|
Volkwagen AG, Werk Kassel (Deutschland) Sichere Fehlerdiagnose in der Montagelinie Das reibungslose Zusammenspiel von robusten elektromechanischen und hochsensiblen elektronischen Komponenten ist aus dem modernen Anlagen- und Maschinenbau praktisch nicht mehr wegzudenken. Und auch die gemeinsame Versorgung all dieser Komponenten über ein einziges geregeltes Schaltnetzteil ist längst gängige Praxis. Damit aber Störungen an einem Verbraucher nicht gleich die gesamte Anlage lahm legen, ist selektiver Schutz im 24V-Versorgungsstromkreis gefragt.
Diese Möglichkeit nutzt jetzt auch die Volkswagen AG in Ihrem Werk in Kassel bei der neuen Montagelinie MQ 350. Neue 5- und 6-Gang-Getriebe werden ab Herbst 2002 auf dieser Linie montiert. Diese 3-Wellen-Getriebe werden später an anderen Fertigungsstätten mit vielen weiteren Komponenten zum neuem Golf und zum neuen Touran, dem 4,39 Meter langen innovativen Kompakt-Van auf Golf-V-Basis, zusammengebaut. Und die für das Frühjahr 2003 geplante parallele Markteinführung dieser zwei neuen Modelle bedeutet auch für den Getriebezulieferer im Hause Volkswagen eine ganz besondere Herausforderung. In der modernen Anlage wird mit einem hohen Grad an Steuerungs- und Automatisierungs-Know-how die komplette Getriebemontage und Prüfung durchgeführt. Über 1100 Getriebe pro Tag – diese Produktionsgröße haben sich die Verantwortlichen der Getriebemontage zum Ziel gesetzt. Ein ehrgeiziges Vorhaben, das eine hohe Anlagenverfügbarkeit voraussetzt. Und schon in der frühen Planungsphase wurde darüber nachgedacht, wie dies erreicht werden kann. "Um die geforderten Stückzahlen zu erreichen, müssen wir die Stillstandszeiten der Anlage im Fehlerfall möglichst niedrig halten", so Peter Günther, der zuständige Fachplaner bei Volkswagen in Kassel, für den insbesondere dieser Aspekt von Anbeginn an einen großen Stellenwert hatte. Auf der 24V-Seite wird dies unterstützt mit den zuverlässigen Stromversorgungen von Sitop und dem neuen Diagnosemodul Sitop select. Optimaler Leitungsschutz Die geregelten Stromversorgungen bieten neben dem geringen Gewicht und dem hohen Wirkungsgrad, der für eine niedrige Verlustleistung und somit geringe Wärme im Schaltschrank sorgt, noch weitere Vorteile. So sorgt die elektronische Strombegrenzung für einen optimalen Leitungsschutz, da im Fehlerfall keine unzulässig hohen Ströme auftreten können. Und Spannungsschwankungen auf der Lastseite, egal ob von Eingangsspannungsschwankungen, Überspannungsspitzen oder sekundärseitigen Lastsprüngen verursacht, gibt es nicht. Über die geregelte Ausgangsspannung werden die angeschlossenen Verbraucher exakt mit ihrer Nennspannung versorgt. Sie arbeiten somit im optimalen Spannungsbereich und dies garantiert maximale Lebensdauer für jeden elektronischen Verbraucher und damit verbunden hohe Anlagenverfügbarkeit. Die besondere Herausforderung jedoch war die Realisierung der erforderlichen Selektivität im 24V-Versorgungsstromkreis in Verbindung mit den modernen Schaltnetzteilen. Im Falle eines Fehlers in einem Verbraucherkreis soll über das vorgeschaltete Schutzorgan genau dieser fehlerhafte Kreis abgeschaltet werden, bevor die elektronische Strombegrenzung der Stromversorgung aktiv wird und die komplette 24V-Versorgung einbricht. Die übliche Lösung mit der Absicherung über mittelträge Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschalter war somit ausgeschlossen, da diese Schutzorgane erst auslösen, wenn der Strom kurzzeitig das Vielfache des Nennstroms übersteigt. So bieten z. B. Leitungsschutzschalter der Auslösecharakteristik C ein Toleranzband vom 5-fachen bis zum 14-fachen DC-Nennstrom, innerhalb dessen der Automat auslösen darf. Mit absoluter Sicherheit löst der Leitungsschutzschalter also erst beim 14-fachen DC-Strom aus. Und für eine 20A-Stromversorgung bedeutet dies, dass sie zum sicheren Auslösen eines 6A-Leitungsschutzschalters einen Strom von 84A bereitstellen müsste - ein Strom, den sie durch das Ansprechen der internen elektronischen Strombegrenzung nicht liefern kann. Der Einsatz flinker Schutzorgane verbietet sich jedoch oftmals, da diese Schutzorgane schon durch die Einschaltstromspitzen verschiedener kapazitiver und induktiver Verbraucher ausgelöst werden können. Ein störungsfreier Betrieb der Anlage wird in diesem Fall schon beim Zuschalten der Verbraucher in Frage gestellt. Wie jedoch kann ein solcher Widerspruch bei der Erreichung von Selektivität im 24V-Stromkreis gelöst werden? Auf der Suche nach einer zukunftsweisenden Lösung für dieses Problem sind die Planer von VW mit dem elektronischen Diagnosemodul Sitop select fündig geworden. In jedem Anlagenteil der Getriebemontage werden alle 24V-Verbraucher von einer zentralen Stromversorgung versorgt. Die Verbraucher werden hierbei wie gewohnt zu Gruppen zusammengeschaltet. Und die Versorgung jeder Gruppe wird über einen Überwachungskanal eines elektronischen Diagnosemoduls geführt, das während