Nützliche Nachrüstung

Modernisierung - Jede Anlage bleibt nur dann effizient, wenn ihre Komponenten den Stand der Technik bieten. Es lohnt sich bei der Wahl der Antriebsplattform an die Nachrüstung zu denken.

02. August 2007
Der neue Umrichter FC 302 ist wesentlich kompakter als sein Vorgänger in diesem Schrank.
Bild 1: Nützliche Nachrüstung (Der neue Umrichter FC 302 ist wesentlich kompakter als sein Vorgänger in diesem Schrank.)

Wesentlich für den zuverlässigen Anlagenbetrieb ist die elektrische Antriebstechnik. Sie regelt und steuert die Motoren für eine optimale Produktion. Aber auch Antriebstechnik altert - beispielsweise durch fortschreitende Miniaturisierung und zunehmende Rechenleistung integrierter Prozessoren.

Heutige Anlagen haben zwar eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten, und je größer und komplexer die Anlagen sind, desto länger muss sich die Investition auszahlen. So kommt für den Betreiber solcher Anlagen irgendwann der Zeitpunkt, zu dem er abwägen muss, ob der technische Fortschritt und die Kostenvorteile durch eine modernere Produktion die hohen Investitionskosten einer komplett neuen Anlage rechtfertigen. Dabei sollte er auch berücksichtigen, dass durch Alterung von Einzelkomponenten die Ausfallhäufigkeit der jetzigen Anlage zunimmt. In vielen Fällen lohnt es sich deshalb, anstelle der gesamten Anlage lediglich die entscheidenden Komponenten auf dem aktuellen technischen Stand zu halten.

Auch Antriebe altern

Selbst verschleißarme SPS- und Feldbus-Komponenten haben eine begrenzte Lebensdauer, und nach Einstellung von deren Produktion ist Ersatz meist schwer zu beschaffen. Spätestens, wenn sich Produktionsausfälle häufen, wird eine Modernisierung der Anlage oder zumindest ein Austausch einzelner Komponenten in Erwägung gezogen.

Umbau unter Zeitdruck

Kritisch sind immer die Umrüstzeiten. Häufig will der Betreiber deshalb lediglich modernisieren und nicht gleich die komplette Anlage austauschen. Dazu braucht er Komponenten, die entweder gleichzeitig oder in Etappen ausgewechselt werden. Beim Ersatz von Antriebstechnikkomponenten sind bei der Anlagenmodernisierung vier Punkte zu beachten:

• Mechanische Adaption

• Elektrische Adaption

• Parameter-Adaption n Feldbus-Adaption

Heute fallen Frequenzumrichter der gleichen Leistungsklasse meist deutlich kleiner aus als ihre Vorgängermodelle. Gründe dafür liegen in der Miniaturisierung der Bauelemente, einer höheren Leistungsdichte in der benötigten Leistungselektronik bei gleichzeitig reduzierten Verlusten, was wieder einen geringeren Aufwand für die Kühlung des Gesamtsystems zur Folge hat. So kann die Volumenersparnis zwischen Geräten aufeinanderfolgender Generatonen zwischen 20 und 50 Prozent liegen. Probleme aufgrund der Baugröße sind deshalb bei einer Anlagenmodernisierung meist nicht zu erwarten. Allerdings müssen neue Befestigungspunkte im Schaltschrank oder direkt in der Anlage gebohrt werden, und dabei entstehen Metallspäne oder Bohrstaub, die sich selbst bei sorgfältigem Arbeiten in der Montageumgebung festsetzen können und eine unvorhersehbare elektrische Fehlerquelle darstellen.

Kompatibilität erleichtert Installation und Bedienung

Einen noch höheren Stellenwert bekommt ein kompatibles Systemdesign bei Anschluss, Installation und Bedienung der neuen Geräte. Vorteilhaft ist es zum Beispiel, wenn die Anschlussklemmen dem gleichen Layout folgen wie in den Vorgängergeräten und die Bezeichnungen durchgängig übernommen wurden. Zusätzliche Klemmen für eine Funktionserweiterung sollten die Hersteller mit neuen Bezeichnungen versehen, um unnötige Verwirrung und damit zusätzliche Fehlerquellen beim Anschluss zu vermeiden. Deshalb achteten die Entwickler von Danfoss beispielsweise beim Entwurf der neuen modularen Umrichterplattform der Reihe VLT Automation Drive, HVAC Drive und Aqua Drive auf eine durchgängige Nummerierung, wie es auch schon bei der Einführung der Vorgängermodelle VLT 5000, 6000 und 8000 der Fall war.

