KBI Kieswerk & Baustoff-Industrie Kern GmbH & Co. KG

Background

Nei laghi di dragaggio di Iffezheim si estraggono sabbia e ghiaia da oltre 100 anni utilizzando una tecnologia di taglio a umido. I clienti principali serviti sono i produttori di cemento precompresso, calcestruzzo e asfalto. La ghiaia estratta passa per diverse fasi di lavaggio per poi essere smistata in base alla dimensione. I pezzi di dimensioni più grandi passano attraverso uno stadio finale: la frantumazione.

Tre frantoi a cono frantumano fino a 160 t/h di materiale grezzo attraverso numerosi stadi. Vi sono macchine dedicate che hanno il compito di selezionare il materiale in base alla dimensione per poi effettuare un lavaggio. In questo modo si ottengono frazioni di ghiaia 1/3, 2/5, 5/8 e 8/11 e sabbia frantumata 0/2 di alta qualità che vengono poi conservate nei silos. Questi materiali vengono utilizzati principalmente nella produzione dell’asfalto e in applicazioni specifiche per schede elettroniche.

La sfida

In passato le operazioni di frantumazione della pietra erano basate sull’utilizzo di contattori di tipo convenzionale. Non era mai stato usato un SPC. L’azienda ha deciso di affrontare un percorso di modernizzazione di ampio respiro per rendere il proprio sistema di automazione e avviamento all’avanguardia e incrementare la produttività dell’impianto. Per il progetto è stata scelta Weingärtner GmbH (Weingärtner) con sede a Baden, specializzata in diversi settori tra cui gli impianti elettrici generali, la realizzazione di centraline e le tecnologie di automazione.

“Avevamo la necessità di trovare una soluzione con un budget ragionevole per permettere all’operatore di visualizzare informazioni dettagliate sull’impianto.” spiega Philipp Fels, il manager di Weingärtner responsabile di questo progetto. “Il tempo a disposizione era davvero limitato. Avevamo a disposizione solo le quattro settimane del periodo di manutenzione invernale per rinnovare l’intero impianto elettrico.” Questo significava che la sala di comando e i quadri elettrici dovevano essere preinstallati in un container pronto per la consegna. Essendo parte della rete di Solution Partner Eaton, Weingärtner conosce bene le potenzialità e i punti di forza del cablaggio intelligente SmartWire-DT. Per questo, l’azienda di Baden-Baden ha deciso di affrontare questa sfida utilizzando le tecnologie offerte da Eaton.

La soluzione

Progettato da Weingärtner, il cuore del sistema è composto da un pannello touchscreen XP500, un’interfaccia uomo macchina user-friendly caratterizzata da un design compatto, sottile e da tecnologia capacitiva multitouch. Nella versione da 21,5", il XP500 rappresenta il livello più alto dei processi del sistema. I processi vengono gestiti da PLC XC202 che Weingärtner ha programmato usando Codesys 3.5. Secondo quanto spiegato da Fels, la visualizzazione completa dell’impianto può essere implementata in modo estremamente facile e veloce grazie alla nuova release (versione 10) del software Eaton.

Un’attenzione speciale è stata dedicata alla tecnologia di avviamento per la gestione della fase di frantumazione, in quanto questa influenza in modo significativo la produttività dell’impianto. L’avviatore a velocità variabile Power XL DE1 di Eaton avvia il motore del nastro trasportatore e delle cinghie di dosaggio. Semplice nell’utilizzo e affidabile, rende possibile il controllo della velocità come un inverter. Questa è la soluzione ideale per applicazioni che richiedono una funzionalità limitata e velocità variabile. L’inverter DA1, noto per l’alto livello di performance e per la sua modularità, viene impiegato in applicazioni con requisiti più elevati come nel settore pompe di drenaggio, macchine per il trasporto e il dosaggio della sabbia.

