Temperaturmessung. Prozessleittechnische Aufnahme und Visualisierung

Inhaltsverzeichnis

1 Planungsphase
1.1 Aufgabenstellung
1.2 Ziel des Projekts
1.3 Problemschilderung
1.4 Hintergrundinformationen
1.5 Problemlösung
1.6 Meine Aufgabe
1.7 verwendete Bauteile
1.8 verwendete Programme/Versionen
1.9 Zeitplan

2 Durchführung
2.1 Eingänge und Leisten festlegen
2.2 Erstellung der Wirkschaltpläne
2.3 Hardwaremontage
2.4 Simatic PCS 7 Programmierung
2.5 WinCC Visualisierung

3 eigene Stellungnahme
3.1 wurde das Ziel erreicht?
3.2 traten Probleme auf?
3.3 entsprach die Vorgehensweise der Planung?
3.4 wurde der Zeitplan eingehalten?

Abbildungsverzeichnis

(Alle Abbildungen dieser Arbeit sind eigene Abbildungen)

1 verwendeter Widerstandsfühler

3 verwendete Eingangskarten

4 Bildschirmausdruck Wirkschaltplanerstellung

5 innere Ansicht eines Gleichrichters

6 U-Profilschiene mit Übergabeleiste und Messumformer

7 Gestell mit den Übergabeleisten der Gleichrichter

8 Gestell mit den Übergabeleisten der PLS-Eingangskarten

9 Gestell mit den verwendeten Siemens Eingangskarten

10 Umstellung der Simatic-Manager Ansichten (hier Technologische Sicht)

11 Einfügen eines Funktionsplans (CFC)

12 Komponentensicht des Simatic-Managers

13 Anordnung der Hardware in der Komponentensicht

14 Übersicht der Hardwarekonfiguration mit Auswahl der gewünschten Eingangskarten

15 Fenster zum Bearbeiten der Eingangssymbole der Hardware

16 Einfügen des Analogtreibers in den Funktionsplan

17 Einfügen des MEAS_SC Bausteins in den Funktionsplan

18 Eigenschaftsfenster des MEAS_SC Bausteins (Lasche Allgemein)

19 aufgerufenes Meldungsprogrammierfenster in den Eigenschaften des MEAS_SC Bausteins

20 Eigenschaftsfenster des MEAS_SC Bausteins (Lasche Anschlüsse)

21 Programm übersetzen

22 Programm laden

23 Anlegen einer neuen Variable im WinCC Explorer unter Tag Logging

24 Bildauswahl über entsprechenden Server in der Komponentensicht

25 Übersicht des WinCC Explorers mit ausgewählter Lasche

26 Bausteinbibliothek

27 eingefügte Bildbausteine in das vorhandene Übersichtsbild

28 Fenster Optionen setzen zur Verbindung mit einer Variable

29 Variablenauswahl aus der Liste aller Variablen

30 Messstellenkennzeichnung übernehmen via Tooltiptext

31 Fertigmeldung der Variablenkonfiguration

32 Berechtigung der Alarmverstellung zuweisen

33 Verknüpfen der Istwertanzeige im Kurvenkopf mit der zugehörigen Variable

34 Variablenauswahl aus der Liste aller Variablen

35 Kurve im Kurvenbereich anlegen und ebenfalls mit der zugehörigen Variable verbinden

36 Einstellen der Skalierung sowie Beschriftung der Wertachsen

37 Zuweisung des Kurvenaufrufs im MEAS_SC Baustein

38 Übersetzen des Servers

39 Laden des Servers

1 Planungsphase

1.1 Aufgabenstellung

In den Gleichrichterschränken der Teilanlage 1000 sollen Temperaturüberwachungen realisiert werden. Die Temperaturen sollen mittels Widerstandsthermometer und Messumformer, welche die Übertragung auf eine Eingangsbaugruppe ermöglichen, aufgenommen werden. Mit Hilfe einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) soll der erfasste Wert in einem Prozessleitsystem (Siemens PCS 7) registriert werden. Um die Messungen beobachten und analysieren zu können, sollen diese in dem vorhandenen WinCC-Bild der Gleichrichter visuell dargestellt werden. Damit das Bedien- und Beobachtungspersonal bei einer festgelegten Temperaturüberschreitung alarmiert wird, muss seitens Prozessvisualisierung ein Alarm programmiert werden. Um die Temperatur über einen Zeitraum verfolgen zu können, wird zu jeder Messung noch eine Kurve zur Registrierung visualisiert.

