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| Die Antriebsfamilie Sinamics sorgt für niedrige Betriebskosten | | Exakt und effizient pumpen | Drehzahlvariable Pumpenantriebe sparen Energie und schonen die Mechanik. Besonders effizient lassen sich diese Einsparpotentiale ausschöpfen, wenn die eingesetzten Gerätereihen bereits auf Antriebsaufgaben wie Pumpen zugeschnitten sind. Exakte und zuverlässige Arbeitsweise wird ergänzt durch ein einheitliches sowie vor allen einfaches Bedienkonzept - von einigen Watt bis in den zweistelligen Megawattbereich.
Exakte Fördermengenregelung, rasche Reaktionszeiten und niedrige Betriebskosten bei hoher Zuverlässigkeit sind die grundlegenden Anforderungen an ein Pumpensystem. Optimal lassen sich diese durch drehzahlvariable Systeme mit Frequenzumrichter verwirklichen. So lässt sich über die variable Motordrehzahl die Durchflussmenge bei kürzeren Reaktionszeiten wesentlich exakter steuern als mit mechanischen Regelkonzepten wie Drosseln bzw. Schiebern. Zudem schont der drehzahlveränderbare Betrieb durch sanften An- und Auslauf die Mechanik des gesamten Antriebstranges und verhindert beispielsweise Druckwellen in Rohrleitungssystemen. Ungünstige Betriebszustände wie Kavitation, Gas- oder Feststoffmitförderung, Überschallverdichtungsstöße sowie Schwingungen lassen sich mit Frequenzumrichtern ebenfalls vermeiden. Nicht zuletzt spart der drehzahlveränderbare Betrieb insbesondere bei Anwendungen mit quadratischem Lastmoment, also Strömungsmaschinen wie Pumpen und Lüfter, im Vergleich zu Festdrehzahlmotoren sehr viel Energie. Ein System mit Umrichter passt die Drehzahl immer den aktuellen betrieblichen Erfordernissen an. Dadurch wird die Kennlinie immer genau dorthin gelegt, wo sie der Prozess optimal benötigt. So nimmt der Motor nur die Leistung auf, die gerade notwendig ist. Die daraus resultierende Ersparnis kann bis zu 50 % betragen.
Durchgängige Antriebsfamilie sorgt für maximale Effizienz
Mit passenden Frequenzumrichtern wie den Reihen der durchgängigen Antriebsfamilie Sinamics lassen sich diese Einsparpotentiale besonders effizient ausschöpfen. Dabei sind vor allem die Reihen relevant, die auf Antriebsaufgaben zugeschnitten sind, die keine Netzrückspeisung benötigen. Diese Geräte sind in der Sinamics-Baureihe von Siemens durch ein G in der vollständigen Produktbezeichnung gekennzeichnet: Sinamics G110, G120, G130 und G150 für die Niederspannung sowie GM150 für die Mittelspannung. Wie alle Mitglieder der Sinamics-Familie beruhen sie auf der gleichen technologischen Basis. So profitiert der Nutzer vom für alle Ausprägungen einheitlichen und zugleich einfachen Bedienkonzept. Ob der Pumpenantrieb wenigen kW oder viele Megawatt hat, der Bediener begegnet immer demselben Konzept. Er muss sich somit nicht - wie es bisher oft der Fall war - von Antrieb zu Antrieb - in eine neue Bedienphilosophie hindenken, sondern kann immer auf Bekanntes zurückgreifen. Der Lern- bzw. Schulungsaufwand ist folglich minimal. Ein Beispiel für die durchgängige Sinamics-Philosphie sind die Engineering-Tools: Sizer für die Planung und Projektierung, Starter für die Inbetriebnahme, Optimierung und Diagnose. Alle Geräte sind serienmäßig mit Profibusschnittstelle ausgestattet und optimal auf Automatisierungssysteme mit Simatic S7 bzw. das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 abgestimmt.
