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Geringere Schirmströme durch SymFlex®

Neue Glaswerke Großbreitenbach

Neue Glaswerke Großbreitenbach GmbH & Co. KG

Das symmetrische Motorkabel SymFlex® im Einsatz bei den Neuen Glaswerken Großbreitenbach

Mit zunehmendem Einsatz hochfrequenter Leistungselektronik, wie beispielsweise Frequenzumrichtern, steigt das Phänomen einer scheinbaren elektromagnetischen Unverträglichkeit von Automatisierungskomponenten. Das macht sich z.B. dahingehend bemerkbar, dass plötzlich bis eben noch einwandfrei funktionierende Systeme und Anzeigen plötzlich „verrückt“ spielen. Diese Erfahrung machte auch Jörg Bayer von den Neuen Glaswerken Großbreitenbach, als es in seiner Kaltwasseranlage zu unerklärlichen Anzeigefehlern kam. Um dem entgegenzuwirken, griff er auf das symmetrische Motorkabel SymFlex® EMV-DRIVE von Indu-Sol zurück.

Neue Glaswerke gehören zur Wiegand-Glas Gruppe

Die Neuen Glaswerke Großbreitenbach gehören zur Wiegand-Glas Gruppe. Im 24-Stunden Betrieb werden hier Glasflaschen in jeglichen Formen und Farben produziert.

Die Neuen Glaswerke Großbreitenbach gehören neben den Werken Steinbach am Wald und Schleusingen zur Gruppe der Bayerischen Flaschen-Glashüttenwerke Wiegand & Söhne GmbH & Co. KG. In dem Familienunternehmen, dessen Geschichte vor mehr als 400 Jahren begann, sind insgesamt 1.100 Mitarbeiter beschäftigt, die im Schichtbetrieb und mit modernster Technologie täglich ca. 5 Millionen Glasbehälter produzieren. Seit der Übernahme der VEB Glaswerke Großbreitenbach im Jahre 1990 wird hier automatisiert, da die immer komplexer werdenden Prozesse nur vom Personal allein gar nicht mehr abgedeckt werden können.

Dabei lässt sich generell feststellen: In den letzten Jahren hat die Automatisierung weltweit zugenommen, die Anlagen selbst werden immer komplexer und dieser Trend wird sich in der Zukunft weiter fortsetzen. Neben den Vorteilen, die das Ganze unbestritten mit sich bringt, lassen sich jedoch auch nicht die Probleme, welche mit dem verstärkten Einsatz von Automatisierungstechnologien einhergehen, von der Hand weisen. Einerseits werden immer mehr Anlagen gebaut, andererseits wird die Leistungselektronik in den Anlagen selbst immer umfangreicher und sensibler. Als Folge davon kommt es auch in der Buskommunikation immer wieder zu Störungen, deren Ursachen jedoch nicht im Bus selbst, sondern in der feldbusnahen Umgebung zu finden sind – die so genannte elektromagnetische Unverträglichkeit macht sich bemerkbar. Bei Leitungen, in denen hochfrequente Ströme fließen, kommt es dazu, dass in den dazugehörigen PE-Leiter durch eine induktive und kapazitive Einkopplung Ströme entstehen, die über den Potentialausgleich zurückfließen. Diese nutzen nicht selten den Schirm des Buskabels als Rückstrompfad, anstatt über den vorgesehenen Potentialausgleich zu fließen. Dieser Umstand führt, nachgewiesenermaßen, zu Kommunikationsstörungen in der Datenleitung und an den angeschlossenen Geräten.

Mitarbeiter Jörg Bayer, Steuer- und Regelungstechnik Jörg Bayer kümmert sich bei den Neuen Glaswerken Großbreitenbach um die komplette Steuer- und Regelungstechnik

Das erlebte auch Jörg Bayer. Er ist Abteilungsleiter für den Bereich der Steuer- und Regelungstechnik in den Neuen Glaswerken Großbreitenbach. Er erinnert sich an folgendes: „An unserer Kaltwasseranlage sind verschiedenste Pumpen in unterschiedlichen Größen angeschlossen, die alle geregelt werden müssen. Dementsprechend sind auch Frequenzumrichter in den verschiedenen Größen vorhanden, die alle auf das Netz pulsen. In der Vergangenheit hatten wir dort normal geschirmte Kabel eingesetzt, bis wir festgestellt haben, dass all unsere Anzeigen zur Darstellung von Drehzahl, Druck, Temperatur, Füllständen usw. plötzlich ihren Anzeigenwert verloren haben, wenn Pumpen zugeschaltet wurden. Waren die Pumpen ausgeschaltet, normalisierten sich die Anzeigen wieder. Schließlich haben wir versucht, den Fehler zu lokalisieren.“

Bereits seit Längerem bestand Kontakt zur Indu-Sol GmbH. Mit den Feldbusspezialisten aus Schmölln nahm man schon gemeinsame Messungen im Profibus vor. Durch regelmäßigen Kontakt erfuhr Jörg Bayer von dem symmetrischen Motorkabel SymFlex® EMV-DRIVE, welches Indu-Sol für solche Fälle empfiehlt.

