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Sägewerk nach Maß

Optimierter Betrieb und höhere Zuverlässigkeit einer Rundholzmanipulationsanlage

Das Automatisierungssystem einer Rundholzmanipulationsanlage wird mit modernen Motorstartern und Motorschutzschaltern in Verbindung mit XV300 aufgerüstet. So kann die Überlastung der Motorantriebe verhindert und die Wartung vereinfacht werden, außerdem bietet das neue System mehr Bedienkomfort. 

"Nun kann Wertholz dank der Automatisierungstechnik von Eaton die Kosten senken und die technischen Ausfälle nahezu auf Null reduzieren."

Christian Gallob, Elektrotechnik Gallob
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Hintergrund

Die kontinuierliche und lückenlose Holzversorgung ist für Unternehmen in der Zellstoff-, Papier- und Holzwerkstoffindustrie von entscheidender Bedeutung. Und genau darauf hat sich das Unternehmen Wertholz mit Sitz in Fürnitz, Österreich, spezialisiert: Das Kerngeschäft des Unternehmens ist seit 1989 die Versorgung der holzverarbeitenden Industrie mit ausreichendem Holz. Der Betrieb verarbeitet jährlich rund 80.000 Kubikmeter Holz. Das Zentrum der Holzverarbeitungsanlage ist ein Rundholz-Handling-System aus dem Jahr 1997, in dem die Stämme entrindet, vermessen, auf die gewünschte Länge geschnitten und in entsprechende Sortierboxen geladen werden. "Nach mehr als 20 Jahren war die Anlage jedoch in die Jahre gekommen, da die Steuerungs- und Antriebstechnik nicht mehr dem Stand der Technik entsprach", so Christian Gallob von Elektrotechnik Gallob, einem Full-Service-Anbieter für gewerbliche und industrielle Elektrotechnik. Er wurde mit der Wartung der Wertholz-Förderanlage gleich nach der Inbetriebnahme beauftragt und hat seitdem immer wieder kleinere Updates an der Technik vorgenommen. Allerdings war es nicht möglich, während des normalen Betriebs größere Upgrades durchzuführen. Als Wertholz 2018 seinen Betrieb von gemieteten Räumlichkeiten auf ein neu erworbenes 2,5 Hektar großes Grundstück in der Nähe verlegte, änderte sich das. Auch die Holzumschlaganlage wurde verlegt und von Christian Gallob innen und außen mit modernster Technik aufgerüstet. 

Herausforderung

Kostspielige Anpassung und zu viel Ausfallzeit

"Die alte Anlage war so konzipiert, dass alle Bedienelemente noch konventionell verdrahtet waren, so war es sehr schwierig, Änderungen oder neue Funktionen zu implementieren, die der Kunde oder der Anlagenbetreiber wünschte", so Gallob. Auch die Verdrahtung der ca. 20 Antriebe in der Anlage war sehr aufwändig und notwendige Funktionen wie Links- und Rechtslauf oder Not-Aus konnten nur über eine konventionelle Verdrahtung gelöst werden. Allein die Größe der Anlage - eine Werkshalle mit einer Fläche von 25 mal 12 Metern und eine Sortierstraße mit einer Länge von rund 90 Metern - zeigt, wie viele Kabel zur Steuerung des Systems verlegt werden mussten.

Außerdem war die Antriebstechnik ausschließlich über Schütze gesteuert. "Schütze sind Verschleißteile und haben daher in einer modernen Anlage nichts mehr zu suchen", sagt Gallob, nicht zuletzt, weil sie auch die Fehlersuche erschwerten: Fiel eine Komponente des Automatisierungssystems aus, erfuhr der Anlagenbetreiber dies nur über eine Warnleuchte - Ort und Ursache der Störung mussten dann erst mühsam ermittelt werden.

Die Ausfallzeiten wurden vor allem durch die Förderbandantriebe an den Kappsägen verursacht: Im alten System wurden diese durch einen Stern-Dreieck-Starter gesteuert, d.h. sie liefen mit konstanter Geschwindigkeit - egal wie leicht oder schwer es war, das Holz zu schneiden. "Wenn es heiß war und das Holz schwer zu schneiden war, überhitzten die Motoren sehr schnell - dann musste ich oft zwei oder drei Motoren pro Woche austauschen", erinnert sich Christian Gallob. Das lag teilweise daran, dass der Motorschutzschalter bei Überlast oder Überhitzung zwar ausgelöst hat, aber oft zu früh manuell wieder eingeschaltet wurde - ehe der Motor richtig abkühlen konnte. Dies führte dazu, dass die Motoren störanfällig waren, was wiederum zu Ausfallzeiten führte: "Der Austausch einer der Motoren kann leicht einen oder sogar zwei Tage dauern."

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Lösung

Alle Teile des Systems intelligenter machen

Beim Umzug des Rundholzumschlags nutzte Christian Gallob daher die Gelegenheit, sein Automatisierungssystem von Grund auf neu zu konzipieren. Das Herzstück des Systems ist eine XV300 HMI/PLC mit integriertem Touch-Display, die in den Steuerstuhl in der Leitwarte eingebaut ist und dem Bediener die Steuerung aller Antriebe und Funktionen des Systems ermöglicht. Nur die Messstation verfügt über eine eigene Steuerung, welche die Daten über eine I/O-Schnittstelle an das XV300 überträgt. "Bislang wurde die Anlage von einer Eaton PS4 Kompakt-SPS ohne Visualisierungsmöglichkeiten und mit reiner Hardware-Bedienung gesteuert", erklärt Herr Gallob. "Aber eine Steuerung ohne Touch-Display ist einfach nicht mehr auf dem Stand der Technik."

