In den meisten Maschinen und Anlagen in der Industrie – von der einzelnen Produktionsmaschine bis hin zur großen verfahrenstechnischen Anlage – sind die Komponenten der Steuerungs- und Automatisierungstechnik sowie die Versorgung der Komponenten mit elektrischer Energie in Schaltschränken untergebracht. Der Schaltschrank bietet den Komponenten Schutz vor Umwelteinflüssen und verhindert gleichzeitig eine Gefährdung des Personals durch die Berührung spannungsführender Teile. Bei der Planung und Errichtung einer solchen Niederspannungsschaltanlage sind verschiedene Normen zu berücksichtigen. In der neuen DIN EN 61439 beispielsweise sind Vorgaben für eine umfassenden Dokumentationspflicht festgelegt. Diese und weitere Rahmenbedingungen gilt es bereits bei der Planung der Niederspannungsschaltanlage zu berücksichtigen.

Die von Eplan bereitgestellten Ver­drahtungsdaten sowie die Informa­tionen aus dem 3D-Modell zu Bauteilen und ihrer Position auf der Montageplatte werden über eine eigens entwickelte Maschinenschnittstelle an den Ver­drahtungsroboter übergeben.

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Auch die Verdrahtung ist direkt in Eplan Pro Panel planbar. Aus den Posi-tionen der Betriebsmittel im virtuellen 3D-Modell und dem Stromlaufplan ermittelt das System die optimalen Ader- und Kabel-Verlegewege sowie alle resultierenden Verbindungslängen. Diese Daten stehen anschließend wiederum zur Verfügung, um etwa eine automatisierte Kabelkonfektionierung zu steuern.

Nicht zuletzt lassen sich die Daten für eine Verbindung zur Materiallogistik und zum Bestellwesen verwenden. Die genannte CAE-Plattform verfügt dazu über eine Vielzahl geprüfter Schnittstellen, die eine Kopplung an nahezu alle gängigen ERP- und Produktions-Planungs-Systeme ermöglicht. Die Kopplung an bestehende ERP-Systeme garantiert außerdem, dass die Bestelldaten an die Anforderungen der Bestellprozesse der jeweiligen Komponentenhersteller und Lieferanten angepasst sind. Die Weiterverwendung der Daten und die automatisierte Erstellung der Bestell- und Material-Listen vermeidet Fehleingaben und Übertragungsfehler, wie sie bei der manuellen Erstellung vorkommen können.

Nachdem die Planung und die Bestellung abgeschlossen sind, kann mit dem Bau der Schaltanlage in der realen Welt mit den Schaltschränken und Komponenten begonnen werden. Sind die Daten aus den vorangegangenen Prozessschritten dabei verwendbar, lässt sich durch automatisierte Fertigungsschritte die Effizienz im Schaltanlagenbau weiter erhöhen. Typisches Beispiel ist die automatische Konfektionierung von Drähten und Kabeln auf Basis der Verdrahtungslisten aus dem CAE-System.

Ein weiterer Arbeitsschritt, der bei manueller Ausführung viel Zeit in Anspruch nimmt, ist die Bearbeitung der Montageplatten. Was also liegt näher, als Arbeitsschritte wie das Fräsen von Durchbrüchen, das Bohren von Löchern und das Schneiden von Gewinden, die gegebenenfalls auch an Türen und Seitenteilen der Schaltschränke durchzuführen sind, mit einem Bearbeitungszentrum auszuführen? Durch eine solche automatisierte Bearbeitung der Montageplatte und der Schaltschrankteile lässt sich im Vergleich zur manuellen Bearbeitung bis zu 85 % an Zeit einsparen. Je nach Komplexität der Teile und Anzahl der Löcher und Gewinde benötigt beispielsweise eine Perforex-Maschine des Unternehmens Kiesling Maschinentechnik, welches wie Rittal und Eplan ebenfalls zur Friedrich Loh Group gehört, etwa 15 bis 20 Minuten für eine Montageplatte. Besonders komfortabel und effizient ist die Bearbeitung, wenn die Ansteuerung der Bearbeitungszentren aus Eplan Pro Panel heraus erfolgt, da dann die entsprechenden NC-Programme direkt erzeugt und über eine native Schnittstelle an die Maschine übergeben werden. Die manuelle Programmierung der Maschine, die ebenfalls möglich ist, kann somit entfallen. Eine derart automatisierte Fertigung bietet aber nicht nur eine deutliche Zeitersparnis. Auch die Präzision der Montageplatten und damit die Qualität der gesamten Schaltanlage steigen.