Eine häufige Quelle für Fehler beim Austausch von Antriebskomponenten ist in vielen Fällen auch die individuelle Anpassung mittels Parametrierung. So gibt es viele Antriebssysteme auf dem Markt, bei denen sich bei der Einführung eines neuen Modells einzelne Parameterfunktionen oder sogar die gesamte Bedienoberfläche gegenüber der Vorgängerversion ändert. Dabei wäre es für den Anwender deutlich leichter, wenn die jeweilige Parameterfunktionalität unverändert ausgeführt bleibt und abwärtskompatible Funktionen sichergestellt sind: Dies vereinfacht die Einstellung des neuen Geräts, und der Schulungsaufwand hält sich in Grenzen. Natürlich sind diesem Ziel Grenzen gesetzt. So erfordert die Vielzahl an Erweiterungen für Sicherheitsfunktionen oder zusätzliche Aufgaben, wie sie typischerweise in Kleinststeuerungen zu finden sind, umfangreichere Bedienstrukturen. Dennoch: Bei einer sinnvollen und überlegten Erweiterung findet sich der Anwender auch hier schnell zurecht.

Bussysteme verursachen größeren Aufwand

Erfahrungsgemäß verursacht die Anpassung vorhandener Feldbus-Schnittstellen, wie beispielsweise Profibus, den größten Aufwand. Bereits während der Initialisierung fragen übergeordnete Steuerungen bestimmte Kennwerte und Identifikationsmerkmale der Geräte ab, aus denen sie dann den Typ und den Funktionsumfang des installierten Geräts ableiten. Während des normalen Betriebs werden zudem auch auf gerätespezifische Parameter zugegriffen. Bei einem Austausch müssen deshalb die SPS-Programme so umgeschrieben werden, dass sie auch weiterhin mit den neuen Umrichtern zusammenarbeiten. Diese Umstellung kann der Anwender natürlich schon vor der Anlagenmodernisierung vorbereiten, allerdings benötigt er dazu die Funktionen und Eigenschaften der neuen Geräte - was jedoch normalerweise der Fall ist. Einfacher ist es deshalb, wenn der Hersteller geeignete Adapter bereithält, die eine Umsetzung automatisch übernehmen.

Umrüstsätze für den einfachen Umstieg

Noch einfacher und sicherer lässt sich die Anlagenmodernisierung durchführen, wenn der Hersteller selbst schon entsprechende Umrüstsätze anbietet. So bietet Danfoss zum Beispiel für die Frequenzumrichter- Baureihen VLT 3000, 5000, 6000 oder 8000 Upgrades auf die neue VLT-Plattform, bei denen alle oben genannten Aspekte, also die mechanische, elektrische, Parameter- und Feldbus-Anpassung, in einem Komplettpaket zusammengefasst sind.

Adapter erleichtern die mechanische Anpassung

Die mechanische Anpassung erfolgt dabei im einfachsten Fall mittels Adapterblechen, die Bohrungen für alte und neue Geräte enthalten. Dies gewährleistet eine schnelle und einfache Installation des neuen Geräts. Im ersten Schritt schraubt der Anwender das Blech in die bisherigen Bohrungen des alten Umrichters. Idealerweise verfügt der Adapter bereits über Bohrungen mit den Abständen für den neuen Frequenzumrichter, der an ihnen einfach festgeschraubt wird. Damit entfällt das lästige und in Anbetracht der Bohrspäne problematische Bohren im Schaltschrank oder in der Anlage. Zudem verkürzt diese Form der Montage im Fall eines Anlagenausfalls die Stillstandszeit erheblich. Zusätzlichen Platz spart diese Lösung, weil sich je nach Leistungsgröße auf einem Adapterblech sogar mehrere Nachrüstgeräte montieren lassen.

