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Flexible und zukunftssichere Lösung

Einsatz funkbasierter Kommunikationssysteme in einem Kies- und Betonwerk
Flexible und zukunftssichere Lösung

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Die K+B Kies und Beton GmbH gewinnt seit 1990 aus verschiedenen Erfurter Seen Kies. Die Förderung und Weiterverarbeitung des für das Baugewerbe unverzichtbaren mineralischen Rohstoffs wird durch moderne Automatisierungstechnik gesteuert und überwacht. Aufgrund der schwierigen Umgebungsbedingungen sorgen Funksysteme von Phoenix Contact für die drahtlose Signalübertragung sowie die Feldbus-Kommunikation.

DER AUTOR Benjamin Fiene, Mitarbeiter im Produktmarketing Communication Interfaces, bei Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont

Bei der K+B Kies und Beton GmbH handelt es sich um eine Tochtergesellschaft der im hessischen Kirchheim ansässigen Naumann GmbH & Co. KG. Das 1929 als KG gegründete mittelständische Unternehmen betreibt in den Bundesländern Hessen und Thüringen mehrere Transportbeton-, Mörtel- und Kieswerke sowie einen Recyclinghof. Aus den Kies- und Sandablagerungen der Erfurter Seen sowie aus dem Raum Gotha und Dankmarshausen werden hochwertige natürliche Zuschlagstoffe für sämtliche Bereiche der Betonindustrie sowie des Tief-, Straßen- und Eisenbahnbaus gefördert und entsprechend aufbereitet.
In der Umgebung von Erfurt hat der Kiesabbau eine lange Tradition. Die damaligen Kiesgruben waren allerdings bei weitem nicht so groß wie die heutigen Baggerseen. Das Erfurter Kieswerk, das seit 1972 besteht, wurde Anfang der 1990er Jahre automatisiert. Tieflöffel- und Eimerkettenbagger bauen die Gesteins- und Mineralkörner vom Ufer sowie Schwimmbagger aus den jeweiligen Seen ab. Anschließend transportieren Muldenkipper oder Förderbänder den gewonnenen Rohkies in die Aufbereitungsanlage. Dort wird er gespült und danach gesiebt, um die unterschiedlichen Körnungen zu erhalten. Im nächsten Arbeitsschritt bricht eine Anlage den Grundstoff auf, sofern dies erforderlich ist. Nach Abschluss der Aufbereitung lässt sich der Kies als Zuschlagstoff für die Betonherstellung oder als Straßenbaumaterial verwenden.
Integration vorhandener oder neuer Messsignale
Die Verantwortlichen der K+B Kies und Beton GmbH investieren kontinuierlich in die Anlagen. Dies, damit sie stets dem aktuellen Stand der Technik entsprechen sowie Abläufe und Prozesse ständig optimiert werden. Förderbandwaagen erfassen die pro Tag aus einem nahegelegenen Baggersee gewonnene Menge an Rohkies. Die Prozessdaten sollen dann zwecks Weiterverarbeitung in das vorhandene Profibus-System eingebunden werden. Der der Förderbandwaage am nächsten gelegene Zugang zum Feldbussystem befindet sich an einem entfernt installierten Hochförderband. Dieses ist wiederum an die Profibus-Steuerung einer in der Nachbarschaft angesiedelten Brecheranlage angekoppelt. „Wir standen vor der Entscheidung, die Messdaten der Waage entweder über traditionelle Übertragungsmedien wie Kabel weiterzuleiten oder eine Alternative zu finden“, erinnert sich Carsten Ohme, der für die Automatisierung der Anlagen zuständig ist.
Auf der Suche nach einer einfachen und zugleich wirtschaftlichen Alternativlösung stieß Ohme auf das Bluetooth-basierte Profibus-Funksystem von Phoenix Contact, das sich bestens für die Applikationsanforderungen eignet. Als Kabelersatz sind die beiden Bluetooth-Konverter zwischen Waage und Hochförderband montiert worden, um die Profibus-Daten zu übertragen. Zudem vereinfacht das Funksystem die Integration bestehender sowie neuer Messsignale deutlich. Das macht die Lösung nicht nur flexibel, sondern auch kostengünstig und zukunftssicher. Vielfältige Anwendungsbereiche innerhalb der Anlagen
