Ein Steinbruchbetrieb gestaltet seine Wägetechnik neu und schafft damit ein komplett offenes System
Im Raum Heilbronn wird durch Steinbruchbetriebe an vier verschiedenen Standorten hauptsächlich Muschelkalkgestein abgebaut. Im Werk Ilsfeld wurde eine alte Bandwaage wieder zum Leben erweckt. Aufgabe war die Anbindung der Waage an eine bestehende Systemsteuerung. Der eingesetzte Messumformer ermöglicht offene und flexibel gestaltbare Verwiegungsprozesse.
Im Jahr 2000 entstanden durch die Fusion mehrerer Gesellschaften die BMK Steinbruchbetriebe. Zum Hauptaufgabengebiet gehört der Abbau von Muschelkalkgestein, welches vorwiegend zu Gesteinsmehlen, Sanden, Splitten und Schotter aufbereitet wird. Die verschiedenen Körnungen und Gemische finden sowohl im Tief- und Straßenbau als auch bei der Herstellung von Beton und Asphalt Verwendung. Allein im BMK-Standort Ilsfeld werden täglich rund 1.500 Tonnen des Gesteins abgetragen und weiterverarbeitet. Das Muschelkalkgestein liegt dabei meistens unter massiven Erdschichten, welche zunächst abgetragen werden müssen. Die danach 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 Millimeter sein.
Abb. 1:
Die bereits bestehende, jedoch ruhende Bandwaage sollte
im Steinbruch der BMK wieder in Betrieb genommen werden
Der Aufbau einer Bandwaage
Die Förderleistung von Bandwaagen kann in einem Bereich von einer bis 12.000 Tonnen pro Stunde liegen. Der Einsatz von Bandwaagen ist vielfältig: Nicht nur für den Stein- und Kohleabbau, auch in vielen anderen Branchen, wie beispielsweise 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 unter einer Rollenstation des Bandes 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.
Der Geschwindigkeitssensor, auf dem Untergurt aufliegend oder alternativ auf der Achse einer Umlenkrolle montiert, sendet ein Signal in Form von 24-Volt-Gleichspannungsimpulsen an den Messumformer. Diese Impulse werden an Hand einer Konstanten 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 Tonnen pro Stunde bei einer Geschwindigkeit von 1,35 Metern pro Sekunde.
Die Aufgabe: Neues Leben für eine alte Bandwaage
Zur internen Qualitätskontrolle sollte im BMK-Werk Ilsfeld eine alte, jedoch zuletzt nicht mehr genutzte Bandwaage wieder zum Einsatz kommen (Abb. 1 und Abb. 2). Die technischen Daten der Wägezellen waren unbekannt. Ebenso die Daten des verbauten Geschwindigkeitssensors.
Mit der Wiederinbetriebnahme der Bandwaage sollten gleich mehrere Anforderungen erfüllt werden. An erster Stelle stand die Einbindung der Waage in das kundenseitig bereits bestehende SPS-System mittels Modbus TCP/IP. Hierdurch sollte die Erstellung einer eigenen, individuellen Visualisierung auf dem Operator-PC-System ermöglicht werden. Darüber hinaus 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 verwendet werden.
Abb. 2:
Im Steinbruchbetrieb der BMK am Standort Ilsfeld werden täglich 1.500 Tonnen Gestein gefördert.
Hauptsächlich wird Muschelkalkgestein abgebaut.
Die Lösung: Das Bandwaagenmodul
Für diese Aufgabe fiel die Auswahl auf das neue Siemens-Bandwaagenmodul Siwarex WP241 (Abb. 3). Der Einsatz dieses Messumformers setzte alle Kundenanforderungen reibungslos um. Auf Grund des offenen Konzepts der Siwarex-Wägeelektroniken konnten der Umbau und die Inbetriebnahme komplett vom Kunden selbst vorgenommen werden. Durch die einfache Hutschienenmontage war es möglich, den kompakten Messumformer (70 mm x 75 mm x 100 mm) direkt vor Ort in einem bereits vorhandenen Gehäuse zu verbauen.
