Bei der Herstellung von Stromversorgungsanlagen führt kein Weg vorbei an zahlreichen Funktions- und Sicherheitstests. Gustav Klein, Spezialist in Sachen Stromversorgung, hat daher ein neues zukunftssicheres Prüffeld entwickelt. Dabei setzt er auf die modulare Safety-Lösung von B&R. So lassen sich gleich mehrere Prüffeldkonfigurationen mit nur einem einzigen Softwareprojekt abdecken.

Gustav Klein verfügt über ein rund 500 Quadratmeter großes Prüffeld mit insgesamt 13 Prüfplätzen für Großgeräte und weitere Prüfplätze für Kleingeräte.

„Jedes unserer Systeme wird ausführlich getestet, bevor es ausgeliefert wird“, erläutert Jörg Umbreit, Entwicklungsleiter bei der Gustav Klein GmbH & Co. KG. „Wegen der rasant steigenden Nachfrage und der erhöhten Leistungsanforderungen haben wir im Herbst 2019 unsere Prüfkapazität von vier auf elf Prüfplätze gesteigert und die Anschlussleistung des Prüffelds erhöht. Auch zusätzliche Reserven sind bereits eingeplant, da wir mit weiterem Wachstum in den nächsten Jahren rechnen.“ Gustav Klein verfügt somit über ein rund 500 Quadratmeter großes Prüffeld mit insgesamt 13 Prüfplätzen für Großgeräte und weitere Prüfplätze für Kleingeräte.

Zusammen mit B&R hat das Unternehmen eine Sicherheitslösung entwickelt, die alle Prüfplätze einschließlich der Reserve und der Einrichtungen zur Verteilung der Leistung abdeckt. Möglich macht dies der modulare Aufbau des Sicherheitssystems von B&R, sowohl auf der Hardware- als auch auf der Softwareseite. Die Sicherheitsfunktionen für die tatsächlich genutzten Prüfplätze lassen sich über eine Konfigurationsoberfläche ganz leicht ab- oder anwählen. Der berechtigte Mitarbeiter kann die Konfiguration über die Bedienerschnittstelle auswählen und bestätigen. Für den Wechsel der Konfiguration ist damit kein Safety-Programmiertool erforderlich. Entsprechend einfach lassen sich Umbauten und Wartungsarbeiten im Prüffeld oder die Inbetriebnahme der eingeplanten Reserve realisieren.

Mit dem neuen Prüffeld verdreifacht der Stromversorgungsspezialist Gustav Klein seine Testkapazitäten und verfügt damit über eine der modernsten und größten Prüfeinrichtungen der Branche.

Ein Safety-Projekt für alle Anlagenkonfigurationen

Der Clou des B&R-Ansatzes: Die Sicherheitsapplikation muss nur einmal in der maximalen Ausbaustufe getestet und geprüft werden. Alle erdenklichen Kombinationen sind damit bereits abgedeckt. Dies reduziert erheblich den Wartungsaufwand für die Software sowie den Testaufwand bei der Inbetriebnahme von modularen Anlagen oder Maschinen.

Gustav Klein hat die Vorteile dieses Ansatzes früh erkannt und nutzt ihn bereits seit längerem erfolgreich bei seinen Infeed-Testsystemen I-TS und MI-TS, die komplett mit B&R-Technik automatisiert werden. „Mit der B&R-Entwicklungsumgebung Automation Studio und dem darin integrierten SafeDESIGNER können wir mit nur einer Sicherheitssoftware 90 Prozent unserer Anwendungsfälle abdecken, ohne Programmieren zu müssen“, konkretisiert Umbreit.

Dabei werden die I-TS- und MI-TS Test- und Simulationssysteme in sehr unterschiedlichen Konfigurationen sowie Anwendungen und Umgebungen eingesetzt. Dazu zählen unter anderem die Simulation des Batterieverhaltens für die Entwicklung batteriebetriebener Elektrofahrzeuge einschließlich Lade- und Entladezyklen sowie die Ladeinfrastruktur und der Test von Stromversorgungskomponenten in der Batterie- und Fahrzeugproduktion.

Modularisierung ohne spezielles Know-how

„Die bei diesen Projekten gesammelten Erfahrungen haben zweifelsohne dazu beigetragen, dass wir die Sicherheitsanwendung für das Prüffeld innerhalb weniger Tage implementieren konnten“, erläutert Roland Bayr, der als Softwareentwickler bei Gustav Klein die Safety-Lösung für den Infeed-Tester und das Prüffeld umgesetzt hat. „Aber auch die einfache Verbindung sicherer und nicht sicherer Bereiche sowie die Tatsache, dass für die Modularisierung der Software bei der B&R-Safety-Lösung kein spezielles Know-how oder besonderes Vorgehen erforderlich ist, haben die Arbeit beschleunigt. Die Modularisierung ist integraler Bestandteil ohne Zusatzaufwand oder Zusatzkosten.“ Das war für die Verantwortlichen bei Gustav Klein nicht unwesentlich, da mit der Entwicklung und dem Bau des Prüffelds unmittelbar kein Umsatz generiert wird und die Safety-Anwendung parallel zum Tagesgeschäft realisiert werden sollte.

