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10-11 | 2017

Special Automatisierung,

Special Automatisierung, Steuer- & Regeltechnik Bild 6: Aufbau der Messkette: Sensor, Ladungsverstärker und Verkabelung. Bild: BD|Sensors Bild: BD|Sensors Bild 7: Kurz vor Abschluss steht die Entwicklung eines piezoelektrischen Druckmessumformers, der piezoelektrischem Drucksensor und Ladungsverstärker in einem kompakten Gehäuse kombiniert. Hydropulsations-Prüfstände (Bild 3) beispielsweise dienen zur dynamischen Innendruckpulsation von hydraulischen Bauteilen aller Art mit definierbaren Lastprofilen zur Dichtheitsprüfung und Leckageermittlung. Bei Prüfdrücken bis 1 000 bar, Prüffrequenzen bis 30 kHz und Temperaturen bis 150 °C werden piezoelektrische Sensoren eingesetzt, um bestmögliche Messergebnisse zu erhalten. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Erfassung von Druckspitzen bei Schaltvorgängen in Getrieben, zum Beispiel für Baumaschinen (Bild 4). Die Getriebe sind stets besonderen Belastungen ausgesetzt und müssen auch unter extremen Einsatzbedingungen funktionieren. Während des Entwicklungsprozesses werden deshalb auch auftretende Druckspitzen bei Schaltvorgängen erfasst. Diese Messdaten lassen sich nutzen, um Rückschlüsse auf die weitere Entwicklung der Getriebe und die Auswahl der Komponenten wie etwa Aktuatoren, Ventile und Steuerungseinheiten zu ziehen. In der Labortechnik werden piezoelektrische Sensoren zum Beispiel bei der Prüfung von Berstdruckscheiben eingesetzt (Bild 5). Diese werden verwendet, um Stahlflaschen, Rohrleitungen oder Behälter gegen Überdrücke zu schützen, die sonst zur Explosion führen würden. In Laboren werden Versuche durchgeführt, um für jede Anwendung die passende Berstscheibe so zu dimensionieren, dass diese möglichst exakt beim vorgegebenen Druck nachgibt. Dafür sind piezoelektrische Drucksensoren besonders gut geeignet, da sie auch bei einer hohen Grundlast und niedrigen Druckschwankungen eine sehr feine Auflösung haben. Aufbau der Messkette Bei all diesen Anwendungen lassen sich die Sensoren gut einbauen. Die komplette Messkette (Bild 6) besteht üblicherweise aus dem piezoelektrischen Sensor, der mit dem Ladungsverstärker über ein spezielles Low-Noise Kabel verbunden ist, um die Ladungen des Sensors, die im Picocoulomb-Bereich liegen, störungsfrei zu übertragen. Das Kabel ist geschirmt und so aufgebaut, dass triboelektrische Einflüsse vermieden werden. Im Ladungsverstärker wird das Ausgangssignal von wenigen pC in eine messbare 0–10 V Spannung umgewandelt, die im Anschluss über standardmäßge Kabel weitergeführt werden kann. Kurz vor dem Abschluss steht aktuell die Entwicklung eines piezoelektrischen Druckmessumformers, der die Komponenten piezoelektrischer Drucksensor und Ladungsverstärker in einem kompakten Gehäuse vereint (Bild 7). Er bietet ein analoges Ausgangssignal von 0…10 V sowie standardisierte mechanische Anschlüsse für industrielle Anwendungen. Durch den integrierten Ladungsverstärker kommt das erste Mitglied der DMC-Reihe ohne kostenintensive und aufwendige Spezialverkabelung aus. Das Gerät erfasst sehr schnelle Druckverläufe und zeichnet sich bei der hochdynamischen Druckerfassung bis 50 kHz mit galvanisch isoliertem Reseteingang, Versorgungs- und Ausgangssignal aus. Damit lassen sich Messwerte in extremen Situationen, wie bei der Erfassung von Druckspitzen oder Druckstößen, zum Beispiel bei der Rohrleitungsüberwachung, bei Laboranwendungen oder bei Prüfständen exakt registrieren. Mit seinen stabilen, zuverlässigen Messergebnissen ist das Gerät auch für industrielle Anwendungen eine interessante Alternative zu den konventionellen Messaufbauten. Den piezoelektrischen Hochdrucksensoren dürften sich damit weitere interessante Einsatzbereiche erschließen. BD|Sensors GmbH, Thierstein, Kristina Klimbt, Kristina.Klimbt@bdsensors.de 16 UmweltMagazin Oktober - November 2017

