03.09.2014

Dezentrale Automatisierungstechnik

Mit Leichtigkeit tonnenschwer sicher Heben

Der öffentliche Nahverkehr in Wien ist hochgeschätzt und die Straßenbahnen gehören zu den Merkmalen der Stadt. Umso wichtiger ist die reibungslose Funktion der Bahnen und U-Bahn-Züge. In der Hauptwerkstätte, in der die Verkehrsmittel untersucht und repariert werden, kommt Profinet zum Einsatz - auch für die funktionale Sicherheit.

Autor: Gerhard W. Sturm


Bild 1: Eine 40m lange Hübbühne ermöglicht in der Hauptwerkstätte der Wiener Linien den Ausbau der Rad- und Drehgestelle.
Bild: Siemens AG

Ob zum Zentralfriedhof, Prater, Heurigen oder Stephansdom, mit den Bussen und Bahnen der Wiener Linien ist das bequem und zuverlässig in Österreichs Metropole bei Tag und Nacht möglich. Mit öffentlichen Nahverkehrsmitteln werden 39% aller Wege (PKW 27%) in der Stadt Wien zurückgelegt. Über 900 Millionen Fahrgäste nahmen im Jahr 2012 die Wiener Linien und das seit 2005 mit steigender Tendenz auf dem rund 1000km langen Liniennetz. Für die Sicherheit und Funktionstüchtigkeit aller Fahrzeuge der Wiener Linien ist seit rund 35 Jahren die Hauptwerkstätte im 11. Bezirk, Simmering verantwortlich. Jetzt wurde sie baulich und technisch auf neuen Stand gebracht, um auch in Zukunft allen Anforderungen gerecht zu werden. Hier wird die Hauptuntersuchung der Straßenbahn- und U-Bahn-Züge durchgeführt. Alle notwendigen Arbeiten, wie die Reparatur defekter Türflügel, Kontrolle und Austausch der Radsätze, bis zur Volluntersuchung bei der die Wagen bis auf das Stahlgerippe entkernt werden, werden von den Technikern der Wiener Linien selbst erledigt.

Neue Hubbühnen mit Totally Integrated Automation

Für die Servicearbeiten an den Bahnen müssen die bis zu rund 100 Tonnen schweren Schienenfahrzeuge auf eine ergonomische Arbeitshöhe von rund zwei Meter angehoben werden. Spezielle Karosserieheber mit einer gut 40m langen Hubbühne ermöglichen beim Abstützen des Wagenkastens den Ausbau der Rad- und Drehgestelle. Sie sind in Längsrichtung verfahrbar, um ein Anheben aller Zugtypen gewährleisten zu können. Diese Hebeeinrichtungen wurden von der Firma J.A. Becker & Söhne bei Heilbronn mit moderner Technik im Auftrag der Wiener Linien gebaut. J.A. Becker ist seit mehr als 70 Jahren im Sektor der Hebetechnik tätig und Spezialist auf dem Gebiet der hydraulischen Reparatur- und Wartungshebebühnen für Fahrzeuge aller Art, darunter auch Schienenfahrzeuge. Kennzeichnend für die angebotenen Hebeanlagen ist unter anderem der vollhydraulische Antrieb mit elektronischer Gleichlaufregelung und den nach DIN EN 1493 ausgeführten mechanischen und hydraulischen Absturzsicherungen. Die hydraulische Konzeption hat gegenüber herkömmlichen mechanischen Lösungen deutlich geringere Wartungs- und Reparaturkosten. Um die benötigte äußerst exakte Synchronisation der einzelnen Stempel jeder Hebeanlage zu gewährleisten, und um die hohen Anforderungen des Kunden an die Funktionssicherheit der elektronischen Steuerungen zu erfüllen, setzt J.A. Becker auf Simatic-Steuerungstechnik und Totally Integrated Automation von Siemens. Für jeden einzelnen der sieben Heber einer Straßenbahn-Hubbühne kommt eine dezentrale Peripheriestation vom Typ Simatic ET 200S zum Einsatz. Die Stationen sind über Profibus mit dem zentralen Controller verbunden, der die gesamte Hubbühne steuert: eine fehlersichere Simatic CPU 315F, die mit der Verarbeitung der sicherheitsrelevanten Signale gleichzeitig auch für die funktionale Sicherheit zuständig ist. Alle Signale der einzelnen Heber sind direkt an die praktischen Klemmen der dezentralen Peripherie angeschlossen, aber auch die Ansteuerung aller Hydraulikzylinder und die Längsverfahrung werden über insgesamt 8 Reversierstarter aus der Station mit 3-Phasen-AC-Lastenspannung vorgenommen. Die Synchronisation der einzelnen Hebeeinrichtungen erfolgt über eine exakte Wegeregelung, die ihre Stellgröße über die Analogeingänge der Station erhält.