Die hohen Ströme, die Jörg Bayer zu der Zeit im Netz gemessen hatte und welche die Ursache für die Anzeigefehler bildeten, sollten damit beseitigt werden. Dass Schirmströme in Automatisierungssystemen auftreten können, ist keine neue Erkenntnis, jedoch wird diesen in den meisten Fällen keinerlei Beachtung geschenkt. Laut DIN VDE 0100-540 sowie DIN EN 61140 dürfen Schutzleiterströme (PE) dauerhaft geschlossener Betriebsmittel bei einem Bemessungsstrom der Verbrauchsmittel von über 20 A maximal 10 mA erreichen. Praxismessungen zeigen aber, dass PE-Ströme von bis zu 10 Prozent des Phasenstroms keine Seltenheit sind – eine gefährliche Angelegenheit für Maschine bzw. Anlage und Buskommunikation. Deswegen sollten diese Ströme bereits in ihrer Entstehung minimiert oder gar vermieden werden.

In herkömmlichen Motorleitungen läuft der Schutzleiter parallel zu den Phasen L1, L2 und L3. Alternativ dazu ist in symmetrischen Motorleitungen, wie dem SymFlex® EMV-DRIVE von Indu-Sol, der PE in drei Leitungen aufgeteilt. Die kapazitive und induktive Einkopplung verteilt sich damit auf drei Leitungen, deren Phasen um jeweils 120° zueinander verschoben sind. Dadurch heben sich die eingekoppelten Ströme gegenseitig nahezu um mehr als 80 Prozent auf. Die geringe Betriebskapazität/-induktivität des Kabelaufbaus, umschlossen mit einer Kombination aus Geflecht- und Folienschim garantieren minimalste elektromagnetische Emissionen in benachbarte Elektronik-Stromkreise.

Die Pumpen im Kaltwasserbereich mit angeschlossenem symmetrischen Motorkabel SymFlex®. Der Anschluss und die Pumpe sind über einen Steckkontakt so geführt, dass die PE-Leiter eine durchgängige Verbindung bis hin ins Motorklemmbrett haben. Die Pumpen im Kaltwasserbereich mit angeschlossenem symmetrischen Motorkabel SymFlex®. Der Anschluss und die Pumpe sind über einen Steckkontakt so geführt, dass die PE-Leiter eine durchgängige Verbindung bis hin ins Motorklemmbrett haben.

In Großbreitenbach entschied man sich schließlich dazu, das Kabel in der Anlage mit den Problemfällen einzusetzen. „Wir wollten probieren, ob das mit der Dreifach-Schirmung wirklich etwas bringt. Und tatsächlich, nach dem Einbau des SymFlex® war das Problem weg. Auch danach blieb alles in Ordnung, d.h. die Anzeigen fielen nicht mehr aus und zeigten die aktuellen Werte. Ebenso haben wir im Netz auch keine Fehlspannung mehr in den Größen gemessen“, so Jörg Bayer. Das Hauptproblem in der Wasseranlage konnte damit beseitigt werden, es wurden etliche Meter vom SymFlex® verbaut, unter anderem auch in den Kühltürmen. Mittels Wasseranlage werden viele Anlagenteile gekühlt, die sich auch in sehr sensiblen Bereichen, wie zum Beispiel der Schmelzwanne, befinden. Dabei wird kaltes Wasser mittels geregelter Pumpen zu den Verbrauchern gefördert und danach in einem sogenannten Kaltwasserbecken aufgefangen. Die dabei aufgenommene thermische Energie wird über die Kühltürme wieder abgegeben und das gekühlte Wasser dem Kaltwassersystem wieder zugeführt. Die Kühltürme sind mit großen Ventilatoren ausgestattet, die über Frequenzumrichter geregelt werden können, welche letztendlich die Entstehung der Schirmströme begünstigen.Um dem entgegenzuwirken, wurde letztendlich auch hier der Einsatz des symmetrischen Motorkabels SymFlex® gefordert.

