aktoren mit der zentralen Steuerung ersetzen lässt. SmartWire-DT vereint Datenleitung und Spannungsversorgung und ermöglicht so die einheitliche Kommunikation der Teilnehmer untereinander. Jedes Funktionselement im System hat eine eigene Adresse und die Fähigkeit zur Eigendiagnose.

In den Leitständen der mts-Maschinen kommen die Befehls- und Meldegeräte der Reihe RMQ zum Einsatz, die alle als SmartWire-DT-Teilnehmer über die grüne achtpolige Flachleitung vernetzt sind. Aus Gewährleistungsaspekten ist es für mts als Hersteller der Tunnelbohrmaschinen entscheidend, eine Manipulation bzw. den unzulässigen Betrieb durch den Bohrkopfbetreiber zu unterbinden. Dies ist mit SmartWire-DT möglich, da das System keine Kontaktüberbrückungen zulässt. Ein weiteres ausschlaggebendes Argument für den Maschinenbauer war die Tatsache, dass Eaton einen weltweiten Service und Support sowie 24-Stunden-Lieferservice für Ersatzteile bietet.

Basierend auf diesen Erfahrungen hat sich mts intensiver mit dem Thema SmartWire-DT und Eatons Lean-Solution-Philosophie beschäftigt. Hintergrund ist die Idee, die Methoden des Lean Managements konsequent auf Engineering und Automatisierungsprozesse zu übertragen. Das Ziel besteht darin, jeglichen Ressourcenverbrauch zu minimieren. Im Fokus stehen Kosten, Material und Zeit, die es zu optimieren gilt. Eaton hat hierzu eine Lösung entwickelt, die Produkte, Technologien und Prozesse umfasst, mit denen sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette Einsparungen realisieren lassen – und zwar vom Design, über Konstruktion, Inbetriebnahme und Wartung bis hin zu zukünftigen Erweiterungen. Dabei setzt sich Lean Solution aus drei Themenkomplexen zusammen, für die SmartWire-DT das verbindende Element ist: Lean Connectivity, Lean Automation und Lean Power.

Die Vorteile von Lean Connectivity hat mts seit der Einführung von SmartWire-DT bereits selbst erfahren, denn nach eigener Aussage konnten sowohl Projektierungs- als auch Verdrahtungsaufwand für die Leitstände und die damit verbunden Kosten merklich reduziert werden.

Der Begriff Lean Automation steht für weniger Komponenten und geringen Engineering-Aufwand. Die I/O-Ebene ist in die Schaltgeräte wie Motorschutz, Motorstarter, Softstarter, Frequenzumrichter oder Leistungsschalter integriert, die nun direkt mit den HMI/PLCs des Herstellers kommunizieren kann. Da letztere als singuläre Einheit alle Steuerungs-, Visualisierungs- und Datenmanagementaufgaben übernehmen, werden nun schlanke Automatisierungslösungen möglich, die auch schneller und einfacher zu projektieren sind. Mit diesen Lean-Automation-Systemen entfallen ganze Geräteebenen wie die zentrale SPS mit I/O-Baugruppen und die damit verbundenen Beschaffungs- und Wartungskosten.

Den nächsten Schritt in Richtung Lean Automation ist mts kürzlich gegangen und hat die Motorschutzschalter PKE mit elektronischem Überlastschutz sowie die Leistungsschalter NZM in den Schaltschränken der Tunnelbohrmaschinen ebenfalls an SmartWire-DT angebunden. Die Kombination aus PKE und SmartWire-DT bietet den Vorteil der erweiterten Antriebsüberwachung: Prozessrelevante Daten wie der aktuelle Motorstrom, die thermische Auslastung und die Betriebszustände lassen sich ohne kostenintensive analoge I/O-Technologie kontinuierlich überwachen und analysieren.

Auf diese Art ist es gelungen, Schaltgeräte in intelligente Komponenten zu verwandeln. Smart Devices wie der PKE, die in einer offenen Architektur mit jeder SPS kommunizieren können, sind für das Unternehmen ein wichtiger Schritt, um komplett Industrie-4.0-fähige Lösungen anbieten zu können. „Die Smart Devices erlauben es uns, weltweit einen detaillierten Datenzugriff bis auf die Feldebene zu realisieren“, erklärt Norbert Simdon, Electronic Support bei mts. „So können wir die aktuellen Betriebszustände der derzeit weltweit 50 im Betrieb befindlichen Tunnelbohrmaschinen überwachen – also Condition Monitoring realisieren – und im Fehlerfall schnell aus der Ferne eine Diagnose erstellen, Abhilfe schaffen und somit für den Endkunden eine hohe Anlagenverfügbarkeit gewährleisten.”

Zum Beispiel nutzt der Tunnelbauer die Daten des PKE, um eine wiederholte Überlast zentral zu melden und rechtzeitig zu beheben. Gleichzeitig ist es möglich, mit den Smart Devices die Maschinen weltweit vor Manipula-tion zu schützen. In der Vergangenheit konnte der Maschinenbediener vor Ort manuell die Auslösekennwerte verändern und so unter Umständen einen Motor dauerhaft unter zu hoher Last fahren. Da heute über das SmartWire-DT-Konzept alle Sollwerte zentral in der Steuerung hinterlegt sind, werden bei Manipulation der Auslösewerte am Motorschutzschalter die Maschine automatisch stillgesetzt und somit Gefahren für den Anwender und die Maschine verhindert.

Als innovative Technologie ist SmartWire-DT für Eaton ein Wegbereiter in der Entwicklung hin zur vernetzten Welt der Industrie 4.0. So verfolgt das Unternehmen die Strategie, die Technology kontinuierlich auf alle Standardkomponenten zu übertragen und diese in Smart Devices zu verwandeln. Diese intelligenten Komponenten werden Maschinen- und Anlagenbauer wie mts dabei unterstützen, schlank, smart und effizient zu wirtschaften und der Umsetzung von innovativen Kommunikations-Lösungen einen Schritt näher zu kommen. ge

Die mts Perforator GmbH micro tunnelling systems in Lüttow-Valluhn entwickelt, fertigt und wartet innovative Tunnelbaumaschinen:

Ein Video zeigt die Anwendung:

Beim Motorschutzschalter PKE setzt Eaton auf Elektronik. Der Motorschutzschalter mit seinem Weitbereichsüberlastschutz ist eine Alternative zu konventionellen Lösungen im Strombereich bis 65 A und ergänzt die Gerätefamilie PKZ. Das Gerät zeichnet sich durch einstellbare Ströme, geringe Verlustleistung, Auslöseklassen größer Class 10 sowie präzise und extrem langzeitstabile Auslösekennlinien aus. Aufgrund der modularen Bauweise kann der PKE flexible und effizient eingesetzt werden.