waage bringt steine ins rollen

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WAAGE BRINGT STEINE INS ROLLEN
In einem Steinbruch im Raum Heilbronn fand eine alte Bandwaage neue Verwendung. Es galt
sie an eine bestehende Systemsteuerung anzubinden. Die Lösung: ein Messumformer, der offene
und flexibel gestaltbare Verwiegungsprozesse ermöglicht.
TEX T: Martin Schöttinger, Siemens BILD ER: EmergeDesignLtd., Siemens
1.500 t Muschelkalkstein werden in Ilsfeld jeden Tag abgetragen. Die BMK Steinbruchbetriebe verarbeiten sie zu Gesteinsmehlen, Sanden, Splitten und Schotter. Die verschiedenen Körnungen und Gemische finden sowohl im Tief- und
Straßenbau als auch bei der Herstellung von Beton und Asphalt Verwendung.
Das Muschelkalkgestein liegt dabei meist unter massiven
Erdschichten, die zunächst entfernt werden müssen. Die da-
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nach freigelegten und abgetragenen Steine werden anschließend in der sogenannten Vorbrechanlage in förderbandgerechte Größen zerkleinert. Denn für den weiteren Transport
über die Bandwaage sollten die Steine möglichst nicht größer
300 mm sein.
Die Förderleistung von Bandwaagen kann in einem Bereich von einer bis 12.000 t pro Stunde liegen. Vielfältig sind
auch ihre Einsatzgebiete: Nicht nur für den Stein- und Koh-
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leabbau, ebenso in der Zement-, der Nahrungs- und Genussmittel- oder auch der Pharma- und Chemieindustrie werden
Förderbandwaagen für die entsprechenden Verwiegungsprozesse eingesetzt.
Ein typisches Bandwaagensystem besteht aus drei Komponenten: eine Wägebrücke mit Wägezellen, ein Geschwindigkeitssensor sowie ein Messumformer. Die Wägebrücke wird
dabei unter einer Rollenstation des Bands montiert, sodass
dieses im Betrieb über die Brücke gleitet. Sobald Material auf
dem Band aufliegt und über die Wägebrücke gefördert wird,
steigt die Signalspannung der Zellen an und der Messumformer detektiert das Material in Form einer Bandbeladung.
Bandwaagen kompakt
Der Geschwindigkeitssensor, der auf dem Untergurt aufliegt oder auf der Achse einer Umlenkrolle montiert ist, sendet ein Signal in Form von 24-V-Gleichspannungsimpulsen
an den Messumformer. Diese Impulse werden anhand einer
Konstante in die aktuelle Geschwindigkeit umgerechnet. Beide Datenquellen zusammen ermöglichen dem Messumformer
die Berechnung der Förderstärke des geförderten Materials auf
dem Band nach der Gleichung „Bandbeladung x Geschwindigkeit = Förderstärke“.
Typischerweise wird die Förderstärke in der Einheit Tonnen pro Stunde ausgegeben (t/h). Durch die Integration dieser
Größe wird das geförderte Material im Messumformer aufsummiert, sodass dem Anwender die geförderte Gesamtmenge
in der Einheit Tonnen zur Verfügung steht. Im Steinbruch der
BMK läuft beispielsweise das Band vom Vorbruch mit einer
Förderstärke von 150 bis 500 t pro Stunde bei einer Geschwindigkeit von 1,35 m pro Sekunde.
Zur internen Qualitätskontrolle sollte im BMK-Werk Ilsfeld eine alte, zuletzt nicht mehr genutzte Bandwaage wieder
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Im Steinbruchbetrieb der BMK am
Standort Ilsfeld werden täglich
1.500 t Gestein gefördert. Hauptsächlich wird Muschelkalkstein
abgebaut.
zum Einsatz kommen. Die technischen Daten der Wägezellen
waren unbekannt, ebenso die Daten des verbauten Geschwindigkeitssensors.
Die neu aktivierte Bandwaage sollte gleich mehrere Anforderungen erfüllen. An erster Stelle stand die Einbindung
der Waage in das kundenseitig bereits bestehende SPS-System
mittels Modbus TCP/IP. Dies sollte die Erstellung einer eigenen, individuellen Visualisierung auf dem Operator-PC-System ermöglichen. Auch wurde ein Analogsignal benötigt, um
die Förderstärke auf dem bereits vorhandenen Prozessanzeiger
darstellen zu können. Für den Aufbau sollten sowohl die vorhandene Bandwaage als auch der vorhandene Geschwindigkeitssensor Verwendung finden.