Branchen- und anwendungsspezifische Anpassung
An anwendungs- oder branchespezifische Anforderungen lassen sich die Sinamics-Geräte problemlos anpassen. So sind für raue Umgebungsbedingungen ohne großen Aufwand Schutzarten bis IP54 zu verwirklichen. Für den Einsatz in der chemischen Industrie sind die Sinamics-Umrichter unter anderem mit Namur-Funktionalitäten sowie Namur-Klemmenleisten ausgestattet. Der Betrieb über das Profibus-Profil 4.0, Betriebsart ?Verfahrenstechnik", ist ebenso möglich. Die sichere elektrische Trennung nach PELV ist gewährleistet. Zur Begrenzung der Spannungsspitzen und Gradienten stehen LC-Ausgangsfilter bzw. du/dt-Filter zur Verfügung.
Die anwendungs- und branchenspezifischen Anpassungsmöglichkeiten gelten für alle Sinamics-Reihen. Welche Sinamics-Reihe für den spezifischen Pumpenantrieb in Frage kommt, hängt in erster Linie von dessen Leistung ab.
Sinamics G110 mit Basisausstattung für kleine Pumpen
Für Pumpenleistungen von 0,12 bis 3 kW ist der Sinamics G110 mit Grundfunktionalitäten ein günstiger Einstieg. Der besonders kompakte Umrichter arbeitet an Einphasen-Netzen bei 200 bis 240V. Ein optionales Bedienfeld erlaubt zeitsparendes Kopieren von Parametern. Durch vereinfachte Inbetriebnahme, Montage und Bedienung wird der preisbewussten Umrichter zum weltweit einsetzbaren Einsteigermodell für industrielle Antriebe.
Sinamics G120 für kleine und mittlere Pumpen
Bei kleinen bis mittleren Pumpenleistungen bietet sich Sinamics G120 an. Dieses Gerät deckt den Leistungsbereich bis 90 kW ab und zeichnet sich durch seine Modularität aus. Der modulare Aufbau ermöglicht eine flexible Anpassung an die spezifische Applikation. Der Anwender erwirbt - und bezahlt - nur die benötigten Funktionen. Power Module und Control Unit sind als separate Funktionseinheiten konzipiert und frei kombinierbar. Die leichte Austauschbarkeit der Module bringt ein Höchstmaß an Servicefreundlichkeit. Zudem kann jeder Innovationsschritt im gleichen System mitgemacht werden, was Kosten- und Aufwand minimiert. Ein neues Kühlkonzept und lackierte Elektronikbaugruppen machen das Gerät noch robuster. Eine optional vorinstallierte MMC-Card sorgt für einfachen Gerätetausch und Parameterübername. Mit integrierten Sicherheitsfunktionen lassen sich auch sicherheitssensible Funktionen realisieren.
Sinamics G130 und G150 für Pumpen großer Leistung
Bei größeren Leistungen bis etwa 1500 kW sind Sinamics G130 und Sinamics G150 für alle Spannungsklassen von 380 bis 690 V die Geräte der Wahl. Sinamics G130 sind dabei Einbaugeräte, die aus zwei modularen, eigenständigen Komponenten bestehen: Power Module und Control Unit. Diese können sowohl räumlich getrennt als auch als Einheit aufgebaut werden. Sinamics G150 sind die anschlussfertigen Geräte im Standardschaltschrank. Von den Schrankgeräten wiederum gibt es zwei Ausführungsvarianten. Eine Variante mit Einbauplatz für alle verfügbaren Optionen und eine besonders Platz sparende Variante für Anwendungen, bei denen die Netzanschlusskomponenten in einer zentralen Niederspannungsverteilung untergebracht sind. Beide Varianten sind kompakt und leise durch modernste IGBT-Leistungshalbleiter und ein innovatives Kühlkonzept. Robuste Konstruktion und zuverlässiger Betrieb sowie ein servicefreundliches Konzept mit guter Zugänglichkeit und übersichtlichem, modularem Aufbau erhöhen die Anlagenverfügbarkeit. Wie alle Sinamics-Schrankgeräte ist auch der G150 mit dem Komfortbedienfeld AOP 30 ausgestattet. Die Inbetriebnahme und Parametrierung erfolgt hier sehr einfach, menügeführt mit grafikfähigem LC-Display und Klartextanzeige.