Die Multitouch-Technologie der Steuerung überzeugt aber nicht nur durch ihr ansprechendes Design und ihre intuitive Bedienung wie beim Smartphone oder Tablet, sondern ist auch praktisch, wie Gallob betont: "Mit dieser Technologie lassen sich zusätzliche Funktionen schnell implementieren. So konnten wir zum Beispiel auch nach der Inbetriebnahme des Systems ganz einfach einen virtuellen „Knopf“ programmieren, mit dem der Anlagenbetreiber eine Warnung ausgeben kann, wenn das System anläuft." Die Programmierung der Steuerungs- und Automatisierungstechnik mit CODESYS war für Gallob völliges Neuland. "Doch mit der Galileo-Visualisierungssoftware von Eaton war es für mich einfach, loszulegen: Die Benutzeroberfläche ist relativ einfach, und das Programm ist im Grunde selbsterklärend."

Zur Anbindung des XV300 an die verschiedenen Automatisierungskomponenten setzte Christian Gallob SmartWire-DT ein. Damit werden die einzelnen Schaltgeräte, Sensoren und Antriebe nicht jeweils über eine klassische Punkt-zu-Punkt Verdrahtung mit der Steuerung verbunden, sondern über eine „grüne“ achtpolige Leitung mit einfachen Steckverbindern. Die SmartWire-DT-Leitung versorgt die angeschlossenen Geräte mit Strom und übernimmt gleichzeitig die Datenkommunikation. "Diese Lösung ist sehr flexibel und erübrigt eine umständliche Hardware-Verkabelung komplett. Die künftig hinzukommenden Komponenten lassen sich nun schnell und einfach integrieren. "Der Anlagenbetreiber wünschte sich bei der Inbetriebnahme zum Beispiel einen zusätzlichen Taster - den wir dank SmartWire-DT schnell nachrüsten konnten." Dazu trägt auch der Umstand bei, dass alle Vorschaltgeräte im Schaltschrank - insgesamt 20 Komponenten - aus der RMQ-Familie von Eaton stammen.

Christian Gallob setzte auch bei der Verkabelung der verschiedenen Automatisierungskomponenten in den Schaltschränken der Anlage auf die intelligente Verdrahtungslösung von Eaton. Insgesamt sind somit 43 Geräte über zwei miteinander verbundenen Leitungen angeschlossen. Allerdings entschied sich Gallob gegen den Einsatz von SmartWire-DT für die Datenübertragung zwischen dem XV300 und den etwa 15 Meter entfernten Schaltschränken bzw. zwischen den Schaltschränken und der Anlage: "Die Umgebungsbedingungen im Inneren der Anlage sind sehr ungünstig, deshalb habe ich mich für die Vernetzung der verschiedenen Bereiche mit einem robusten Ethercat-Erdkabel entschieden. Das XV300 hat eine integrierte Ethercat-Schnittstelle und die SmartWire-DT Leitungen können über ein Ethercat-Gateway angeschlossen werden.

Auch die komplette Antriebstechnik wurde von Christian Gallob aktualisiert: Die Ansteuerung der Holzzuführungsantriebe erfolgt jetzt über den Softstarter DS7 von Eaton, wodurch auch die mechanischen Komponenten geschützt sind. Der Mechanismus, der die Stämme in verschiedene Boxen sortiert, ist jetzt mit elektronischen Motorstartern EMS ausgestattet. 

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Dieser elektronische Motorstarter bietet Direkt- und Wendestarterfunktionen, den Weitbereichsüberlastschutz und die NOT-HALT Funktion. Zudem sind jetzt die Antriebe der Förderbänder zwischen den Stationen frequenzgesteuert. Deren Drehzahl kann mit Hilfe von Eaton DA1 Frequenzumrichtern über Schieberegler am Display des XV300 eingestellt werden. So kann die Leistung der Anlage an die jeweilige Holzsorte angepasst werden. Was aber die wichtigste neue Funktion ist, wurde an den Antrieben an den Kappsägestationen eingeführt, die bisher störungsanfällig waren: Nun ist es auch möglich, ihre Drehzahl zu regeln und dank des Einsatzes eines elektronischen Motorschutzschalters PKE kann ihr Motorstrom überwacht werden. "Der Motorstrom der beiden Antriebe wird auf dem Display des XV300 in Echtzeit angezeigt", erklärt Herr Gallob. "So kann der Anlagenbetreiber sehr schnell erkennen, wenn eine Überlast droht und die Fördergeschwindigkeit reduzieren oder gar den Stamm zurückfahren." 
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Ergebnis

Über ein Jahr ohne einen einzigen Motorfehler

Dank dieses Upgrades läuft die Rundholzförderanlage am neuen Standort nun schon seit über einem Jahr, ohne dass nur ein einziger Motor wegen Überlastung ausgetauscht werden musste. Eventuell auftretende Störungen werden im Display des XV300 im Klarschriftformat angezeigt, so können die Ursachen schnell beseitigt werden. Um das zu erledigen, muss Christian Gallob nicht mehr ins Werk fahren, denn er kann die meisten Probleme - dank den Informationen, die das System liefert - am Telefon lösen. Dies hat die Systemverfügbarkeit insgesamt deutlich erhöht und gleichzeitig den Durchlauf und die Produktivität gesteigert. "Dass ich die gesamte Automatisierungstechnik - von der Stromversorgung über die RMQ Befehls- und Meldegeräte bis hin zur SPS und der Antriebstechnik - von Eaton aus einer Hand beziehen konnte, hat die Realisierung des gesamten Projekts sehr erleichtert", sagt Gallob und fügt hinzu: "Bei so einem Projekt verzettelt man sich ja schnell in den Details. Aber was auch immer für Probleme auftraten, ich konnte Eaton jederzeit anrufen - und wir konnten gemeinsam immer eine schnelle Lösung finden."