Neues Leben für eine alte Bandwaage
Die Wahl fiel auf das neue Siemens-Bandwaagenmodul Siwarex WP241. Der Messumformer, so zeigte sich beim Einsatz, setzte alle Kundenanforderungen reibungslos um. Aufgrund des offenen Konzepts der Siwarex-Wägeelektroniken
konnte der Anwender sie komplett selbst umbauen und in Betrieb nehmen. Durch die einfache Hutschienenmontage war es
möglich, den kompakten Messumformer (70 mm × 75 mm ×
100 mm) direkt vor Ort in einem bereits vorhandenen Gehäuse
zu verbauen.
Die Wägezellen der alten Bandwaage wurden problemlos
angeschlossen: Schließlich sind sowohl die Modbus-TCP/
IP-Schnittstelle als auch der Analogausgang bei Siwarex WP241
im Lieferumfang enthalten. Eine Modbus-RTU-Schnittstelle (RS485), drei digitale Eingänge und vier digitale Ausgänge
stehen zusätzlich für die weitere Kommunikation und Funkti-
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onen on-board zur Verfügung, sodass BMK für künftige Anpassungen oder Erweiterungen gerüstet ist.
Eine bereits vorhandene, zweiadrige Leitung, die beim
alten System ein Signal mit vier bis 20 mA in die Leitwarte
übermittelte, offerierte zusätzliche Möglichkeiten: Durch den
SIWAREX WP241
Die Siwarex WP241 bietet eine einheitliche Aufbautechnik
und durchgängige Kommunikation durch Integration in das
Automatisierungssystem Simatic S7-1200. Gleichzeitig ist ein
Stand-alone-Betrieb ohne Simatic-CPU möglich. Darüber hinaus bietet das Modul werkseitig eine Vielzahl von Ein- und
Ausgängen (drei Digitaleingänge, vier Digitalausgänge, ein
Analogausgang (0/4– 20 mA), ein Speedsensor-Eingang) sowie
diverse Kommunikationsmöglichkeiten (Simatic S7-1200 Bus,
Modbus TCP/IP und Modbus RTU).
Zu den weiteren Funktionen der Siwarex WP241 gehören:
• Simulationsmodus für Bandbeladung und/oder Bandgeschwindigkeit
• Trace-Aufzeichnung
• Wiederherstellungspunkt für alle Parameter
• Pulssignal für externen Summierer
• Minimum-Maximum-Grenzwertüberwachung der Förderstärke, Bandbeladung und Bandgeschwindigkeit
• Automatische Nullnachführungsfunktion
• Einfache Inbetriebnahme über Siwatool am PC oder
HMI-Touchpanel
• Umfangreiche Diagnosefunktionen
• Flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen
• Verschiedene Justageoptionen
Die Siwarex WP241 kann zudem in explosionsgefährdeten
Bereichen (Zone 2) eingesetzt werden.
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Die Siwarex WP241 ist
ein komplett offenes System, das einen bequemen
Zugriff für das Serviceund Instandhaltungspersonal für Installation und
Wartung ermöglicht.
Einsatz eines Ethernet-Extenders wurde mittels Signalmodulation – ähnlich wie bei einem privaten DSL-Anschluss – ein
vollwertiges Ethernetnetzwerk über das zweiadrige Kupferkabel zur Verfügung gestellt. Mithilfe dieser Technik funktionieren Ethernet-Netzwerke über Distanzen von bis zu drei km.
In der Leitwarte wurde der Messumformer dann mittels
eines Patchkabels vom Ethernet-Extender über einen Switch
in das betriebsinterne Netzwerk eingegliedert, sodass die SPS
mit der Waage kommunizieren kann. Der Aufbau einer solchen Netzwerkstruktur bringt zusätzliche Vorteile mit sich: So
kommuniziert das Servicepersonal in Zukunft bei Bedarf über
eine speziell eingerichtete, gesicherte VPN-Verbindung weltweit über das Internet mit den Bandwaagen. Fernwartung, Justage und Parametrierung werden somit von jedem Ort, standortübergreifend und zu jeder Zeit mittels der Servicesoftware
Siwatool V7 möglich.
Das Ethernet der Dinge
In dem komplett offenen System sind alle Waagenparameter frei zugänglich, sodass das kundeneigene Service- und Instandhaltungspersonal künftig selbst die Waagen installieren,
justieren sowie warten kann. Dies hat nicht zuletzt Auswirkungen auf die Ausfallsicherheit der Anlage und spart gleichzeitig
Kosten.
Gerd Bader und Markus Hofmann, Betriebselektriker bei
BMK, sind sehr zufrieden: „Die Offenheit des Systems hat uns
überzeugt, da alle Parameter zugänglich und editierbar sind. Somit kann die Bandwaage von uns selbst in Betrieb genommen
und gewartet werden.“ Und 1.500 t Muschelkalkstein bleiben
nicht liegen. ☐
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