Automatisierung, Steuer- & Regeltechnik Special Temperaturregelung für optimierte Produktion Holzbriketts werden immer beliebter, denn es handelt sich dabei um reine Naturprodukte, die einen deutlich höheren Heizwert als Scheitholz haben und Heizen mit wenig Asche ermöglichen. Die Dietz Automation & Umwelttechnik GmbH aus Neukirchen hat ein Automatisierungskonzept für eine Einschneckenextruderpresse entwickelt, mit der Sägespäne mittels eines Thermo-Press-Verfahrens zu Briketts verpresst werden. Um eine exakte und auch flexible Temperaturregelung garantieren zu können, entschied sich das Unternehmen für eine Steuerungslösung der ABB AG. Die Steuerungslösung von ABB auf Basis der SPS AC500 sorgt für eine genaue und flexible Temperaturregelung der Presse. Bild: ABB Die Dietz Automation & Umwelttechnik GmbH hat einen doppelten Bezug zu diesem Brennstoff. Zum einen betreibt sie in Bad Wildungen eine Technologieanlage für die Trocknung von Biomasse mit angeschlossener Pelletierung. Die dort aus getrocknetem Sägemehl erzeugten Holzbriketts und Pellets werden als Brennmaterial vertrieben. Zum anderen hat das Unternehmen auch ein Automatisierungskonzept für eine Einschneckenextruderpresse entwickelt, mit der Sägespäne mittels eines Thermo-Press-Verfahrens zu Briketts verpresst werden. „Das Konzept bieten wir auch Kunden an“, sagt Timo Kröger, der als Prokurist und Leiter der Firma für die operative Abwicklung zuständig ist. Gleichmäßige Temperaturzufuhr Mit der Extruderpresse werden Sägespäne zu Briketts mit großer Dichte und hohem Heizwert verarbeitet. Dies erfordert einen möglichst kontinuierlichen Prozess mit einer gleichmäßigen Temperaturzufuhr. Die Sägespäne werden in der Schnecke über eine integrierte Heizung aufgeheizt und zusammengepresst. Unter gleichbleibendem Druck und sehr hoher Temperatur werden sie dann zu Briketts verschmolzen. Da es sich hierbei um ein Thermo-Press-Ex- trusionsverfahren handelt, spielt die Temperatur für ein optimales Produktionsergebnis eine entscheidende Rolle. Die Abweichungen sollten hier möglichst gering sein. Da die Genauigkeit der bisherigen Regelung nicht ausreichte, entschied sich das Unternehmen für eine Steuerungslösung von ABB auf Basis der SPS AC500 für eine genaue und flexible Temperaturregelung. Ziele waren eine verbesserte Produktqualität, ein geringerer Ausschuss und eine vereinfachte Bedienung. Seit kurzem steht auch ein Update der Temperaturbibliothek zur Verfügung, die hier erstmals in einer Anwendung eingesetzt wurde. „ABB wollte den weiterentwickelten Temperaturregelbaustein bei uns testen, der mittels Pulsweitenmodulation die Temperatur regelt. Damit ist eine viel genauere Temperaturregelung mit einem deutlich kontinuierlicheren Wert möglich“, so Kröger. Bibliothek für Temperaturregelung Bei der Bibliothek PS564-TEMPCTRL handelt es sich um ein Bibliothekspaket für erweiterte Temperaturregelungsanwendungen. Sie beinhaltet eine flexible PID-Funktionalität mit einem automatischen Abgleich der Temperaturregelung. Neben einer verbesserten Ansprechzeit und reduzierten Regelbereichsüberschreitungen und Oszillationen bietet die PS564-Bibliothek noch einige weitere wichtige Eigenschaften. Kröger ergänzt: „Wir haben zusätzlich auch das Messkonzept der Extruderpresse überarbeitet. Die Temperatur wird heute an mehr Stellen gemessen als früher. Hierbei werden ABB-Temperaturfühler wie TSP121 und TSC400 eingesetzt. Durch diese weiteren Messstellen und die Einbindung in die Regelung ist der Ausschuss deutlich gesunken. „Über die Temperatur geht alles. Wenn sie nicht stimmt, entspricht die Qualität des erzeugten Produkts nicht unseren Ansprüchen und – ebenso wichtig – nicht den Ansprüchen des Markts,“ so Kröger. Seiner Aussage nach hat sich das neue Automatisierungskonzept bewährt: Mit der AC500 in Verbindung mit der Temperaturregelung kann das Unternehmen eine Lösung anbieten, die die Qualitätsanforderungen nicht nur erfüllt, sondern übersteigt. ABB AG, Mannheim, Rainer Hofmann, rainer.r.hofmann@de.abb.com UmweltMagazin Oktober - November 2017 17

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