La cava è stata inoltre equipaggiata con circa 70 salvamotori elettronici PKE, che offrono un alto livello di protezione del motore da sovraccarichi rendendo possibile l’avviamento diretto dell’azionatore in modo sicuro ed affidabile. Grazie al sistema di cablaggio intelligente SmartWire-DT, tutti i componenti più importanti possono essere cablati rapidamente ed efficacemente senza richiedere cablaggio di comando, livello di I/O decentralizzato e un complicato indirizzamento. "Rispetto a una tecnologia di cablaggio di tipo convenzionale, abbiamo risparmiato il 30% del tempo nella fase di progettazione dei quadri elettrici", spiega Fels. Quindi, in combinazione con il PKE, SmartWire-DT offre un altro vantaggio decisivo: Tutti gli eventi e le commutazioni, che prima per essere trasmessi richiedevano una complessa installazione di dispositivi aggiuntivi, adesso vengono trasmessi direttamente al controllore. Le informazioni trasmesse comprendono lo stato del contattore e del salvamotore, la corrente nominale e il grado di inerzia e altre informazioni importanti riguardanti il comportamento del motore. Sono inoltre disponibili funzioni di diagnostica per sovracorrente, corto circuito, sovraccarico e assenza di fase.

Risultati

Per il processo di frantumazione, queste funzioni permettono di misurare, valutare e analizzare la situazione del carico in modo semplice e senza costi aggiuntivi. Se un salvamotore interviene, gli operai vengono informati immediatamente sul motivo, in caso ad esempio, di un sovraccarico. Invece di tentare un riavvio diretto in condizioni rischiose, l’operatore ha la possibilità di controllare se c’è ad esempio del materiale bloccato sul nastro trasportatore Inoltre, è possibile programmare in anticipo una manutenzione appropriata se i valori della corrente oltrepassano certi limiti. Questo previene lo sgancio indesiderato del salvamotore ed elimina eventuali guasti dell’inverter.

"A Iffezheim tutti gli azionatori sono ora monitorati da SmartWire-DT. In questo modo, abbiamo a disposizione informazioni utili sui fattori di carico e sull’immagine termica del motore", continua Fels. Il sistema permette ad esempio di avviare la produzione in modo graduale con valori di prodotto limitati quando la temperatura è bassa e un avvio a pieno carico al momento del raggiungimento della temperatura nominale. "Sappiamo che nessun’altra tecnologia ci permetterebbe di raggiungere questo livello di trasparenza dell’impianto in modo altrettanto efficiente e compatto", aggiunge l’esperto d’automazione.

Nelle operazioni di frantumazione, il materiale caricato è in continua fluttuazione, con una composizione che cambia costantemente. Ciò significa che in qualsiasi momento il carico su uno dei singoli sistemi può variare. Ad esempio, se del materiale di grosse dimensioni viene aggiunto nel primo frantoio, il prodotto finale risulterà ancora di grosse dimensioni. Le macchine che classificano e scartano gli stock di grosse dimensioni dopo la frantumazione sopportano un carico maggiore, quelle che trattano il materiale più fine sono esposte ad un carico inferiore. In ogni caso, se il carico varia si verifica un cambiamento anche nel livello di carico delle macchine a valle. Questo rende il controllo del carico una funzione di cruciale importanza. Il controllore valuta quale componente stia causando un intasamento analizzando in modo continuo il carico delle singole macchine e dirige l’energia dell’intero processo a quell’unità. Dopo alcuni minuti un altro componente potrebbe raggiungere i limiti di carico all’interno del processo di frantumazione. In quel caso il sistema è tarato sulla capacità del fattore di carico ottimale. Quindi, il sistema assicura che le operazioni di frantumazione operino sempre ad un livello ottimale nonostante le condizioni varino.

Grazie a funzionalità quali operatività in funzione del carico, diagnostica e monitoraggio, e a un’interazione intuitiva, nel processo di frantumazione è ora possibile ridurre gli eventi di fermo e aumentare in modo significativo la produttività dell’impianto.