Für das präzise Produzieren und die Materialkontrolle bei Flachbahnanwendungen entwickelt und baut BST Pro Control, Wenden, entsprechende Lösungen. Eine Domäne des Unternehmens ist die Ausrüstung von Ex-trusionsmaschinen mit Mess- und Regeleinrichtungen für flachbahnige Produkte. Entscheidend für eine hohe Produktqualität in Bezug auf die Formgebung ist die Regelgenauigkeit in dem Spalt, der nach der Extrusion die Maßhaltigkeit der flachen Endprodukte bestimmt. Hochwertige Kunststofffolien beziehungsweise -platten lassen sich nur dann erzeugen, wenn über die gesamte Bahnbreite ein gleichmäßiger Materialaustritt aus der Breitschlitzdüse erreicht wird. Neben ungeregelten Systemen, die manuell eingestellt werden, werden für die Produktion hochwertiger Produkte auch thermoelektrische Spaltverstellungen angeboten, die sich individuell an den Produktionsprozess anpassen lassen. Dabei werden sogenannte Thermobolzen über Stromzufuhr erhitzt, die dann aufgrund ihrer Längenausdehnung eine aktive Spaltregelung ermöglichen.

Bis zu acht Meter Breite kann ein solcher Spalt messen, so die bisherige Praxis beim Extrusionsspezialisten. Für die Regelung werden in der Regel Bolzen mit einem Durchmesser von einem Zoll verwendet. Somit können schon mal 300 Bolzen nebeneinander platziert sein, die einzeln über ebenso viele Heizkreise angesteuert werden müssen. Früher wurden dafür Solid-State-Relais oder Schütze verwendet. Dr. Gerhard Spies, technischer Direktor bei BST Pro Control, berichtet von einer modernen Alternative: „Seit Jahren vertrauen wir auf die Heizungssteuerung Siplus HCS (Heating Control System) von Siemens, wenn wir sogenannte gesteuerte Dehnbolzen regeln. Bei zusätzlicher Rückführung der Ist-Temperatur kommen ET200-Komponenten dieses Unternehmens zum Einsatz, um für jeden Dehnbolzen einen zusätzlichen analogen Eingangskanal zu realisieren.“

Kompakte Gesamtlösung hat Vorteile

Er fasst den Nutzen dieser Lösung in wenigen Worten zusammen: „Die Geräte sparen erheblichen Arbeitsaufwand und funktionieren unglaublich zuverlässig.“ Die damit aufgebauten Lösungen sind unter anderem kompakter und übersichtlicher. Richtet man den Blick allein auf die Verdrahtung, dann spart man sich seiner Einschätzung zufolge weit über die Hälfte des Aufwands.
Pro Bolzen wird eine elektrische Leistung von bis zu 300 W benötigt, um sie entsprechend schnell auf die benötigte Temperatur aufzuheizen. Dafür genügt bereits die Typenvariante HCS724I. Denn sie ist in der Lage, pro Kanal eine Leistung bis 1,15 kW in Sternschaltung zu schalten. Geregelt wird über die Anlagensteuerung, meist ein Microbox IPC427D von Siemens. Die entsprechenden Signale erhält die Heizungssteuerung per Profibus. Pro Zentralanschaltung, die am Profibus hängt, können 384 Kanäle einzeln geschaltet beziehungsweise auch geregelt werden. Dabei können auch mehrere Zentralanschaltungen im Verbund an einem Profibus-Master betrieben werden. Dr. Spies ergänzt: „Diese Geräte arbeiten zuverlässig und besitzen noch ‚genügend Luft nach oben‘, um selbst erheblich größere Extrusionsanlagen als bisher auszurüsten.“

Als großen Vorteil erachten die Verantwortlichen die in der Heizungssteuerung integrierte Intelligenz. Sowohl die Geräte selbst als auch die Peripherie können einzeln diagnostiziert werden. Das System erkennt beispielsweise, ob an einem Kanal ein Drahtbruch vorliegt, ein Kurzschluss aufgetreten ist oder die Sicherung in der Baugruppe ausgelöst hat. Selbst das Erreichen von 100 Prozent der Heizleistung wird sofort gemeldet, um dem Maschinenbediener damit zu signalisieren, dass dem Bolzen nicht noch mehr Wärme zugeführt werden kann. Mit dieser Information kann er sich dann rechtzeitig auf die Suche nach den Ursachen machen und so drohende Qualitätseinbußen am Endprodukt vermeiden.

