Rheinzink, ein Titanzinkhersteller aus Datteln in Nordrhein-Westfalen, verarbeitet den Basiswerkstoff Zink mit einem Reinheitsgrad von 99,995. Um bestimmte Materialeigenschaften zu erzielen, wird in geringem Maße Kupfer und Titan hinzu legiert. Eine Gießmaschine stellt einen etwa 1 m breiten und zirka 15 mm dicken Gussstrang her, der in einer Walzstraße zu einem Band der Stärke 0,5 bis 2 mm gewalzt wird. Die Verarbeitung der gewalzten Coils, die etwa 20 Tonnen wiegen, zu Blechen oder Kleincoils schließt die Verarbeitung ab.

Über den Walzbereich der Fertigungsstraße verteilt, erfasst ein Prozessdatenaufzeichnungssystem von iba etwa 1000 Messgrößen gleichzeitig. Die Signale kommen dabei aus unterschiedlichen Quellen: Über Systemschnittstellen aus dem Automatisierungssystem, über Feldbusse mittels Busmonitoren aus der Kommunikation oder schließlich direkt aus Sensoren über Analog-/Digitalwandler. Typischerweise werden Daten unterschiedlichen Ursprungs aufgenommen: zum Beispiel von Endschaltern, Lichtschranken oder internen Verriegelungs­signalen, aus Schrittketten, Walzkräften und Walzmomenten, aber auch Motorgrößen und Temperaturen bis hin zu komplexen geometrischen Größen (Breite, Dicke) aus technologischen Messgeräten. Das System visualisiert die erfassten Daten und zeichnet sie auf. Anschließend lassen sich die Mess-Signale mit Hilfe eines Analyzer-Tools auswerten.

Zum einen dienen die in Dateien abgespeicherten Signale zum Auffinden von Störungsursachen. Zum anderen zur laufenden Ermittlung von Qualitätskennwerten aus den erfassten Prozessgrößen anhand definierter Analysen. Die übergeordneten Qualitätsdatensysteme verwenden diese zur statistischen Prozessanalyse und als Qualitätsnachweis.

Gießen mit exakter Geschwindigkeit

Für eine spezielle Anwendung an einer Hazelett-Gießmaschine setzt Rheinzink auf eine Insellösung von iba: Das Messtechnik-Modul Padu-S-IT erfasst die Kenngrößen zur Kontrolle der Lage der flüssigen Gießfront an der Gieß­maschine.

Das Modul ermittelt daraus die Geschwindigkeitskorrekturwerte und gibt diese an die Gießmaschine weiter. Ein Wago-E/A-Modul führt die unterschiedlichen Werte wie Abstand zum Lagesensor und Geschwindigkeit zusammen. Die Einspeisung in ein Regelungsverfahren ermöglicht die Einstellung der erforderlichen Lage der Gießfront, die schlussendlich die gewünschte Gussstrangqualität ermöglicht. Der Steuerungsvorgang erfordert einen schnellen Ausführungszyklus, da die Regelung des Lage-Istwertes hochpräzise und in Echtzeit erfolgen muss, um einen gleichförmigen Fluss des Materials zu gewährleisten.

Hazelett-Gießmaschine bei Rheinzink, ihre Sensorik steuert die Lage der flüssigen Gießfront mit Hilfe des Moduls Padu-S-IT.

© iba

Der konkrete Anlass für den Einsatz von iba-Technik war das Bestreben, einen zweiten Sensor für die Gießfrontsteuerung einzubauen. Die Vorgängerlösung war in einer Technologiebaugruppe des Frequenzumrichters implementiert, die den Antrieb mit den Zusatzsollwerten für die entsprechenden Geschwindigkeitsanpassungen versorgte. Der Einbau eines weiteren Sensors innerhalb dieser technischen Lösung hätte das System jedoch an seine Grenzen geführt und wäre nur kostenintensiv möglich gewesen.

