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Motorstarter von Siemens in Hybrid-Schalttechnik bieten viele Vorteile

Industrielle Schalttechnik
Motorstarter von Siemens in Hybrid-Schalttechnik bieten viele Vorteile

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Bei der Kartoffelveredelung werden riesige Mengen der wohlschmeckenden Knolle verarbeitet. Die darauf spezialisierte Emsland Food GmbH hat zur Produktionserweiterung in eine neue Fördertechnikanlage zur Annahme und Zwischenlagerung von Kartoffeln investiert. Bis Anfang 2020 haben der Maschinenbauer Schneider Fördertechnik GmbH sowie der Automatisierungsexperte Dr. Günther Schaltanlagen GmbH den gigantischen „Kartoffel-Puffer“ in Hagenow sukzessive umgebaut. Durch den Einsatz von 224 Motorstartern in kompakter Hybridschalttechnik konnte dabei die Zahl an benötigten Schaltschränken um die Hälfte reduziert werden.

Ralf Hummel, Promotor für Industrielle Schalttechnik, Siemens Smart Infrastructure, Siemens AG

Inhaltsverzeichnis

1. Verdrahtungsaufwand erheblich reduziert
2. 224 Motorstarter übersichtlich und instandhaltungsfreundlich implementiert
3. Motorstarter nicht nur deutlich kompakter sondern auch langlebiger
4. Bei Betriebs- und Serviceaufgaben nahezu unschlagbar
5. Sicherheitsregeln beim Schützwechsel
6. Hard- und Software vereinfachen das Engineering
7. Motorstarter erkennt Art der Störung
8. Motorstarter mit vielen Vorteilen als nachhaltige Modernisierungslösung

Dipl.-Ing. Thomas Mielke, Geschäftsführender Inhaber der Firma Dr. Günther Schaltanlagen GmbH in Hartha, berichtet: „Nach unserer Erfahrung sind einfach aufgebaute und schnell erfassbare Lösungen die Besten.“ Insofern besitzen bei ihm Systemdenken und moderne elektrotechnische Gesamtlösungen mit hoher Funktionsintegration einen bedeutenden Stellenwert. Das dokumentiert der Praktiker unter anderem in einem Schaltschrankprojekt für eine Anlage zur Annahme und Zwischenlagerung von Kartoffeln, wo er zum ersten Mal die Vorteile der Motorstarter Simatic ET 200SP von Siemens genutzt hat.

Zum Hintergrund: Für eine notwendige Produktionserweiterung investierte die Emsland Food GmbH im Werk Hagenow in die Vergrößerung ihrer Bevorratungskapazitäten für Kartoffeln auf eine Gesamtkapazität von circa 2.700 Tonnen. Unterschiedliche Pufferanlagen inklusive kilometerlange fördertechnische Zu- und Abführungsstrecken mussten von der beauftragten Schneider Fördertechnik GmbH in Villingendorf neu konstruiert und gebaut werden. Die Aufgabenstellung an die Elektrotechnik bestand für Dr. Günther Schaltanlagen darin, eine möglichst nachhaltige und betriebssichere Gesamtlösung zu entwickeln.

Mielke: „Deshalb entschieden wir uns für eine Motorstarterlösung, die perfekt zum dortigen Rund-um-die-Uhr-Betrieb, wie er in der F&B-Branche häufig üblich ist, passt.“ Der Sächsische Schaltschrankbauer, der auf Energieverteilung und Automatisierung spezialisiert ist, plant, konstruiert und baut komplette Schaltanlagen gemäß Kundenwunsch. Weil auch die Inbetriebnahme und der spätere After-Sales-Service in Hartha ein zentrales Qualitätsmerkmal darstellt, sind die Sachsen stets auf der Suche nach „noch besseren“ Lösungen. Der Firmenchef bestätigt: „Innovative Lösungen sind in vielerlei Hinsicht besser, was sich auch beim neuen Motorstarter ET 200SP bestätigt hat.“

