Last ned dokumentet () av 20
Send e-post
Last ned
Du har overskredet nedlastingsgrensen
Location: Iffezheim, Germany
Challenge: Upgrade the entire electrical system of a crushing plant.
Solution: XP500 touch panel, XC202 and XC152 compact controllers, Galileo visualisation software, DE1 variable speed starter, DA1 variable frequency drive, PKE motor-protective circuit breaker, SmartWire-DT.
Results: Detailed data from each drive allows the system to adapt to the load in real time and supports preventive maintenance and targeted fault diagnostics, thereby contributing to increased productivity.
Utfordringen var å skape en løsning med et overkommelig budsjett, som ga operatøren muligheten til å få en detaljert oversikt over installasjonen, og som gjorde det mulig å justere operasjonene basert på utnyttelse.
Challenge
In the past, the operation of the crushing plant was based on conventional contactor technology. A PLC was never used. In the course of a comprehensive upgrade of the facility, the plant operator decided to implement a state-of-the-art automation and drive concept that would also increase productivity. It hired Baden-Baden based Weingärtner GmbH (Weingärtner) for the project, which specialises in electrical installations, panel building and automation and drive technology.
“We were faced with the challenge of creating a cost-effective solution that would enable the plant operator to get a detailed overview of the installation, and to adjust operations based on actual utilisation,” explains Philipp Fels, the Weingärtner manager responsible for this project. “In addition, there were significant time constraints, since we only had about four weeks during the annual winter repairs to completely refurbish the electrical system.” This meant that the control room and the control panels had to be pre-installed and delivered inside a container. As a solution partner in Eaton’s EMEA-wide network of application specialists, Weingärtner was familiar with the capabilities and strengths of the intelligent SmartWire-DT connection and communication system. Given the conditions on the ground, the Baden-Baden-based company decided to tackle the project using Eaton technology.
Solution
The Weingärtner-designed control centre for the system is based on the XP500 touch panel, a user-friendly HMI with capacitive multi-touch technology that is not only thin and ventilation-free, but also comes with a small footprint. The 21.5 inch version of the XP500 handles the visualisation of the system’s higher-level processes. A network of XC202 PLCs, which Weingärtner programmed using Codesys 3.5, is used to manage the processes. According to Fels, implementing the complete visualisation of the facility was extremely fast and easy, thanks to the latest version of the Eaton software.
Weingärtner devoted special attention to the drive technology in the crushing operation, which has a significant impact on the overall efficiency and productivity of the plant. Eaton’s Power XL DE1 variable frequency drives control the conveyor and metering belt motors. They are easy to operate and are as reliable as a motor starter, whilst at the same time offering variable speed control. This makes them ideal for applications that don’t need extensive functionalities, but do require variable speed. For more demanding applications, such as screening machines, water pumps, sand screws and screw conveyors, the DA1 variable frequency drives are used, which offer both a high degree of modularity and advanced motor control capabilities.
In addition, the facility was also equipped with around 70 PKE motor-protective circuit breakers with electronic overload protection, which enable safe and reliable DOL starting. The intelligent SmartWire-DT connection system facilitates fast and effective wiring of all important components, without any need for control wiring, remote I/O levels or complicated addressing. Fels estimates that “compared to conventional control panel wiring, we were able to achieve time savings of around 30 %.” Moreover, if used together with the PKE motor-starter combinations, SmartWire-DT offers another decisive advantage: All switching states and status reports, which previously required the time-consuming installation of additional devices, can be transmitted directly to the controller. This includes information on the switching position of the contactor and the motor-protective circuit breaker, the selected rated current and degree of inertia, as well as the motor current and the thermal motor load. In addition, diagnostic functions for overcurrents, short circuits, overloads and phase failure are also available.
Results
This enables the crushing plant to monitor, evaluate and analyse the loads on the motors in real time, without any additional equipment. If a motor-protective circuit breaker trips, for example, the staff will immediately be notified that it has tripped due to an overload. Instead of taking the risk of turning the system back on, this enables operators to check whether any material is jammed on the conveyor belt. The monitoring function also enables predictive maintenance, since gradual current increases over time may indicate wear on the protective switch. It may thus be possible to prevent the breaker from tripping, thereby also preventing the failure of the affected drive.