Sinamics GM150 für die Megawattklasse
Das Komfortbedienfeld hat auch der Sinamics GM150, der das Funktions- und Anwendungsspektrum des Sinamics G150 in die Mittelspannung fortsetzt. Bei Motorspannungen von 2,3 bis 7,2 kV deckt er ein Leistungsspektrum von 800 bis 25.000 KW ab. Er kommt bei besonders großen Pumpen zum Zuge, wenn durch die erforderliche Leistung ein Umstieg auf Mittelspannung die wirtschaftlichere Alternative ist. Bei Sinamics GM150 sorgen zuverlässige Leistungskomponenten, Schutzmaßnahmen gegen Umwelteinflüsse, unempfindliche Regelungsbaugruppen und redundante Lüfter bzw. Pumpen im Kühlsystem für einen reibungslosen Betrieb auch unter extremen Bedingungen. Weiter erhöht wird die Verfügbarkeit durch integrierte Instandhaltungsfunktionen: Die Komponenten melden sich selbständig und frühzeitig, wenn Wartungsbedarf besteht. Komponententausch oder andere Instandhaltungsarbeiten können so immer zum optimalen Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise bei einer Routineinspektion. Ungeplante Anlagestillstände mit Produktionsausfällen und teuren Reparatureinsätzen gehören damit der Vergangenheit an. Beim Service selbst sind alle wesentlichen Komponenten über Frontzugang erreichbar. Durch ihre Anordnung lassen sich diese ohne Spezialwerkzeuge mit wenigen Handgriffen austauschen.
Weiterhin machen Platz sparender Aufbau, Verfügbarkeit aller Spannungsklassen, alternativ mögliche Luft- oder Wasserkühlung, vorbereitete Anschlussmöglichkeiten an der Geräteober- und unterseite sowie die nahtlose Integration in übergeordnete Automatisierungssysteme machen die Anlagenintegration unkompliziert.
Sparpotential schnell und einfach berechnen
Welche Einsparungen der Einsatz eines Sinamics-Frequenzumrichters tatsächlich bringt und wann sich die Investition in ein solches Gerät amortisiert, lässt sich schnell und einfach mit dem PC-Programm Sinasave berechnen. Sinasave greift dabei auf anlagenspezifische Parameter zurück: Förderstrom und Förderhöhe der Pumpe sowie die Dichte des geförderten Mediums. Hinzu kommen der Pumpenwirkungsgrad, der elektrische Wirkungsgrad, der Gesamtwirkungsgrad der Anlage, die Zahl der Arbeitstage und Arbeitsschichten sowie das für den Energiespareffekt entscheidende Förderprofil über den Tag und das Jahr. Auf Grundlage dieser anlagenspezifischen Daten leitet Sinasave zunächst das Antriebssystem mit der passenden Leistung und dessen Preis ab. In einem zweiten Schritt ermittelt das Programm den Energiebedarf des drehzahlvariablen Systems für den spezifischen Fall und vergleicht das Ergebnis mit den ebenfalls berechneten Werten aller in Frage kommenden Alternativkonzepte, beispielsweise Drosselventile, Bypass, Vordrallregelung oder polumschaltbare Motoren. Aus der Differenz ergibt sich die Energieersparnis in Kilowattstunden, die das Programm über den für die Anlage geltenden aktuellen Energiebezugspreis in bare Münze umrechnet. Neben der Energieeinsparung berücksichtigt die Einsparanalyse auch die anderen kostendämpfenden Effekte des drehzahlvariablen Betriebs wie Wegfall der mechanischen Regelung, verbesserter Leistungsfaktor, verbesserte Prozessregelung, die verringerte Belastung des Motors und die reduzierte Wartung der Arbeitsmaschine. Aus der monatlichen Gesamtersparnis und den Anschaffungskosten für den Sinamics-Frequenzumrichter ergibt sich dessen Amortisationszeit - sie beträgt oft nur wenige Monate.
erschienen in: Delta p - Das Pumpenmagazin 5/06 |
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