Sicheres Steuern mit Safety Integrated

Auch alle Sicherheitsüberwachungen werden über die fehlersicheren Eingangsmodule der Simatic ET 200S vom sicherheitsgerichteten Programm der CPU 315F vorgenommen - erstellt mit dem Standard-Engineeringsystem Step7 und dem Optionspaket Distributed Safety. Das sind einerseits die Abrollsicherungen, die sich beidseitig an jedem Schienenende des Hebers befinden. Diese werden beim Anheben eines Zuges aus der Grundstellung ausgefahren und arretiert, um ein Herunterrollen des Zuges zu verhindern. Dazu kommen Not-Halt-Taster, die Totmannsteuerung für die Hub- und Senkbewegung sowie die Endschalter der Endlagen. In der fehlersicheren Steuerung sind flexible Sicherheitsfunktionen, wie die Überwachung der Senkbewegung der Hubbühne in anschaulichem Funktions- oder Kontaktplan programmiert. So wird die Senkbewegung automatisch sicher gestoppt, wenn der Sicherheitsbereich von 120mm zwischen Boden und Lastaufnahmeunterkante unterschritten wird und dies durch ein optisches und akustisches Signal angezeigt. Bewegungsfreiheit und Bedienung direkt vor Ort erlaubt das mobile und kabellose Simatic Mobile Panel 277 IWLAN - auch für sicherheitsrelevante Aktionen. IWLAN Access Points von Siemens sorgen mit je einer Antenne zwischen zwei Hubbühnen für ein stabiles Funknetz zum Betrieb. Nähert man sich einer Bedienstelle, kann über Transpondertechnik selbständig diesem Ort zugeordnete Bedien- und Visualisierungsfunktion angeboten werden. Dies ermöglicht ein vollkommen intuitives und zudem sicheres Bedienen der Hubeinrichtung ohne umständliche Anwahlen.

Industrielle Kommunikation für ein modulares Konzept

Da alle Komponenten mit Profinet/Profibus verbunden sind, ist ein zentraler Zugriff von jedem beliebigen Ort aus, beispielsweise bis zu jedem einzelnen Antrieb möglich. Meldedaten für den Betrieb, die Instandhaltung und Wartung, aber auch für statistische Zwecke können damit zentral erfasst werden und das völlig unabhängig vom schnellen, deterministischen Austausch der Ein- und Ausgangsdaten der Steuerungen mit ihren Peripheriestationen. Dafür sorgen die in jeder Profinet-Komponente vorhandenen Switche, die automatisch die I/O-Controller-Device-Kommunikation vom übergeordneten Telegrammverkehr abschotten, indem sie den Telegrammfluss nur an Anschlüsse leiten, über die auch die entsprechenden Adressaten erreichbar sind. Das dezentrale Konzept jedem Heber eine Peripheriestation zuzuordnen, also sieben identische Stationen pro Straßenbahn-Hubbühne, oder 112 gleiche Stationen für das gesamte Werk, spart dem Betreiber, den Wiener Linien, aber auch dem Anlagenbauer von J.A. Becker Zeit und Geld: Bei Projektierung, Elektrokonstruktion, Programmierung, und Inbetriebnahme war das nach Angaben des Anlagenbauers deutlich zu spüren. Der Heber konnte unabhängig von der wirklichen Inbetriebnahme auf Funktion und Wirtschaftlichkeit ausgelegt und als standardisiertes Modul konstruiert und gefertigt werden. Dies umfasst neben Stahlbau, Mechanik- und Hydraulikkomponenten auch die gesamte Automatisierungstechnik. Nach Aufstellung in der Hauptwerkstätte in Wien müssen die Module nur noch mit Energie- und Profinet-Leitungen verbunden werden und können dann in sehr kurzer Zeit in Betrieb gehen. Auch der Aufwand zur Einarbeitung in den Anlagenbetrieb, wie auch für Service, Wartung und Ersatzteilhaltung sind drastisch reduziert. Im Störfall ist die Fehlersuche auf wenige Komponenten lokal begrenzt. Das spart besonders Zeit, wenn beispielsweise die verschleißbehafteten Leistungskontakte quasi mit einem Handgriff durch Austausch der Reversierstarter erneuert werden können.

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Fazit

Das mühelose Zusammenspiel der Simatic-Steuerungstechnik: sicheres Steuern mit Controller und dezentraler Peripherie, sowie sicheres Bedienen mit Mobile Panel, ist mit effektiver Profinet-Vernetzung ein nachhaltiger Gewinn für den Anlagenbauer J.A. Becker und den Betreiber Wiener Linien.

Simatic Mobile Panel 277 IWLAN

Das Gerät in Schutzart IP65 ist mit der runden Gehäuseform und dem doppelwandigen Aufbau besonders robust und stoßfest und übersteht damit einen Fall aus 1m Höhe. Der ergonomische Aufbau und das geringe Gewicht ermöglichen ermüdungsfreies Arbeiten. Das brillante 7,5"-TFT-Touchdisplay mit 64.000 Farben und die 18 Funktionstasten, die auch als Systemtasten belegbar sind, sorgen für einen übersichtlichen Zugriff auf alle Funktionen. Mit den Sicherheitsfunktionen verfügt das Mobile Panel 277 IWLAN über personen- und ortsbezogene Bedienmöglichkeiten die nach IEC 62061 bis SIL 3 und nach ISO 13849 bis PL e von Tüv / BGIA zertifiziert sind. Im Einzelnen sind das zwei dreistufige Zustimmtaster (Totmann-Schaltung) sowie ein Not-Halt-Taster deren Ortsbezug durch Transpondertechnik in sogenannten Wirkbereichen sichergestellt ist. Die Mobilität ist durch die WLAN-Kommunikation mit Unterstützung von Profinet und Profisafe sowie leistungsfähigen Batterien und einem flexiblen Konzept zum Batteriewechsel gewährleistet. Das Gerät selbst besitzt 6MB Anwenderspeicher, der über den Multimedia Card Kombi-Slot für zusätzliche Archiv- und Rezeptdaten erweitert werden kann. Eine von außen zugängliche USB-Schnittstelle sorgt für zusätzliche Datenflexibilität.

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