Verdrahtungsaufwand erheblich reduziert

Im Endausbau lassen sich über die Förderstrecken maximal 180 Tonnen Kartoffeln pro Stunde einlagern. Das bedeutet, auch in der Planung und Umsetzung der Automatisierung muss ein Höchstmaß an Verfügbarkeit im Vordergrund stehen, um die angeschlossene Fabrik zur Kartoffelveredelung versorgen zu können. In jedem Feld befinden sich maximal 72 Antriebe; circa 85 Prozent dieser Antriebe werden über Direktstarter gestartet, der Rest über Wendestarter. Als Motorstarter kamen hier die Siemens-Geräte zum Einsatz, diese Motorstarter sitzen auf sogenannten Base Units, welche durch selbstaufbauende Potenzialschienen den Verdrahtungsaufwand auf eine einmalige Einspeisung reduzieren.

Alle rechts folgenden Module werden dann automatisch beim Zusammenstecken der Base Units versorgt. Zusätzlich wird auch der Rückwandbus der Motorstarter, über welchem die Geräte direkt aus dem zyklischen Prozessabbild der Steuerung angesteuert werden, automatisch beim Zusammenstecken aufgebaut. Dies macht auch die sonst übliche Steuerstromkreisverdrahtung überflüssig. Man benötigt auch keine Klemmleiste als zusätzliche Zwischenebene. Außerdem müssten bei einer konventionellen Motorstarterlösung bis zu 38 Klemmstellen pro Abzweig verdrahtet werden. Hinzu kämen für jeden Abzweig aufwendige Verdrahtungsprüfungen. Diesen immensen Aufwand spart man sich mit den Motorstartern. „Durch den hier gewählten, modernen Systemaufbau wird beim Verdrahtungsaufwand bestimmt drei Viertel der Zeit gespart“, schätzt Mielke.

224 Motorstarter übersichtlich und instandhaltungsfreundlich implementiert

Kurzer Rückblick: Die ursprüngliche Kundenvorgabe, alle 224 Elektroantriebe in den Förderstrecken mit konventionellen Abzweigen – bestehend aus Leistungsschalter für den Motorschutz plus Schütz – auszustatten wurde nach gemeinsamer Abstimmung verworfen. Der Grund: Der Motorstarter in Hybrid-Schalttechnik von Siemens vereint die Funktionen von Schutzgeräten und konventioneller Wendeschützkombination in nur einem Gerät. Dadurch werden in Summe viel weniger Geräte benötigt. Das spart Platz im Schaltschrank und reduziert zeitaufwendige Verdrahtung auf ein Minimum. Denn eine Verdrahtung sämtlicher Abzweige über Einzelklemmen ist nicht mehr nötig. Durch die stehende Verdrahtung ist auch ein schneller Gerätetausch im Servicefall gegeben.

Mielke bestätigt: „So konnten wir die Wünsche der Instandhaltung bezüglich eines schnellen Gerätetauschs im Servicefall sogar noch besser erfüllen.“ Hinzu kommt, dass die Verwendung von Einzelklemmen viel Platz „frisst“ und für das Projekt etwa doppelt so viele Schaltschränke bedeutet hätte als die nun für die Antriebstechnik ausreichenden vier Schaltschränke.

Motorstarter nicht nur deutlich kompakter sondern auch langlebiger

Die Motorstarter gibt es mit fünf unterschiedlichen Weiteinstellbereichen bis zu einer Leistung von 5,5 Kilowatt. Mit nur 30 Millimeter Baubreite lassen sich damit ein- und dreiphasige Motoren starten und schützen. Aufgrund ihres Aufbaus in Hybrid-Schalttechnik sind die Motorstarter nicht nur deutlich kompakter, sie haben auch eine höhere Lebensdauer – mit bis zu 30 Millionen Schaltspielen, was gerade in anspruchsvollen Fördertechnikprojekten einen großen Vorteil gegenüber konventionellen Lösungen darstellt. Dort sind erfahrungsgemäß die Hauptkontakte der Schütze oft bereits nach einer Million Schaltspielen verschlissen, was dann einen Austausch erforderlich macht.