1.2 Ziel des Projekts

Das Ziel des Projektes ist in erster Linie eine Beobachtung der Innentemperatur der Gleichrichterschränke. Durch die Registrierung der Werte kann man nachvollziehen, zu welchen besonderen Gegebenheiten es zu einer überhöhten Temperatur kam. Da seitens Elektromontage, zusätzlich zur Klimaanlage, auf die einzelnen Gleichrichterschränke Abluftventilatoren montiert wurden, soll nun, je nach Fahrweise der Gleichrichter oder Umgebungstemperaturen von außen (Sonneneinstrahlung auf die Außenwände des Schaltraums), verfolgt werden wie sich die Temperaturen entwickeln und ob diese sich durch die Ventilatoren verringern.

1.3 Problemschilderung

In unserem Schaltraum F gibt es einen Mess- und Regelteil für Steuerspannungen sowie einen Gleichrichter- und Elektroteil. Da bei der Planung dieses Schaltraumes vor 10 Jahren keine geeignete Klimatisierung berücksichtigt wurde, kommt es durch die Wärmeabstrahlung der Elektrokomponenten, insbesondere der Gleichrichterschränke zu erhöhten Temperaturen, welche durch Außeneinstrahlung bei heißen Tagen so hoch ansteigen, dass es zu einer Temperatur max. Abschaltung der Gleichrichter bei Überschreiten des oberen Grenzwerts kommt.

1.4 Hintergrundinformationen

Die Gleichrichterschränke, in welchen die Temperaturüberwachungen realisiert werden, befinden sich auf der 28m Bühne einer chemischen Industrieanlage. Es ist zwar eine Klimaanlage vorhanden, aber aufgrund schlechter Planung wurde diese beim Neubau der Anlage Anfang der 2000er Jahre zu klein dimensioniert. Es wurde nicht berücksichtigt, dass der Schaltraum von allen vier Seiten den Witterungsbedingungen (hauptsächliches Problem ist die Sonneneinstrahlung) ausgesetzt ist. Hinzu kommt noch, dass die Gleichrichterschränke welche für die Elektrolyseproduktion benötigt werden, Spannungen und Ströme bis zu 720V bzw. 300 A erzeugen. Durch die Anzahl von 36 Gleichrichtern in dem Schaltraum, entsteht einfach eine zu enorme Temperatureigenentwicklung. Da es baulich fast nicht möglich ist eine größere Klimaanlage zu errichten, ist nun die Montage der Abluftventilatoren auf die Gleichrichterschränke der letzte Versuch die Temperaturen unter den Abschaltgrenzen der Gleichrichter zu halten.

1.5 Problemlösung

Nach mehreren Überlegungen zwischen PLT-Handwerker, PLT-Meister sowie Betriebsmeisterei, kam man auf die Idee, Lüfter auf die Gleichrichterschränke zu montieren, welche die warme Luft nach oben wegsaugen.

Um die Temperaturänderung in den einzelnen Gleichrichterschränken erkennen und nachvollziehen zu können, soll in jedem Gleichrichterschrank eine Temperaturmessung mit Alarmierung und Registrierung im Prozessleitsystem realisiert werden.

1.6 Meine Aufgabe

Hardware:

Temperaturmessungen planen (Wirkschaltpläne), Montieren der Widerstandsfühler in den Gleichrichterschränken, sowie die dazu gehörigen Rangierungen verdrahten.

Software:

Übertragung ins Prozessleitsystem realisieren, dies beinhaltet: Eingangsbaugruppen festlegen, Funktionspläne (CFC) programmieren, sowie WinCC Visualisierungen (Anzeige, Alarmierung und Registrierung) projektieren.

1.7 verwendete Bauteile

Als ich die Vorgehensweise meiner Aufgabe plante, musste ich im Vorfeld noch festlegen, welche Bauteile und Materialen benötigt werden, um die Aufgabe durchzuführen und umzusetzen.

1. Zum einen musste die Temperatur mittels Widerstandsfühler aufgenommen werden.

1 verwendeter Widerstandsfühler (eigene Abbildung)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die notwendigen Widerstandsfühler besorgte mir mein Meister über eine Firmeninterne Fachstelle für Temperaturen.

2. Um die mittels Widerstandsthermometer aufgenommene Temperatur auf eine PLS-Eingangsbaugruppe zu verdrahten, musste diese in ein elektrisch weiterverarbeitendes Signal umgewandelt werden. Dafür benötigte Ich Messsignalumformer. Diese besorgte mir ebenfalls mein Meister über eine Firmeninterne Fachstelle für Temperaturen.