“Every drive at the Iffezheim plant is now monitored by SmartWire-DT, which gives us valuable information about real-time utilisation based on the thermal motor model,” says Fels. For example, the new system enables the plant to start with smaller production quantities as it is warming up, and to switch to full capacity only once it has reached its normal operating temperature. “I am not aware of any other technology that provides this level of transparency in such an efficient and compact manner," emphasises Fels.
The feedstock in crushing plants consists of naturally fluctuating raw material with a composition that is constantly changing. Therefore, the exact load on the system will also be in constant flux. For example, if coarser material is fed into the first crusher, the end product will also be significantly coarser. The machines downstream of the crusher, which classify and discharge the coarse components, will thus be subject to greater loads, while the machines that handle the finer particles will be less affected. However, should the feedstock change, this will also change the load on the downstream machines. This system therefore needs to be able to adapt to the load in real time. By continuously analysing the load on each machine, the control system identifies if a bottleneck is present and then adjusts the output of the entire facility accordingly. Yet within minutes, the bottleneck may shift to another component of the facility, in which case the system will readjust the output in line with the optimum load capacity of that component. Despite the load fluctuations, the new control system thus ensures that the crushing plant is always running at its optimum operating point.
Thanks to the enhanced functionality of the new system, including load-adaptive control, the intuitive operating concept and integrated diagnostics and monitoring, the crushing plant was able to reduce unplanned downtime, which has also resulted in a significant increase in productivity.
Bakgrunn
I Iffezheim har sand og grus blitt utvunnet ved mudring i innsjøen i over 100 år med flytende grabber og bruk av våtkapping. Viktige kunder inkluderer kunder innenfor ferdigstøpt betong, ferdigbetong og asfalt. Grusen som graves ut, rengjøres i flere trinn og sorteres etter størrelse. De større bitene går deretter til et ferdigbehandlingstrinn – knusing.
Konknusere knuser opptil 160 tonn råmateriale per time i flere trinn. Utstyret sorterer deretter materialet etter størrelse i flere siktemaskiner, og til slutt vaskes det. Resultatet er 1/3, 2/5, 5/8 og 8/11 grus og 0/2 knust sand av høy kvalitet, som lagres i siloer. Disse materialene brukes hovedsakelig i asfalt og spesielle bruksområder for spon.
Utfordring
Steinknusing var tidligere basert på tradisjonell kontaktorteknologi. En SPC ble aldri brukt. Operatøren valgte å gjøre automasjons- og fremdriftsteknikken topp moderne og å øke anleggets produktivitet med omfattende modernisering. De engasjerte Weingärtner GmbH (Weingärtner) fra Baden-Baden i prosjektet, en spesialist innenfor flere områder, blant annet elektriske installasjoner, instrumenttavlebygging, automasjons- og frekvensomformerteknologi.
«Utfordringen var å skape en løsning med et overkommelig budsjett som ga operatøren muligheten til å ha en detaljert oversikt over installasjonen og som gjorde det mulig å justere operasjonene basert på utnyttelse», forklarer Philipp Fels, som har lederansvaret for dette prosjektet i Weingärtner. «I tillegg var tidsbegrensningene vesentlige, siden prosjektet bare ga oss ca. fire uker i løpet av under vinterreparasjonene til å gi det elektriske systemet en full overhaling.» Dette betydde at kontrollrommet og kontrollskapene måtte være ferdiginstallert i en container og leveres sammen med det. Som en løsningspartner i Eatons EMEA-nettverk av spesialister, kjenner Weingärtner funksjonene og styrkene til SmartWire-DT-systemet for smart tilkobling og kommunikasjon. På bakgrunn av vilkårene besluttet Baden-Baden-driften å bruke teknologi fra Eaton i prosjektet.
Løsning
Systemets kontrollsenter, designet av Weingärtner, var berøringspanelet XP500 Touch Panel, en brukervennlig HMI-løsning med kapasitiv multi-touch-teknologi, som kjennetegnes av tynn, ventilasjonsfri design og lavt plassbehov. I 21,5-tommers versjonen representerer XP500 prosessene på høyere nivå i systemet. Et nettverk av kontroller (XC202), som Weingärtner har programmert med Codesys 3.5, brukes til å håndtere prosessene. Ifølge Fels kan en fullstendig visualisering av anlegget implementeres veldig raskt og enkelt med programvare fra Eaton, takket være den nye versjon 10.