„Dieses Argument hat auch den Anlagenbetreiber überzeugt“, so Mielke. In der neuen Fördertechnikanlage zur Ein- und Auslagerung von Kartoffeln sind die 224 Starter für Motoren mit einer Leistung von 0,75 bis vier Kilowatt eingesetzt und zur besseren Übersicht in Gruppen zwischen fünf und zehn Antrieben zusammengefasst. Für den Servicefall muss die Instandhaltung in Hagenow lediglich jeweils drei unterschiedliche Baugrößen der Direkt- und Wendestarter als Ersatzteil vorhalten, was einen großen logistischen Vorteil darstellt. Denn bei konventionellen Abzweigen sind vor allem die Leistungsschalter, aufgrund der kleinen Einstellbereiche der thermischen Überlastauslöser, vergleichsweise eng abgestuft.

Bei Betriebs- und Serviceaufgaben nahezu unschlagbar

Neben der kompakten Bauweise und der hohen Funktionsintegration der Simatic-ET-200SP-Motorstarter waren die an den Geräten vorhandenen Diagnosemöglichkeiten ein weiterer Grund für die Entscheidung. „Das war dem Endanwender sehr wichtig“, weiß Mielke. Käme es beispielsweise aufgrund einer Überlast zu einer Unterbrechung, würde die Störung über die Feldbusschnittstelle gemeldet und auch vor Ort per LED-Anzeige an der Gerätefront signalisiert werden. Die Störung kann dann ganz einfach aus der Ferne über den Feldbus oder vor Ort durch Drücken eines kleinen blauen Reset-Tasters, auf der Vorderseite des Motorstarters, zurückgesetzt werden.

Zum manuellen Starten der Motoren ohne Steuerung gibt es sogar einen eigenen Local-Control-Baustein der Münchener, der von unten auf den Motorstarter gesteckt wird. Gerade in der rauen Umgebung der Kartoffellogistik, wo Erdanteile, Feuchtigkeit und Nahrungsmittelbestandteile der Fördertechnik viel abverlangen und zu erhöhtem Verschleiß führen, ist schnelle Reaktionsfähigkeit ein großer Vorteil. Auch das partielle Freischalten von Motoren beziehungsweise Anlagenteilen ist mit den Motorstartern im Handumdrehen erledigt. Hierzu wird lediglich der Drehknebel gegen den Uhrzeigersinn auf seine Nullstellung gedreht. Der Motorstarter bewegt sich dabei in eine Parkstellung und alle elektrischen Kontakte werden dadurch geöffnet.

5 Sicherheitsregeln beim Schützwechsel

Zusätzlich kann am Drehknopf eine Öse herausgezogen und vom Servicemonteur mit einem Schloss versehen werden. Dadurch lässt sich der Drehknebel nicht mehr drehen und ein ungewolltes Einschalten des Motorstarters wird verhindert. Somit ist auch eine Trennfunktion nach IEC 60947-1 sichergestellt.

Für einen kompletten Tausch des Motorstarters wird der Drehknebel noch ein kleines Stück weiter gedreht bis das Gerät komplett entnommen werden kann. Aufgrund der stehenden Verdrahtung muss lediglich der Motorstarter gewechselt werden – die Verdrahtung bleibt. Der Schaltschrankbauer weiß aus seiner Alltagsroutine: Bei einem konventionellen Abzweig ist das Einhalten der fünf Sicherheitsregeln beim Schützwechsel um ein Vielfaches aufwendiger. Außerdem müssten etwa zehn Klemmverbindungen gelöst, später wieder montiert und zusätzlich auch noch überprüft werden. Mielkes Einschätzung: „Praxisgerechter, einfacher und übersichtlicher als die Hybrid-Motorstarter kann deshalb eine Motorstarterlösung kaum sein.“

Hard- und Software vereinfachen das Engineering

Das gilt nicht nur für die Handhabung, sondern auch bezüglich Engineering inklusive Programmierung und Diagnose. Bei Dr. Günther Schaltanlagen wird seit langem mit TIA Portal von Siemens programmiert und mit Eplan konstruiert. Siemens liefert entsprechende Makros, um die Einbindung der CAD-Daten möglichst automatisiert und damit einfach zu gestalten. „Zum Beispiel verwenden wir die dezentrale Peripherie Simatic ET 200SP zur Einbindung der Sensoren schon seit Jahren und haben damit beste Erfahrungen gemacht“, erklärt der Firmenchef.

