Stacja testowa przyszłości

Produkcja systemów zasilania wiąże się z koniecznością przeprowadzenia mnóstwa testów funkcjonalnych i bezpieczeństwa, które mają wykazać przydatność systemów do użytku. Firma Gustav Klein, produkująca zasilacze, skonstruowała nową innowacyjną stację testową, która spełni obecne i przyszłe wymagania testów. Dzięki zaproponowanemu przez B&R modułowemu systemowi bezpieczeństwa, firma może zarządzać wieloma różnymi konfiguracjami stacji testowej w ramach jednego projektu programistycznego.

„Każdy produkowany przez nas system jest dokładnie testowany przed dostawą” – wyjaśnia Jörg Umbreit, szef działu badań i rozwoju w Gustav Klein. „W odpowiedzi na gwałtownie rosnące zapotrzebowanie i zmieniające się wymagania dotyczące wydajności, w 2019 roku rozbudowaliśmy nasz potencjał z czterech do jedenastu stanowisk i zwiększyliśmy dostępną moc zasilania w centrum testowym. Zaplanowaliśmy również dodatkowe rezerwy na obsługę przewidywanego wzrostu w nadchodzących latach”. Centrum testowe w Gustav Klein, o powierzchni 500 metrów kwadratowych, obecnie mieści łącznie 13 stanowisk testowych dla dużych urządzeń i dodatkowe stanowiska dla małych urządzeń.

Firma pracowała wspólnie z B&R nad rozwiązaniem w zakresie bezpieczeństwa, obejmującym wszystkie stanowiska testowe, dodatkowe stanowiska rezerwowe i urządzenia do dystrybucji energii. Kluczem do sukcesu okazało się niezwykle modułowe rozwiązanie sprzętowe i programowe systemu biezpieczeństwa B&R. Funkcje bezpieczeństwa wybrane dla poszczególnych stanowisk testowych używanych w danej konfiguracji można łatwo włączać i wyłączać za pomocą interfejsu użytkownika. Upoważnieni pracownicy mogą wybierać i potwierdzać konfigurację na ekranie HMI. Konfigurację maszyny można całkowicie zmienić bez konieczności używania oddzielnego narzędzia programowania w celu dostosowania aplikacji bezpieczeństwa. Dzięki temu można wyjątkowo łatwo zmodyfikować stację testową, przeprowadzić konserwację lub uruchomić któreś ze stanowisk rezerwowych.

Główna cecha rozwiązania zastosowanego przez B&R polega na tym, że programuje się tylko jedną aplikację bezpieczeństwa obejmującą wszystkie urządzenia i funkcje, które mogą być dołączone do linii. Przy jej pomocy można skonfigurować dowolną możliwą kombinację modułów maszyny. Taki sposób znacząco zmniejsza koszty konserwacji, a także ilość testów, które należy wykonać podczas oddawania do eksploatacji modułowych instalacji i maszyn.

Firma Gustav Klein wcześnie dostrzegła zalety takiej metody i od pewnego czasu korzysta z niej w przypadku swoich systemów testowania zasilania I-TS MI-TS – obu w pełni zautomatyzowanych z pomocą B&R. „Dzięki narzędziu SafeDESIGNER zintegrowanemu ze środowiskiem inżynieryjnym B&R Automation Studio możemy zachować jedno rozwiązanie programowe, które obejmuje 90 procent naszych projektów bez konieczności nowego programowania” – zapewnia Umbreit.

Wrażenie jest jeszcze większe, gdy weźmie się pod uwagę dużą różnorodność konfiguracji, zastosowań i środowisk, do których będą musiały się dostosować systemy testujące i symulacyjne I-TS i MI-TS. Są one wykorzystywane na przykład do symulacji cykli ładowania i rozładowania podczas projektowania pojazdów elektrycznych lub testowania elementów zasilających w produkcji akumulatorów i pojazdów.

„Doświadczenie zdobyte podczas realizacji tych projektów z pewnością przyczyniło się do tego, że mogliśmy wdrożyć aplikację bezpieczeństwa dla stacji testowej w zaledwie kilka dni” – mówi Roland Bayr, programista w Gustav Klein, który opracował system bezpieczeństwa dla urządzenia testującego zasilania i stacji testowej. „Naszą pracę przyspieszyła również niezwykła łatwość łączenia elementów bezpiecznych i niezwiązanych z bezpieczeństwem systemu oraz fakt, że rozwiązanie B&R pozwala tworzyć oprogramowanie modułowe bez konieczności specjalistycznego szkolenia. Modularyzacja jest funkcją wbudowaną, nie wymaga dodatkowych kosztów, ani wysiłku.” Dla firmy Gustav Klein był to czynnik nie bez znaczenia. Opracowanie i skonstruowanie stacji testowej nie generowało żadnych natychmiastowych przychodów, dlatego aplikacja bezpieczeństwa miała zostać wdrożona bez przerywania bieżącej działalności.

Projektanci stacji testowej w firmie Gustav Klein wybrali różnorodny zestaw komponentów X20 B&R. W stacji testowej zainstalowano bezpieczne cyfrowe moduły wejściowe, wyjściowe i mieszane. Jako sterownik bezpieczeństwa wybrano urządzenie X20SL8101 z systemu X20. Sterownik może zarządzać maksymalnie 280 węzłami bezpieczeństwa, a także wszystkimi opcjonalnymi urządzeniami bezpieczeństwa i wszystkimi możliwymi konfiguracjami stacji testowej. Moduły bezpieczeństwa są podłączone do sterownika bezpieczeństwa za pośrednictwem złącza POWERLINK i standardowego kabla. Do transmisji danych dotyczących bezpieczeństwa służy standard openSAFETY.

Stacja testowa firmy specjalizującej się w systemach zasilania jest obecnie przystosowana do testowania modułów UPS i falowników o pojemności do 1,5 MVA. Możliwe jest również przeprowadzanie testów wysokonapięciowych i uruchamianie systemów symulacyjnych do 1000 VAC lub VDC, lub inteligentnych układów energoelektronicznych do wysokonapięciowych magazynów energii o mocy systemu do 4 MW. Dzięki zgrabnie zaprojektowanym układom energoelektronicznym inżynierom udało się zminimalizować zużycie energii i wynikające z tego straty cieplne podczas przebiegów testowych a także wymaganą moc zasilania. Firma Gustav Klein stworzyła jeden z najbardziej zaawansowanych technologicznie, w pełni funkcjonalnych obiektów testowych tego typu. Dzięki fabrycznym testom wysokiego napięcia firma oszczędza swoim klientom cenny czas podczas rozruchu w miejscu eksploatacji. Modułowe rozwiązanie systemu bezpieczeństwa firmy B&R znacznie ułatwia konstruktorowi instalacji dostosowanie technologii bezpieczeństwa do potrzeb stacji testowej i reagowanie na dynamiczne zmiany wymagań rynkowych.

Przygotował: Franz Rossmann, dziennikarz specjalizujący się w problematyce technologicznej, okolice Monachium