Neben der reinen Funktion spielt bei der Glasherstellung natürlich auch die Sicherheit eine große Rolle. Unfälle in diesem Umfeld können lebensgefährlich enden. Der Abteilungsleiter gibt zu verstehen: „In der Schmelzwanne, wo sich das flüssige Glas befindet, herrschen Temperaturen von 1.600°C. Wenn da etwas passiert, sollte man sich nicht in der Nähe befinden. Und die ganze Anlage läuft zehn Jahre ununterbrochen, das heißt 24 Stunden an 365 Tagen im Jahr. Nur einmal ca. alle zehn Jahre wird sie abgeschaltet, komplett abgerissen und wieder neu aufgebaut.“

Die Seite der Frequenzumrichter, wo das Motorkabel wieder eingeführt wird und die erste Verbindung mit dem Potentialausgleich bekommt Die Seite der Frequenzumrichter, wo das Motorkabel wieder eingeführt wird und die erste Verbindung mit dem Potentialausgleich bekommt
Anlagenbilder: Federkopfzone, Schere und Tropfenverteiler, Maschinenband

Um während der langen Betriebslaufzeit einem außerplanmäßigen Stillstand durch Störungen in der Datenkommunikation vorzubeugen, wird schon seit längerem der PROFIBUS-INspektor® der Indu-Sol GmbH genutzt. Dieser wurde von den Thüringer Spezialisten als eine einfach zu handhabende Lösung zur sowohl temporären als auch dauerhaften Überwachung des logischen Datenverkehrs entwickelt. Bei sporadischen Ausfällen der Anlage hilft der INspektor® Fehler in der Buskommunikation zu finden. Das können unter anderem Fehlertelegramme, Telegrammwiederholungen, Modulausfälle oder eine Veränderung der Zykluszeiten sein. Beim dauerhaften Einsatz gibt der INspektor® eine „Warnung vor dem Ausfall“ ab. Sobald eine anhaltende Verschlechterung der Kommunikationsqualität festgestellt wird, wird der Anlagenbetreiber rechtzeitig visuell oder akustisch, z.B. über eine Hupe mittels  potentialfreiem Kontakt, alarmiert.

 

 

 

 

Oben: Feederkopfzone, hier kommt das fertige Glas heraus
Mitte: Schere und Tropfenverteiler, die Glastropfen werden auf die einzelnen Stationen verteilt
Unten: Die Fertigseite, durch Druckluft und Vakuum entsteht das fertige Produkt. Auf dem Maschinenband wird es weitergefördert

In Großbreitenbach kommen bisher zwei INspektoren® zum Einsatz: „Einer davon ist permanent eingebaut in der Wasseranlage. Den anderen nutze ich mobil. Zurzeit befindet er sich hier im Schaltschrank, da wir einen PB-Strang haben, der durch die 20 kV-Schaltanlage läuft. Die SPAs, die den Modbus umsetzen, haben plötzlich im Millisekundenbereich einen Aussetzer gehabt. Weil wir anfänglich nichts erkennen konnten, haben wir den INspektor® eingebaut. Gleichzeitig habe ich noch Anfang und Ende des Stranges mit einem aktiven Busabschluss versehen, was davor nur auf einer Seite so war. Dementsprechend wurde das Mastergerät als einfacher Teilnehmer im System gelassen. Seitdem ist es deutlich ruhiger geworden und der INspektor® hat auch noch keinen Fehler gefunden“, so Jörg Bayer.

In nächster Zeit ist für den Bereich der Überwachung im Leitsystem ein Umstieg auf das modulare INBLOX®-System der Indu-Sol GmbH denkbar. Hierbei handelt es sich um ein Bausteinsystem, welches die Repeaterfunktion und die permanente Profibus-Analyse miteinander vereint und dabei durch die Aneinanderreihung der Module bis zu 25 galvanisch voneinander getrennte Segmente entstehen lässt. Neben der Dauerüberwachung wird in Großbreitenbach auch den zuvor beschrieben Auswirkungen der elektromagnetischen Einflüsse weiterhin Aufmerksamkeit geschenkt. So ist in den Neuen Glaswerken die Überarbeitung der zweiten, redundanten Kaltwasseranlage geplant. Diese befindet sich momentan noch im alten Zustand, d.h. darin sind normal geschirmte Kabel verbaut. Doch das offene System ist sehr empfindlich und zukünftig sollen hier weitere Wärmetauscher sowie Pumpen installiert werden, was auch wieder mehr Leistungselektronik bedeutet. Somit wären die geschirmten Kabel der SymFlex®-Reihe optimal.

PB-INspektor® überwacht die Datenkommunikation

Der mobile, zu Testzwecken eingesetzte PB-INspektor® überwacht die Datenkommunikation und gibt Warnmeldungen bei Fehlererkennung

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  • Christian Wiesel

    Christian Wiesel

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