Effiziente Gesamtlösung mit integriertem Selbstschutz

Für eine Netzfrequenz von 50 Hz kann in der Maschinensteuerung der gewünschte Sollwert der Temperatur als Prozentangabe von 0 bis 100 Prozent in Ein-Prozent-Schritten vorgegeben werden. Diese Parametrierung lässt sich sehr komfortabel mit einem entsprechenden Funktionsbaustein durchführen. Im selben Funktionsbaustein kann auch eine individuelle Gruppenbildung erfolgen, um dadurch die einzeln angesteuerten Kanäle bei Bedarf optimal zusammenfassen zu können.

Extrusionsmaschinen mit entsprechender Querprofilregelung werden in der Regel für hochwertige Endprodukte eingesetzt. Dabei fährt die Sensorik mit einer Geschwindigkeit von bis zu 15 m/min über die Messtraverse und ermittelt anhand der Schichtdicken des Endprodukts einen Mittelwert.

Vereinfachtes Engineering – einfache Handhabung

An diesem orientiert sich die Spaltregelung kontinuierlich und führt über die Heizungssteuerung je nach Situation Heizleistung zu beziehungsweise ab: Die Bolzen selbst sind gekühlt, um bei einer benötigten „negativen“ Heizleistung ein schnelleres Abkühlen der Bolzen zu erreichen. „Auf diese Weise erreicht man eine entsprechend dynamische Regelung der Breitschlitzdüse“, erklärt Geschäftsführer Hecht. Besonders komfortabel ist auch die Einbindung der Heizungssteuerungen in die Steuerungstechnik der Extrusionsanlagen. Die Programmierung und Parametrierung erfolgt in der Automatisierungssoftware Step7 beziehungsweise im „Simatic Manager“ des neuen, durchgängigen Engineering-Frameworks „TIA Portal“.Hierfür liefert der Ausrüster einen entsprechenden Funktionsbaustein, der der Hardware als Datei beiliegt.

Für eine noch schnellere Projektierung sind in dem Muster-Funktionsbaustein bereits die meisten Parameter eingestellt beziehungsweise vorgegeben. Sie lassen sich dann schnell und einfach an die jeweilige Maschine anpassen. Interessant für die Praxis ist auch, dass in den Geräten eine „intelligente“ Steuertabelle hinterlegt ist. Abhängig von den Betriebszuständen sorgt sie dafür, dass alle drei Phasen im Netz gleichmäßig belastet werden.

Da die Heizungssteuerung immer im Nulldurchgang der Spannung schaltet, reduziert sich die Netzbelastung auf ein Minimum. Selbst Netzspannungsschwankungen können durch das einheitliche Datenmanagement der übergeordneten Steuerung und der Heizungssteuerung einfach ausgeglichen werden. „Es gibt Länder, in denen diese Funktion äußerst wertvoll ist, weil deren Netzspannungs-Toleranzgrenzen vergleichsweise weit gefasst sind“, wissen die beiden Praktiker Michael Hecht und Gerhard Spies.

 

„Wir sind unter anderem auf die Mess- und Regeltechnik
für flachbahnige Materialien spezialisiert und können
dank unserer Erfahrung anspruchsvolle individuelle Lösungen entwickeln.“

Michael Hecht, Geschäftsführer der BST Pro Control

 

„Die Heizungssteuerung ist zuverlässig und intelligent.
Sie bringt gegenüber früheren Lösungen viele Vorteile:
kompakt, leistungsfähig und einfach in der Handhabung.“

Dr. Gerhard Spies, technischer Direktor bei BST Pro Control

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Über den Autor

Reinhold Patz ist Senior Vertriebsbeauftragter bei Siemens, Division Industry Automation and Drives, Köln. reinhold.patz@siemens.com