Unter Verwendung des Padu-S-IT ließen sich die Vorgaben realisieren. Das entstehende redundante System hält den Produktionsbetrieb selbst dann aufrecht, wenn Zinkspritzer den Hauptsensor außer Funktion setzen, da über eine Logik innerhalb des Messtechnik-Moduls automatisch auf den zweiten Sensor umgeschaltet werden kann. Dieser verhindert dadurch Ausfallzeiten, die im Walzbetrieb enorm hohe Kosten verursachen.

Implementiert wurde das Verfahren mit dem Programmiersystem ibaLogic. Dabei läuft das Entwicklungssystem auf einem PC, der mit dem Messtechnik-Modul über ein Netzwerk verbunden ist. Die Anwendersoftware wird mit Funktionsbausteinen projektiert. Änderungen im Programmplan lassen sich dabei ohne vom Anwender bemerkbare, zusätzliche Compilierungsschritte direkt in die Applikation laden. Das Umschalten zwischen Alt- und Neuzustand erfolgt stoßfrei. Somit kann das Anwenderprogramm schnell online erstellt und modifiziert werden. Dies bringt Vorteile bei der Inbetriebnahme und insbesondere der Optimierung derartiger Programme.

Für Rheinzink entstand der entscheidende Kostenvorteil dadurch, dass sich das Modul in unmittelbarer Nähe der Gießmaschine als Stand-alone-Gerät ohne zusätzlichen Schaltschrank oder Rechner installieren ließ. Auch wenn die Hauptmotivation für den Einsatz des Padu-S-IT zweifellos die Kompaktheit des Moduls war, ist daneben die Komplexität der gelösten Anforderung nicht zu unterschätzen: Schließlich galt es, auf engem Raum einen kundenspezifischen Überwachungsalgorithmus zu implementieren.

So handelt es sich bei dem Modul um eine Art dezentralen Mini-PC ohne Bildschirm und Tastatur, der zyklisch mit 1 ms die Bearbeitung der Lageregelung vornimmt und die zur Regelung und Steuerung benötigten I/O-Signale per Lichtwellenleiter (LWL) mit 3,3 Mbit Übertragungsgeschwindigkeit vom angeschlossenen Wago-System einliest respektive ausgibt.

Die Programmvariablen des An­wenderprogramms werden in der ibaLogic-Entwicklungsoberfläche ständig visualisiert. Dabei erfolgt die Übertragung dieser Werte über TCP/IP.

Der Anwendung entsprechend skalierbar

Über die geschilderte Anwendung bei Rheinzink hinaus, gibt es eine Reihe von weiteren Eigenschaften, die das Padu-S-IT für verschiedene Anwendungen prädestiniert.

Das Prozessormodul Padu-S-IT als Verarbeitungseinheit des modularen I/O-Systems, hier in der Stand-alone-Anwendung.

© iba

So zeichnet sich das System durch eine extrem schnelle Abtastung der Mess-Signale aus, die Messintervalle von 25 µs ermöglicht. Alternativ zu der Variante, das Messtechnik-Modul als autarkes Verarbeitungsgerät zu betreiben, lässt es sich optional als reines Peripheriegerät für überlagerte Datenerfassungs- und Automatisierungssysteme nutzen.

Neben dem Padu-S-IT steht das Padu-S-CM als Zentraleinheit zur Verfügung. In dieser rein auf Kommunikation ausgelegten Variante erfolgt keine Vorverarbeitung der Signale. Durch den einfacheren Aufbau ist diese Zentraleinheit eine kostengünstige Alternative, wenn keine lokale Datenverarbeitung erforderlich ist und der Fokus allein auf der Signalerfassung liegt. Beide Zentraleinheiten können mit einer Auswahl an Eingabe-, Ausgabe- und Sondermodulen gekoppelt werden. Bei Bedarf kann zusätzlich über eine LWL-Verbindung zu anderen Systembaugruppen eine Kopplung an externe Steuerungen erfolgen.

Autor: Harald Opel ist Mitglied des Vorstands bei iba in Fürth.