Umfangreiche Sicherheitstechnik

Die Planer von Gustav Klein wählten für das Prüffeld verschiedene B&R-Komponenten der X20-Reihe. So wurden für die Kontrolle und Ansteuerung der sicherheitsrelevanten Sensoren und Aktoren sichere digitale Eingangs- und Ausgangsmodule sowie Mischmodule im Prüffeld und den Anschlusseinheiten verbaut. Als Sicherheitssteuerung fungiert ein Gerät vom Typ X20SL8101 aus dem X20-System. Die Steuerung ist in der Lage bis zu 280 sichere Knoten, die sogenannten SafeNODEs, zu verwalten. Darüber hinaus managt die Steuerung auch die optionalen Sicherheitseinrichtungen wie die verschiedenen Prüffeldkonfigurationen. Über ein Standardkabel und POWERLINK werden die sicheren Module an die Sicherheitssteuerung angebunden. Die Datenkommunikation erfolgt mit dem Sicherheitsprotokoll openSAFETY.

Von den Ingenieuren bei Gustav Klein sehr geschätzt: Sichere und nicht sichere Komponenten lassen sich direkt anreihen und arbeiten bei B&R Hand in Hand.

Komplettes Prüffeld im Blick

Damit sich die Mitarbeiter rasch einen Überblick über den Sicherheitsstatus und Schaltzustand des Prüffelds verschaffen können, hat Gustav Klein ein 24-Zoll-Gerät aus der Serie Automation Panel 900 in die Tür des Steuerschranks im Betriebsraum integriert. Auf dessen Rückseite ist ein platzsparender Panel PC 2100 als Plattform für die Visualisierungsanwendung montiert. Die Visualisierung dient der Information der Mitarbeiter im Prüffeld. „Das große Display ermöglicht es uns, den Zustand der zentralen Schaltungen des Prüffelds in ihrer Gesamtheit auf nur einer Bildschirmseite übersichtlich darzustellen“, erläutert Bayr. „Damit vermeiden wir, dass Ereignisse aus dem Blick geraten, weil sich der Bediener an einer anderen Stelle in irgendeinem Untermenü befindet. Die Anordnung auf dem Bildschirm entspricht zudem der des Prüffelds und erleichtert so die Lokalisierung des Problems bei einem Notfallereignis.“ Für die nähere Zukunft ist die Platzierung weiterer B&R-Displays im Prüffeld geplant, die das Display im Betriebsraum spiegeln, sodass die Prüfer die Inhalte jederzeit im Blick haben können.

Die Visualisierung der Sicherheitslösung zeigt einen Überblick über die Zustände aller sicherheitsrelevanten Schaltkreise und die Position ausgelöster Not-Aus-Taster im Prüffeld.

Zukunftsfähiges und flexibles Prüflabor

Das Prüflabor des Spezialisten für Stromversorgungsanlagen ist seit der Erweiterung für den Test von USV-Anlagen und Wechselrichtern mit Systemleistungen von bis zu 1,5 MVA ausgerichtet. Auch Hochleistungstest und Simulationssysteme mit einer Nennspannung von bis zu 1.000 V Gleich- oder Wechselspannung sowie intelligente Leistungselektronik für Hochleistungsenergiespeicher mit einer Systemleistung von bis zu 4 MW können dort vorgenommen werden. Dabei ist es den Ingenieuren gelungen, durch eine intelligente Vernetzung der Leistungselektronik die Leistungsaufnahme und damit die Wärmeverluste bei Prüfdurchläufen sowie die erforderliche Netzanschlussleistung zu minimieren. Damit verfügt Gustav Klein in der Branche über eine der modernsten und umfangreichsten Prüfeinrichtungen seiner Art. Daraus ergibt sich ein wesentlicher Vorteil für die Kunden des Unternehmens: Gustav Klein führt nun Hochleistungsprüfungen bereits im Werk durch und erspart seinen Kunden so bei der Inbetriebnahme der Systeme vor Ort viel wertvolle Zeit. Die modulare Safety-Lösung von B&R erlaubt es dem Anlagenbauer dabei, die Sicherheitstechnik bei reduziertem Wartungsaufwand flexibel an die Erfordernisse des Prüffelds anzupassen und so schneller auf sich verändernde Marktanforderungen zu reagieren.

Das Automation Panel 900 von B&R bietet als 24-Zoll-Variante ausreichend Fläche, um auch komplexe Visualisierungsaufgaben, wie die Darstellung aller sicherheitsrelevanten Schaltungen im Prüffeld bei Gustav Klein, übersichtlich und gut lesbar darzustellen.

Jörg Umbreit

Entwicklungsleiter, Gustav Klein GmbH & Co. KG

„Mit der B&R-Entwicklungsumgebung Automation Studio und dem darin integrierten SafeDESIGNER können wir mit nur einer Sicherheitssoftware 90 Prozent unserer Anwendungsfälle abdecken, ohne Programmieren zu müssen.“

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