Die genaue Bezeichnung für die verwendeten Messsignalumformer lautet:

- Phoenix Contact Mini MCR-RTD-UI-NC (Resistance thermometer measuring transducer)

3. Um das aufgenommene und umgewandelte Signal im Prozessleitsystem darzustellen, muss dieses auf eine Eingangsbaugruppe geführt werden.

Die benötigten PLS-Baugruppen der Firma Siemens waren in unseren Schalträumen schon vorhanden.

Benutzt bzw. benötigt habe ich folgende Elemente:

- Siemens Simatic ET 200 M / LINK Station mit CPU und Eingangsbaugruppe: Analogeingangsbaugruppe 8x12Bit

3 verwendete Eingangskarten (eigene Abbildung)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1.8 verwendete Programme/Versionen

Visualisierung:

WinCC Explorer Info: WinCC Runtime V7.0+SP2+Upd8

Programmierung:

Siemens Step7 S7/M7 Version V7.1+SP3+Upd1 Ausgabestand K7.1.31

1.9 Zeitplan

Folgend ist die Auflistung der Zeit, welche ich für das komplette Technikerprojekt, angefangen von der Planung der Aufgabe bis zur Fertigstellung der Dokumentation benötigt habe, unterteilt in die einzelnen Projektphasen.

1. Planungsphase: 4 Stunden

In einer Besprechung zwischen dem Betriebsmeister der Produktion, meinem Instandhaltungsmeister und mir, wurde die Vorgehensweise erläutert. Daraufhin schaute ich mir die örtlichen Begebenheiten an, um anschließend mit der Recherche zu beginnen, welche Bauteile und Komponenten ich benötigte bzw. welche schon vorhanden waren. Zum Abschluss der Planung erstellte ich einen Wirkschaltplan, in welchem der komplette Weg des Signals von Erfassung bis zum Eingang in das Prozessleitsystem dargestellt wird.

2. Durchführungsphase: 16 Stunden

Montage, Programmierung und Visualisierung

Die Durchführungsphase unterteilt sich in 2 Phasen, und zwar in die Umsetzung der Software und die Montage der Hardware, wobei jede einen ganzen Arbeitstag (ca. 8 Stunden) in Anspruch nahm:

Software:

Hierbei kam es zu Programmierung der Funktionspläne (CFC) sowie zur Projektierung der Visualisierung mittels Siemens Simatic S7 bzw. Siemens WinCC

Hardware:

Hierbei kam es zur Montage der Widerstandfühler und Messumformer in den Gleichrichterschränken, sowie zum verdrahten der Rangierverbindungen.

3. Dokumentation: 30 Stunden

Die längste Zeit nahm die Ausarbeitung der Dokumentation in Anspruch. Nachdem ich die Umsetzung aufgrund gewohnter Handgriffe recht zügig bewältigte, stellte ich mir zuerst die Frage, wie ich die geforderten ca.30 Seiten verfassen sollte. Ich bin dann die ganze Vorgehensweise der umgesetzten Aufgabe nochmal Schritt für Schritt durchgegangen und habe dazu Stichpunkte aufgeschrieben, sowie passende Bildschirmausdrucke zur besseren Veranschaulichung getätigt. Mit den Stichpunkten sowie den Bildschirmausdrucken habe ich die Dokumentation ausführlich verfasst.

Zuletzt musste ich mir noch die Ausfuhrgenehmigung meiner Dokumentation von der Betriebsleitung / Betriebsmeisterei unterschreiben lassen.

2 Durchführung

Unter dem Punkt Durchführung wird erläutert, wie ich mein Projekt umsetzte. Angefangen bei der hardwaremäßigen Planung bis hin zur Umsetzung der softwaremäßigen Programmier- und Projektierungsaufgaben.

2.1 Eingänge und Leisten festlegen

Nachdem ich die Örtlichkeit der anzubringenden Messung wusste, machte ich mich auf die Suche nach den nächstgelegenen Übertragungsleisten, mit welchen ich eine Verbindung zwischen Messumformer und Prozessleitsystem herstellen konnte. Da in den Gleichrichterschränken Übergangsleisten vorhanden waren, konnte ich mit Hilfe der Leistenpläne herausfinden, von welcher Leiste ich nun auf die PLS-Eingabebaugruppe komme.