Aufgrund der guten Erfahrungen mit dem Bluetooth-System entdeckte Ohme schnell andere Anwendungsfelder für die Wireless-Lösung. So kommt im Transportbetonwerk in Gotha ein weiteres PSI-Bluetooth-Profibus-Set zur Profibus-Kommunikation zum Einsatz. Die Anlage besteht aus mehreren Zementsilos, in denen verschiedene Zementarten gelagert werden. Durch Nutzung der unterschiedlichen Zementsorten lässt sich Beton in allen Güteklassen und Konsistenzen herstellen. Über die Förderbänder werden den Silos außerdem Kies, Sand und Wasser zugeführt und dort zusammen mit dem Zement zu Beton vermischt, der anschließend direkt per Mischfahrzeug zu den einzelnen Baustellen gelangt. Eine Profibus-Steuerung überwacht dabei den Befüllungsprozess der Zementsilos. Sie ist in 20 m Höhe über der Leitzentrale auf dem Dach des Silos installiert. Das Verlegen einer Leitung zwischen der Profibus-Steuerung und dem Leitsystem hätte sich schwierig gestaltet, weshalb die Daten via Bluetooth übertragen werden.
Eine Profibus-Leitung führt aus dem auf dem Silo befindlichen Schaltschrank zu einem weiteren Schaltschrank am Fuß des Silos, in dem die Signale zusammengefasst werden. Hier sind auch Profibus-Koppler der Produktfamilie Fieldline Stand-Alone von Phoenix Contact verbaut. Die Module wurden speziell für die Erfassung digitaler Signale direkt im Feld konzipiert. Vorkonfektionierte Leitungen mit M12-Steckverbindern erlauben die einfache und sichere Ansteuerung der direkt am Befüllstutzen angebrachten Magnetventile, die der Befüllung der Betonmischfahrzeuge dienen.
Zuverlässige Datenübertragung durch Frequenz-Hopping
Darüber hinaus sollen an einem Förderband im Kieswerk Erfurt verschiedene Signale wie Drehzahl, Füllstand und Endschalter aufgenommen werden. Da im verlegten Kabel zu wenig Signalleitungen vorhanden waren, hat Carsten Ohme hier ebenfalls auf die Funktechnik von Phoenix Contact zurückgegriffen. Zur Weiterleitung der Steuersignale an die 100 m entfernt installierte dezentrale Anlagensteuerung verwendet er das Wireless-MUX-System. Die Module übertragen 16 digitale und zwei analoge Signale bidirektional, sodass sie ein 40-adriges Signalkabel ersetzen. „Wir setzen seit vielen Jahren Komponenten und Systeme von Phoenix Contact ein, um unsere Anlagen zu modernisieren“, berichtet Carsten Ohme. „Bislang haben wir nur gute Erfahrungen damit gemacht“.
Der universelle Bluetooth-Konverter PSI-Bluetooth-Profibus-Set für die Schnittstellen RS232, RS422 und RS485-Zweidraht kommuniziert die seriellen Daten protokolltransparent und verhält sich deshalb in der Netzwerk-Konfiguration unsichtbar. Der Datenaustausch via Funk hat sich seit einigen Jahren in industriellen Anwendungen etabliert. Lag der Schwerpunkt anfangs beim Zugriff auf Anlagen oder Maschinen, nutzen die Anwender nun bewährte Wireless-Technologien wie Bluetooth zur Weiterleitung von Profibus-Daten via Funk. Insbesondere in Umgebungen mit viel Metall überzeugt der Standard wegen des Frequenz-Hopping durch eine zuverlässige Datenübertragung sowie den störungsfreien Parallelbetrieb neben anderen Funknetzen. Das ebenso von der K+B Kies und Beton GmbH verwendete Wireless-MUX-System bietet sich überall dort an, wo wenige digitale oder analoge Ein- und Ausgangssignale drahtlos mit einer entfernten oder beweglichen Station ausgetauscht werden müssen. Beide Funksysteme arbeiten im lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband und lassen sich ohne Software einfach in Betrieb nehmen.
In den Anwendungen der K+B Kies und Beton funktionieren die drahtlosen Verbindungen seit Jahren störungsfrei. „Durch den Einsatz können wir auf die aufwändige und daher teure Verlegung von Leitungen verzichten“, freut sich Carsten Ohme. „Aus diesem Grund erweist sich die Funklösung für uns als echte Alternative zur kabelgebundenen Kommunikation. Denn so lassen sich selbst Anlagenteile wirtschaftlich anbinden, deren Integration bisher nicht möglich oder zu teuer war“. ge
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