Det ble viet spesiell oppmerksomhet til drivteknologien i knuseoperasjonene, siden det har en stor effekt på driftens effektivitet og produktivitet. Eatons Power XL DE1 hastighetskontroller kontrollerer transport- og fordelingsbeltemotorene. De er også enkle å kontrollere, og er like pålitelige som en startmotor, samtidig som de har hastighetskontroll som en frekvensomformer. Dette er en ideell løsning for bruksområder som bare krever begrenset funksjon, men variabel hastighet. Frekvensomformeren DA1, kjent for god motorstyring og modularitet, brukes i mer krevende bruksområder, som i siktemaskiner, flomvannpumper, sandskruer og skruematere for dosering.
I tillegg har anlegget ca. 70 PKE motorvernbrytere med elektronisk overlastvern for stort område, noe som gir pålitelig og sikker direkte start av drivenheten. Med SmartWire-DT-systemet for smart tilkobling kan alle viktige komponenter raskt og enkelt kobles, uten behov for kontrolledninger, desentralisert I/O-nivå og tungvint adressering. «Sammenlignet med tradisjonell teknologi sparte vi omtrent 30 % av tiden det tar å legge kabler i designen av kontrollskapene», sier Fels. Så sammen med PKE-baserte startmotorkombinasjoner, gir SmartWire-DT en annen klar fordel: Alle bryterstatuser og statusrapporter, som tidligere krevde komplekse installasjoner av tilleggsutstyr, kan sendes direkte til kontrolleren. Dette inkluderer informasjon om kontaktorens og motorvernbryterens bryterposisjon, angitt nominell strøm og grad av treghet, motorstrøm og termisk motorutnyttelse. Diagnosefunksjoner for overstrøm, kortslutning, overbelastning og fasefeil er også tilgjengelig.
Resultater
I knusing gjør disse funksjonene det mulig å måle, evaluere og analysere motorlasten enkelt og uten ekstra kostnader. Hvis en motorvernbryter utløses, informeres personalet umiddelbart om utløsingen og årsaken, eksempelvis overbelastning. I stedet for å prøve en direkte omstart med full risiko, kan den ansvarlige medarbeideren undersøke om materiale sitter fast på transportbåndet. I tillegg kan vedlikehold planlegges på forhånd hvis økende strømverdier indikerer at motorvernbryteren er slitt. Dette forhindrer at sikringsbrytere utløses og eliminerer frekvensomformersvikt.
«Alle frekvensomformere i Iffezheim overvåkes nå av SmartWire-DT, så vi har verdifull informasjon om lastfaktorer fra det termiske motorbildet», sier Fels. Systemet muliggjør for eksempel forsiktig oppstart av anlegget, med lav produksjonsmengde i kald tilstand, og oppstart ved full last bare når driftstemperaturen nås. «Vi kjenner ikke til annen teknologi som gjør det mulig å oppnå en slik grad av gjennomsiktighet i et anlegg på en så effektiv og kompakt måte», legger automasjonseksperten til.
I knusing er materialet som kommer inn, et råmateriale med konstant varierende sammensetning. Dette betyr at lasten på de individuelle systemene vil hele tiden variere. Hvis råmateriale som er vesentlig grovere, tilføres den første knuseren, vil for eksempel sluttproduktet bli betydelig grovere også. Maskinene som klassifiserer og forkaster det grovere råmaterialet etter knusing, fylles og lastes tyngre, mens maskiner for finere råmateriale belastes mindre. Hvis råmaterialet varierer, akkompagneres det av en endring av lastfaktoren til maskinene nedstrøms. Dette gjør det veldig viktig med lastavhengig kontroll. Kontrolleren bestemmer hvilken komponent som forårsaker en flaskehals, ved å kontinuerlig analysere den individuelle maskinlasten og deretter rette kraften i hele operasjonen til den aktuelle enheten. Noen minutter senere kan det være en annen komponent som når lastgrensene i knuseoperasjonen. Systemet justeres da basert på optimal lastfaktorkapasitet. På denne måten sikrer det nye kontrollsystemet at knuseoperasjonen alltid fungerer optimalt, til tross for varierende driftsforhold.
Takket være funksjoner som lastbetinget drift, integrert diagnostikk, overvåking og konseptet for intuitiv betjening, har knusedriften kunne redusere uventede driftsstans og styrke produktiviteten ved anlegget vesentlig.