Verdrahtung mit dem Roboter

Der nächste Schritt der Fertigung ist die Bestückung der Montageplatte und der Schaltschrankteile mit den Betriebsmitteln. Dazu werden zunächst Tragschienen und Kabelkanäle zugeschnitten und montiert und anschließend die Komponenten auf die Tragschienen, die Montageplatte oder in die Schaltschranktüren oder -wände montiert. Montagelisten und Montage-Anleitungen, die das System ebenfalls bereitstellt, unterstützen den Werker bei diesen manuellen Tätigkeiten wirkungsvoll.

Das Engineering-Tool „Power Engineering“ erstellt eine normgerechte Dokumentation auf Knopfdruck.

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Nach der Montage der Betriebsmittel steht schließlich die Verdrahtung der Komponenten auf Basis der vom CAE-System auf Knopfdruck generierten Verdrahtungslisten an. Zwar erfolgt die Konfektionierung der Drähte und Kabel heute in der Regel automatisiert; die eigentliche Tätigkeit des Verdrahtens bleibt bis dato dennoch ein manueller, zeit- und kostenintensiver Prozess mit Fehlerpotenzial. Doch auch in diesem Punkt bahnt sich ein Umstieg zur Automatisierung an. So kann beispielsweise das robotergestützte Verdrahtungssystem Averex von Kiesling das manuelle Verdrahten von Montageplatten ersetzen.

Der Roboter überprüft zunächst, ob alle Komponenten und Betriebsmittel wie im virtuellen 3D-Prototyp vorgesehen auf der Montageplatte montiert wurden. Anschließend verdrahtet er die Komponenten vollautomatisch entsprechend der Vorgaben aus der Planung. Dabei ist ein automatischer Drahtwechsel möglich, wenn beispielsweise ein anderer Querschnitt für die Verdrahtung unterschiedlicher Komponenten notwendig ist oder die Aderfarbe gewechselt werden muss. Wesentliche Voraussetzung für das automatisierte Verdrahten ist wiederum die Durchgängigkeit der Daten und die Kompatibilität der Systeme.

Sind sämtliche Planungs- und Fertigungsschritte erledigt, kann die Schaltanlage in Betrieb genommen werden. Wichtige Voraussetzung dafür ist eine normgerechte Dokumentation. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit und des Personenschutzes verlangt die neue DIN EN 61439 von den Herstellern eine umfangreiche Dokumentation der Kon-struktions- und Leistungsmerkmale der Schaltanlage. Nicht zuletzt bei dieser Aufgabenstellung erhält der Schaltanlagenbauer Unterstützung durch entsprechende Systeme wie etwa mit der Planungssoftware „Power Engineering“ von Rittal. Diese erstellt automatisch die benötigten Bauart-Nachweise inklusive der benötigten Prüfberichtsverweise.

Zusätzlich stehen Checklisten zur Verfügung, mit denen der Schaltanlagenbauer überprüfen kann, ob alle Erfordernisse bei der Planung und Ausführung gemäß der neuen Norm erfolgt sind.

Autor: Tim Kramer ist System Consultant Manager bei Rittal, Thomas Weichsel ist Produktmanager Schaltschrank-Engineering bei Eplan.