2.2 Erstellung der Wirkschaltpläne

Da es sich um neue Messstellen handelt müssen auch neue Messstellenbezeichnungen, und zwar für jede Temperatur eine eigene, vergeben werden. Da ich die Wirkschaltpläne selbst erstellte benötigte ich diese vorab von unserem Techniker, da er für die Messstellenvergabe zuständig ist.

Nachdem ich die Messstellennummern hatte und wusste wie ich die Widerstandsthermometer und die Messumformer in den Gleichrichterschränken montiere, musste ich nun die erfassten und umgewandelten Werte ins Prozessleitsystem übertragen. Um einen genauen Verlaufsplan der Kabel und Leitungswege zu planen, musste Ich mir noch freie Rangierleisten sowie Eingangsleisten für die PLS-Baugruppe suchen. Um auf diese Leisten zu kommen musste ich aber zuerst eine Verbindung zwischen den Gleichrichterschränken und den oben genannten Leisten herstellen. Ich sah dann in den Schränken schon vormonierte und verdrahtete Leisten. Daraufhin nahm ich mir die Planungsunterlagen eines Gleichrichterschranks zur Hand und schaute wo die Verbindung dieser Leiste hinführt bzw. herkommt. Glücklicherweise war diese Leiste, eine mittels Stammkabel vorverdrahtete Übergabeleiste in den Mess- und Regelteil auf eine Rangierleiste. Jetzt benötigte ich noch die Verbindung von der Übergabeleiste auf eine Leiste mit welcher ich auf eine PLS-Eingangsbaugruppe komme. Dafür musste ich aber erst mal wissen auf welche Eingangsbaugruppe ich überhaupt gehe. Um dies zu wissen, suchte ich mir direkt am PLS-Baugruppen Gestell eine Eingangskarte mit freien Eingängen. Auf unserer Engineering Station haben wir eine eigens angelegte Excel-Liste mit den Belegungen der Eingangs- und Ausgangsbaugruppen, sowie deren Gegenleisten auf dem Rangiergestell. Somit konnte ich mir daraus die benötigte Leistenbezeichnung heraussuchen.

Nun konnte ich meine Wirkschaltpläne erstellen. Dies geschieht wieder via Excel. Auf unserer Engineering Station sind Excel-Dateien mit leeren Planvorlagen, welche dem Standardwirkschaltplan meiner Firma entspricht, hinterlegt. Wenn ich einen Leer-plan öffne, habe ich eine freie Excel-Fläche um den Verbindungsweg zwischen Leisten, PLS-Baugruppen und Messwertaufnehmer darzustellen. Die Fußzeile ist bereits vorgefertigt mit den Feldern „Revisionen, Datum, Bearbeiter, Planbezeichnung, Doku Name und Blatt“.

4 Bildschirmausdruck Wirkschaltplanerstellung (eigene Abbildung)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die fertig erstellten Wirkschaltpläne musste ich zum Abschluss der Anlagenänderung lediglich noch meinem Techniker zuschicken, damit dieser die Pläne in das Messstellenverzeichnis, sowie die Onlineplattform Prodok (Onlineplattform auf der alle unsere Pläne abgelegt sind) aufnehmen kann.

2.3 Hardwaremontage

Um die Temperatur genau im Zentrum des Gleichrichterschranks zu ermitteln, verwendete ich flexible Widerstandsfühler. Diese habe ich dann in vorhandene Kabelführungen gelegt und an die Messumformer-Karte, welche ich auf eine vorhandene U-Profilschiene auf jener auch die Übergabeleiste montiert ist, angeschlossen.

5 innere Ansicht eines Gleichrichters (eigene Abbildung)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

6 U-Profilschiene mit Übergabeleiste und Messumformer (eigene Abbildung)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Danach musste ich nur noch von der Übergabeleiste auf die PLS- Eingangsleiste die Rangierungen verdrahten.

Übertragung der Temperatur mittels Widerstandsthermometer und Messumformer auf PLS Eingangsbaugruppe

Da die Temperatur über ein Widerstandsthermometer aufgenommen wird muss die erfasste Temperatur mittels Messumformer (Phoenix Contact Mini MCR-RTD-UI-NC) in ein elektrisch verarbeitendes Signal umgewandelt werden, damit man diesen Wert auf eine Eingangskarte des PLS führen kann.

Jede PLS-Baugruppe ist mittels Stammkabel auf Rangierleisten geführt, von welcher ich meine Verbindung zur Übergabeleiste des Gleichrichterschranks verdrahten kann. Meine benötigte Eingangskarte ist in diesem Fall eine Analogeingangskarte und geht auf das Gestell FC02F Steckplatz 9/10/11.

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