Entwicklung eines 63A Prüfstandes für Mahl- und Schneidwerke im simulierten Fertigungslinienbetrieb, Kunde Innovent GmbH
Ausgangssituation und Aufgabenstellung

Die Firma Innovent mit Sitz in Krefeld ist ein Hersteller und Entwickler von innovativen Sondermaschinen im Bereich der Cutting-Systeme für die Stoff- und Papierindustrie und benötigte ein Testsystem für die Entwicklung, Validierung und Fertigung von kundenspezifischen Cutting-Maschinen.

Benötigt wurde ein universelles Mess- und Steuerpult in welches diverse Frequenzumrichter zur Ansteuerung von Asynchron- und Servomotoren integriert wurden. Die Frequenzumrichter sollten individuell programmierbar sowie steuerbar sein, um jeden einzelnen Motor in der zu testenden Maschine mit passender Drehzahl, Drehrichtung und Rampe frei einsetzen zu können.

Es sollten verschiedene physikalische Einheiten diverser Sensoren wie Temperaturen  Luftdrücke und Drehzahlen abgefragt werden können, um sie mit dem vorgegeben Sollwert zu vergleichen.

Das System sollte über eine intuitive Touchscreen-Benutzeroberfläche zur Konfiguration der Testszenarien verfügen, die eine gezielte Anpassung und Parametrierung des Tests für die jeweilige Sonderkonstruktion ermöglicht.

Umsetzung und Herausforderung

Die besondere Herausforderung bei diesem Projekt bestand darin, dass eine Vielzahl von Frequenzumrichtern integriert werden musste, die alle individuell und zeitgleich angesteuert werden sollten, um Motoren in unterschiedlicher Anzahl und in verschiedenen Leistungsklassen betreiben zu können. Die Leistungen der Motoren können hierbei hohe Werte annehmen und bis 5,5 kW erreichen. Die maximalen Drehzahlen der verwendeten Motoren liegen bei 5500 U/min-1.

Für eine optimale und ergonomische Bedienung wurde die Hardware in einem Rittal TopPult untergebracht. Für die Ansteuerung der Motoren fiel die Wahl auf Frequenzumrichter der Firma Leroy Somer (Emmerson). Die Ansteuerung dieser Frequenzumrichter wurde mit Hilfe von NI’s LabVIEW sowie über einen OPC-Server, der die erforderlichen Kontrollmöglichkeiten umsetzt, realisiert.

Die Frequenzumrichter sind für eine maximale Leistung von 5,5 kW ausgelegt und beinhalten neben der Stromversorgung ein Ethernet-Modul, über das sie gesteuert und kontrolliert werden können, sowie eine Sicherheitsabschaltung für die Motoren, welche Rampengesteuert erfolgt, um mechanischen Schäden vorzubeugen.

Das Testsystem verfügt über eine auf ActiveX-Controls basierende intuitive und konfigurierbare Benutzeroberfläche, die über ein Touch-Panel bedient werden kann und über eine LabVIEW-basierte Applikation die das gesamte System steuert und kontrolliert. Sie ermöglicht es, die Anzahl der zu steuernden Motoren zu definieren, sowie die Leistungsklassen, Drehzahlen, Start- und Stoprampen für jeden Motor einzeln festzulegen.

Neben der Möglichkeit, die Motoren unabhängig voneinander zu steuern, besteht auch die Option, die Steuerungen der Frequenzumrichter miteinander zu verbinden, und einen Frequenzumrichter in Abhängigkeit von einem anderen zu kontrollieren.

Die LabVIEW-Applikation ist auf einem integrierten Panel-PC installiert, der über einen 24-Port Industrie Ethernet-Switch mit den Frequenzumrichtern gekoppelt ist.

Die gesamten Mess- und Steueraufgaben erfolgen über ein CompactDAQ-Chassis aus dem Hause National Instruments, das mit diversen Digital und Analog I/O Karten bestückt ist. Dieses System kommuniziert seinerseits über eine USB-Verbindung mit der Prüfstandapplikation, welche auf dem Panel-PC ausgeführt wird.

Fazit

Im Auftrag der Firma Innovent wurde ein flexibler Prüfstand geschaffen, der über unabhängig voneinander arbeitende Frequenzumrichter Motoren in Mahl- und Schneidwerken regeln kann sowie über verschiedene Bussysteme Signale der in der Fertigungslinie integrierten Sensoren erfassen und verarbeiten kann, so dass daraus ein geregelter Fertigungsprozess entsteht.

Das System verfügt über eine intuitive Benutzeroberfläche, die die vollständige Konfiguration der Testszenarien auch ohne erneute Programmierung ermöglicht, um den Testablauf individuell an den Prüfling anpassen zu können. Der Grundgedanke parametrieren statt programmieren fand hier im Sinne des Kunden seine Umsetzung.

Als nächste Ausbaustufe erfolgt der Einsatz eines Nano Clients mit 10“ Touchdisplay, auf dem eine autarke LabVIEW Mobile Applikation läuft, mit der der gesamte Ablauf von verschiedenen räumlichen Positionen aus gesteuert und beobachtet werden kann.