Schneller Anschluss durch steckbare Klemmen

Weiter verkürzen lassen sich die Stillstandszeiten mit einem Adapter für den Anschluss der Steuerleitungen. Allerdings erfordert dies bei den Frequenzumrichtern im Idealfall die Ausführung der Klemmen für Steuerleitungen und eventuell auch der Motorleitungen als steckbare Klemmen. Genau diese Technologie nutzt Danfoss, um einen schnellen Gerätetausch zu ermöglichen. Sind Stecker im Einsatz, kann mittels eines Adapters, der aus einer Buchse im Layout des alten Steckers und einem Stecker im neuen Klemmenlayout besteht, der elektrische Umbau schnell realisiert werden. Verdrahtungsfehler sind auf diese Weise nahezu ausgeschlossen.

Schnelle Parametrierung

Fertige Vergleichslisten in elektronischer Form, beispielsweise als Excel-Tabelle, unterstützen den Anwender nach dem elektrischen Anschluss, die Parametrierung der bisherigen Frequenzumrichter an die neuen anzupassen. Da Danfoss bereits über jahrzehntelange Erfahrung mit elektrischen Antrieben verfügt, kann das dänische Unternehmen darüber hinaus Empfehlungen zu Anpassungen bei typischen Anwendungsfällen geben.

Nicht zuletzt wurde dabei auch an die Anpassung von Feldbussen, wie beispielsweise der Profibus- Schnittstelle, gedacht. Hier werden interaktiv Informationen zwischen dem Frequenzumrichter und der übergeordneten Steuerung ausgetauscht, die auch die Typenbezeichnung und Identifikationscodes beinhalten. Diese werden zentral an die Hersteller vergeben und sind für jedes Modell eindeutig. Bei einem einfachen Wechsel des eingebauten Frequenzumrichtertyps verweigert deshalb die Steuerung die Kommunikation, weil sie die Funktionen des neuen Geräts aufgrund der falschen Kennung nicht akzeptiert.

An dieser Stelle hilft Danfoss mit einem speziell entwickelten Feldbuskonverter, der die Protokolle übersetzt und dem Leitsystem emuliert, dass nach wie vor der alte Frequenzumrichter die Motorsteuerung wahrnimmt. Die Hauptaufgabe des Konverters besteht darin, die Identifikationsnummer des Geräts und eventuelle Änderungen der Kommunikationsbefehle oder der Parameterzuordnung zu übersetzen. Es soll allerdings nicht verschwiegen werden, dass ein solcher Konverter neu hinzugekommene Funktionen des Umrichters selbstverständlich nicht umsetzen kann.

Die richtige Auswahl

Wer also schon bei Planung und Errichtung einer Anlage auf solche Details der elektrischen Antriebstechnik achtet, kann später bares Geld sparen. So sollte der Anwender oder Anlagenbauer schon im Vorfeld darauf achten, dass die eingesetzten Komponenten in den wesentlichen Punkten rückwärts kompatibel sind und insbesondere Frequenzumrichter ein modulares Systemdesign besitzen. Beides erleichtert und beschleunigt die Nachrüstung und den Austausch der Komponenten in der Anlage. Zudem lohnt ein Blick in die Produktpalette: Gibt es Upgrade-Kits zu früheren Serien? Dies zeigt, dass der Hersteller sich auch hier Gedanken um eine kundenfreundliche Lösung gemacht hat und dem Anwender nicht nur zum Zeitpunkt des Komponentenverkaufs, sondern auch später als zuverlässiger Partner zur Seite steht. Wenn dies alles zutrifft, sollte einem langen und ausfallarmen Anlagenbetrieb nichts im Wege stehen und die Investition gut geschützt sein.

Christian Mieslinger, Danfoss/ps

Fakten

Umrüstkits für Frequenzumrichter

• Die Kits erlauben ein schnelles und einfaches Umrüsten ohne Bohren im Schaltschrank.

• Universell gestaltete Montageplatten gewährleisten eine einfache Befestigung der neuen Geräte.

• Klemmenadapter setzen die elektrischen Schnittstellen um.

• Ein spezieller Adapter emuliert die Anpassung die Vorgängerserie am Profibus DP, sodass die bestehenden GSD-Dateien weiterverwendet werden können. Selbst die Parameter werden so weit wie möglich umgesetzt.

• Software-Assistenten passen die vorhandene Programmierung an die neuen Umrichter an.

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2007