Die Wägezellen der alten Bandwaage konnten problemlos angeschlossen werden. Sowohl die Modbus-TCP/IP-Schnittstelle als auch der Analogausgang sind bei Siwarex WP241 im Lieferumfang enthalten. Eine Modbus-RTU-Schnittstelle (RS485), drei digitale Ein- und vier digitale Ausgänge stehen zusätzlich für die weitere Kommunikation und Funktionen on-board zur Verfügung, sodass BMK für zukünftige Anpassungen oder Erweiterungen gerüstet ist.
Eine bereits vorhandene, zweiadrige Leitung, die beim alten System ein Signal mit vier bis 20 Milliampere in die Leitwarte übermittelte, offerierte zusätzliche Möglichkeiten:
Durch den Einsatz eines Ethernet-Extenders wurde mittels Signalmodulation – ähnlich wie bei einem DSL-Anschluss im Privatbereich – ein vollwertiges Ethernetnetzwerk über das zweiadrige Kupferkabel zur Verfügung gestellt. Mit dieser Technik können Ethernet-Netzwerke über Distanzen von bis zu drei Kilometern aufgebaut werden. 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 ist es beispielsweise für das Servicepersonal zukünftig möglich, über eine speziell eingerichtete, gesicherte VPN-Verbindung weltweit über das Internet mit den Bandwaagen zu kommunizieren. Fernwartung, Justage und Parametrierung kann somit von jedem Ort, standortübergreifend und zu jeder Zeit mittels der Servicesoftware Siwatool V7 erfolgen.
In dem komplett offenen System sind alle Waagenparameter frei zugänglich, sodass das kundeneigene Service- und Instandhaltungspersonal zukünftig 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 Einbindung mittels der Modbus-TCP/IP-Schnittstelle ist wirklich einfach und sehr komfortabel. Auch 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.“
Abb. 3:
Die Siwarex WP241 ist ein komplett offenes System, das einen bequemen Zugriff
für das Service- und Instandhaltungspersonal für Installation und Wartung ermöglicht.
Beschreibung der 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.
SIEMENS Bandwaage im Steinbruchbetrieb
Flexibles Wägesystem bringt Steine ins Rollen
Ein Steinbruchbetrieb gestaltet seine Wägetechnik neu und schafft damit ein komplett offenes System
Im Raum Heilbronn wird durch Steinbruchbetriebe an vier verschiedenen Standorten hauptsächlich Muschelkalkgestein abgebaut. Im Werk Ilsfeld wurde eine alte Bandwaage wieder zum Leben erweckt. Aufgabe war die Anbindung der Waage an eine bestehende Systemsteuerung. Der eingesetzte Messumformer ermöglicht offene und flexibel gestaltbare Verwiegungsprozesse.
Im Jahr 2000 entstanden durch die Fusion mehrerer Gesellschaften die BMK Steinbruchbetriebe. Zum Hauptaufgabengebiet gehört der Abbau von Muschelkalkgestein, welches vorwiegend zu Gesteinsmehlen, Sanden, Splitten und Schotter aufbereitet wird. Die verschiedenen Körnungen und Gemische finden sowohl im Tief- und Straßenbau als auch bei der Herstellung von Beton und Asphalt Verwendung. Allein im BMK-Standort Ilsfeld werden täglich rund 1.500 Tonnen des Gesteins abgetragen und weiterverarbeitet. Das Muschelkalkgestein liegt dabei meistens unter massiven Erdschichten, welche zunächst abgetragen werden müssen. Die danach 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 Millimeter sein.
Abb. 1:
Die bereits bestehende, jedoch ruhende Bandwaage sollte
im Steinbruch der BMK wieder in Betrieb genommen werden
Der Aufbau einer Bandwaage
Die Förderleistung von Bandwaagen kann in einem Bereich von einer bis 12.000 Tonnen pro Stunde liegen. Der Einsatz von Bandwaagen ist vielfältig: Nicht nur für den Stein- und Kohleabbau, auch in vielen anderen Branchen, wie beispielsweise 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 unter einer Rollenstation des Bandes 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.