des Betriebs die Höhe des fließenden Stromes kontinuierlich überwacht. Denn mit Sitop select von Siemens gibt es erstmalig eine zuverlässige Lösung zur Erreichung von Selektivität im Ausgangsstromkreis, wobei das sichere Zuschalten von Verbrauchern mit hohen Einschaltstromspitzen dennoch möglich ist. Selbst bei ungünstigsten Betriebsbedingungen, wie z. B. bei sehr langen Versorgungsleitungen, wird die selektive Abschaltung des fehlerhaften Abzweiges erreicht. Und auch das Strom begrenzte Einschalten von Lasten mit hohen Eingangskapazitäten, z. B. elektronischen Verbrauchern mit Stützkondensatoren im Eingangskreis, ist jetzt problemlos möglich. Aber vor allen Dingen wird das Einbrechen der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils auf Werte <20V im Fehlerfall ausgeschlossen, unabhängig davon, ob Kurzschluss oder Überlast vorliegt. Einfache Montage Die Elektronik von Sitop select ist in einem Kunststoffgehäuse untergebracht, das auf Grund seiner Bauform und Montagefläche für vier abzusichernde Kreise exakt die Maße von 4 Teilungseinheiten hat. Und Dank der einfachen Hutschienenbefestigung ist außerdem eine schnelle und sichere Montage möglich. Für die 24V- und die 0V-Einspeisung sind je zwei Schraubklemmen vorhanden. Somit besteht durch einfaches Weiterschleifen der Versorgungsspannung je nach Bedarf auch die Möglichkeit, mehrere Module an eine Stromversorgung anzuschließen. Über die vier Ausgangsklemmen werden die 24V auf die diversen Verbraucherkreise aufgeteilt. Dabei kann der Auslösestrom jedes Ausgangs mit dem vorne liegenden Potentiometer zwischen 2 und 10 Ampere eingestellt werden. Das reduziert die Gerätevielfalt und ermöglicht es auch noch während der Inbetriebnahme, Veränderungen ohne großen Aufwand vorzunehmen. Durch diese Bauform und Konzeption eignet sich Sitop select auch optimal für die Nachrüstung in bereits vorhandenen Anlagen. Dies kann insbesondere dann notwendig werden, wenn Leitungsschutzschalter installiert sind und durch alternde Anlagenkomponenten vermehrt Probleme bezüglich Selektivität auftreten. In solchen Fällen kann durch das Nachrüsten lediglich einer 0V-Leitung unkompliziert auf Sitop select umgestellt werden. Desweiteren ist jeder der vier Abzweige des Diagnosemoduls zusätzlich mit einer von vorne zugänglichen 15A-Flachsicherung bestückt.Durch Entfernen oder Stecken einzelner Sicherungen ist somit auch eine abgestufte Anlageninbetriebnahme, d. h. das Zu- bzw. Wegschalten einzelner Verbrauchergruppen, schnell und einfach möglich. Im Betrieb wird jeder Ausgang auf Überschreiten des individuell eingestellten Auslösestrom überwacht und nach 5s abgeschaltet, sofern der Strom einen Wert zwischen 101% und 130% des Einstellwertes aufweist. Übersteigt der Strombedarf eines oder mehrerer Ausgänge den Wert von 130% des jeweils eingestellten Stromes, so wird die Elektronik aktiv. Der durch den Ausgang fließende Strom wird für ca. 50 bis 100ms auf knapp über 130% begrenzt und danach abgeschaltet, sofern er nicht wieder unter 100% sinkt. Mit dieser Charakteristik ist es möglich, Verbraucher mit hohen Einschaltstromspitzen ohne ungewollte Auslösung in Betrieb zu nehmen. Bei Verbraucherkurzschlüssen und selbst bei ungünstigsten Betriebsbedingungen, wie z. B. bei langen Versorgungsleitungen bis zum Verbraucher, die auf Grund ihrer hohen Impedanz den zur Auslösung notwendigen hohen Kurzschlussstrom nicht zulassen, wird jedoch die selektive Absicherung bzw. Abschaltung gewährleistet. Bei Absinken der Ausgangsspannung unter 20V wegen Überschreitung der Gesamtleistung auf der 24V-Seite werden alle Ausgänge, die in diesem Moment über 100% der individuell eingestellten Ausgangsströme führen, fast unverzögert abgeschaltet. Für alle nicht betroffenen Abzweige bleibt somit die Versorgungsspannung ohne störenden Einbruch erhalten und es ist weiterhin eine sichere Funktion der Anlage gewährleistet. Die Ferndiagnose und damit eine einfache Integration in den gesamten Anlagenüberwachungsprozess ermöglicht ein potenzialfreier Summenmeldekontakt. Eine zweifarbige LED pro Abzweig informiert stets über den Zustand der einzelnen Abzweige und ermöglicht dem Betreiber vor Ort am Schaltschrank das schnelle Eingrenzen der Fehlerursache. Dadurch kann jetzt der defekte Verbraucher über den abgeschalteten Abzweig verfolgt und schnell und sicher durch geeignetes Personal identifiziert werden. Nach Austausch oder Reparatur des Verbrauchers wird der betroffene Abzweig über einen Reset-Schalter einfach wieder zugeschaltet. Zusammengefasst kann man sagen, dass mit der Kombination von geregelten Stromversorgungen und dem elektronischen Diagnosemodul Sitop select die Stillstandszeiten durch die optimale Fehlerdiagnose auf ein Minimum reduziert werden können. Somit wird das Ziel der hohen Verfügbarkeit der Getriebemontagelinie erreicht – ein Ergebnis, mit dem sich alle Beteiligten sehr zufrieden zeigen. Elektronikpraxis, Ausgabe 1/2003 |