Tatkräftige Unterstützung erhalten er und seine Mitarbeiter bei Projekten wie dem gigantischen „Kartoffel-Puffer“ in Hagenow direkt vom Hersteller. So wurde er auf die Vorteile der kompakten Motorstarter aufmerksam gemacht. Diese erwiesen sich bei der Fördertechnik zur Ein- und Auslagerung riesiger Kartoffelmengen als die richtige Lösung. So schätzen die Schaltschrankbauer, dass der Aufwand für den Gesamtaufbau und die zugehörigen Prüfaufgaben um drei Viertel reduziert werden konnte. Und obwohl der Programmieraufwand etwa den gleichen Umfang besitzt wie sonst, besitzt der Motorstarter dennoch gewisse Vorteile.

Motorstarter erkennt Art der Störung

Mielke erklärt: „Fiel früher ein Schütz aus, war die Fehlersuche sehr aufwendig; heute dagegen lokalisiert die Steuerung die Störung exakt und wir können über die Programmierung eine präzise Textmeldung für den Instandhalter am Monitor ausgeben.“ Dabei erkennt der Motorstarter sogar die Art der Störung wie zum Beispiel ein blockierter Motor, Unsymmetrie oder Phasenausfall, was leicht aufgrund von Verunreinigungen durch Erdanteile oder im Zuge von Reinigungsarbeiten passieren kann. Die Diagnosemöglichkeiten der Motorstarter reichen bis hin zur Strommessung.

Mielkes: „Das ist von großem Vorteil, weil dadurch negative Veränderungen am Motor transparent werden, die dann frühzeitig vom Anlagenführer oder dem Instandhalter erkannt und behoben werden können.“ Auf diese Weise lassen sich Servicemaßnahmen geplant erledigen, wie zum Beispiel die Reinigung von Anlagenteilen, das Abschmieren von Rollen oder aber ein kompletter Motorentausch.

Motorstarter mit vielen Vorteilen als nachhaltige Modernisierungslösung

Nach dieser Anlagenerweiterung plus Modernisierung zur Annahme und Zwischenlagerung von Kartoffeln erwartet Emsland Food die nächsten Jahre effizienten Anlagenbetrieb. Insofern spielen die 224 Motorstarter eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, riesige Kartoffelmengen rund um die Uhr über kilometerlange Fördertechnik zu transportieren. Der besonderen Herausforderung dieser rauen Umgebungsbedingungen wurde mit der beschriebenen Lösung entsprochen. Hinzu kommen die Vorteile wie hohe Verfügbarkeit sowie einfacher und schneller Tausch von Motorstartern durch die stehende Verdrahtung.

„Damit haben wir eine vergleichbare Funktionalität erreicht wie bei einer Schaltanlage in Einschubtechnik“, versichert Mielke. Das punktuelle und sichere Freischalten von Abzweigen in Verbindung mit kurzen Inbetriebnahmezeiten nach einer Störung – und nicht zuletzt auch die kompakte Gerätebauweise – waren die ausschlaggebenden Kriterien. Mielkes Resümee: „Für uns, aber auch für Schneider Fördertechnik als Maschinenbauer sowie den Betreiber in Hagenow waren deshalb die Simatic-ET-200SP-Motorstarter hier die perfekte Automatisierungslösung.“ (jg)

Details zu Motorstartern von Siemens


Kontakt:

Siemens AG
Division Siemens Smart Infrastructure
Werner-von-Siemens-Straße 1
80333 München
Tel.: +49 89 636–00
E-Mail: contact@siemens.com
Website: www.siemens.de


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