Der Geschwindigkeitssensor, auf dem Untergurt aufliegend oder alternativ auf der Achse einer Umlenkrolle montiert, sendet ein Signal in Form von 24-Volt-Gleichspannungsimpulsen an den Messumformer. Diese Impulse werden an Hand einer Konstanten 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 Tonnen pro Stunde bei einer Geschwindigkeit von 1,35 Metern pro Sekunde.
Die Aufgabe: Neues Leben für eine alte Bandwaage
Zur internen Qualitätskontrolle sollte im BMK-Werk Ilsfeld eine alte, jedoch zuletzt nicht mehr genutzte Bandwaage wieder zum Einsatz kommen (Abb. 1 und Abb. 2). Die technischen Daten der Wägezellen waren unbekannt. Ebenso die Daten des verbauten Geschwindigkeitssensors.
Mit der Wiederinbetriebnahme der Bandwaage sollten gleich mehrere Anforderungen erfüllt werden. An erster Stelle stand die Einbindung der Waage in das kundenseitig bereits bestehende SPS-System mittels Modbus TCP/IP. Hierdurch sollte die Erstellung einer eigenen, individuellen Visualisierung auf dem Operator-PC-System ermöglicht werden. Darüber hinaus 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 verwendet werden.
Abb. 2:
Im Steinbruchbetrieb der BMK am Standort Ilsfeld werden täglich 1.500 Tonnen Gestein gefördert.
Hauptsächlich wird Muschelkalkgestein abgebaut.
Die Lösung: Das Bandwaagenmodul
Für diese Aufgabe fiel die Auswahl auf das neue Siemens-Bandwaagenmodul Siwarex WP241 (Abb. 3). Der Einsatz dieses Messumformers setzte alle Kundenanforderungen reibungslos um. Auf Grund des offenen Konzepts der Siwarex-Wägeelektroniken konnten der Umbau und die Inbetriebnahme komplett vom Kunden selbst vorgenommen werden. Durch die einfache Hutschienenmontage war es möglich, den kompakten Messumformer (70 mm x 75 mm x 100 mm) direkt vor Ort in einem bereits vorhandenen Gehäuse zu verbauen.
Die Wägezellen der alten Bandwaage konnten problemlos angeschlossen werden. Sowohl die Modbus-TCP/IP-Schnittstelle als auch der Analogausgang sind bei Siwarex WP241 im Lieferumfang enthalten. Eine Modbus-RTU-Schnittstelle (RS485), drei digitale Ein- und vier digitale Ausgänge stehen zusätzlich für die weitere Kommunikation und Funktionen on-board zur Verfügung, sodass BMK für zukünftige Anpassungen oder Erweiterungen gerüstet ist.
Eine bereits vorhandene, zweiadrige Leitung, die beim alten System ein Signal mit vier bis 20 Milliampere in die Leitwarte übermittelte, offerierte zusätzliche Möglichkeiten:
Durch den Einsatz eines Ethernet-Extenders wurde mittels Signalmodulation – ähnlich wie bei einem DSL-Anschluss im Privatbereich – ein vollwertiges Ethernetnetzwerk über das zweiadrige Kupferkabel zur Verfügung gestellt. Mit dieser Technik können Ethernet-Netzwerke über Distanzen von bis zu drei Kilometern aufgebaut werden. 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 ist es beispielsweise für das Servicepersonal zukünftig möglich, über eine speziell eingerichtete, gesicherte VPN-Verbindung weltweit über das Internet mit den Bandwaagen zu kommunizieren. Fernwartung, Justage und Parametrierung kann somit von jedem Ort, standortübergreifend und zu jeder Zeit mittels der Servicesoftware Siwatool V7 erfolgen.
In dem komplett offenen System sind alle Waagenparameter frei zugänglich, sodass das kundeneigene Service- und Instandhaltungspersonal zukünftig 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 Einbindung mittels der Modbus-TCP/IP-Schnittstelle ist wirklich einfach und sehr komfortabel. Auch 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.“
Abb. 3:
Die Siwarex WP241 ist ein komplett offenes System, das einen bequemen Zugriff
für das Service- und Instandhaltungspersonal für Installation und Wartung ermöglicht.
Beschreibung der 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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