Infrastrukturprojekte gibt es weltweit. Die Böden jedoch unterscheiden sich je nach Standort und damit auch die Anforderungen an die eingesetzten Tunnelbohrmaschinen. Daher müssen diese individuell an die vor Ort gegebene Bodenbeschaffenheit angepasst werden. Für die entsprechende Datentransparenz bei den Tunnelbohrmaschinen sorgt ein Verbindungs- und Kommunikationssystem, das Standardschaltgeräte in intelligente Komponenten verwandelt.

Das Unternehmen mts Perforator (mts) entwickelt und fertigt maßgeschneiderte Lösungen für den grabenlosen Einbau von Tunneln. Um die verschiedenen Tunnelbohrmaschinen über den jeweiligen Leitstand präzise bedienen zu können, kommen zahlreiche Drucktaster und Leuchtmelder zum Einsatz, die mit der Steuerung zu verbinden sind. Auf der Suche nach einer wirtschaftlichen, aber auch zuverlässigen und manipulationssicheren Lösung stieß mts auf Eatons Kommunikationssystem SmartWire-DT. Hierbei handelt es sich um ein Verbindungs- und Kommunikationssystem, durch das sich die aufwendige und fehleranfällige Punkt-zu-Punkt-Steuerverdrahtung von Komponenten wie Schaltgeräten, Sensoren und Aktoren mit der zentralen Steuerung ersetzen lässt. SmartWire-DT vereint Datenleitung und Spannungsversorgung und ermöglicht so die einheitliche Kommunikation der Teilnehmer untereinander. Jedes Funktionselement im System hat eine eigene Adresse sowie die Fähigkeit zur Eigendiagnose. Grundlage der SmartWire-DT-Kommunikationstechnologie ist die Neuentwicklung eines ASICs, der die Funktion der bisherigen E/A-Ebene der SPS übernimmt. Er macht alle Schaltgeräte rund um den Motor SmartWire-DT-fähig - Geräte mit geringer Datenmenge ebenso wie Hochleistungsgeräte mit größeren Kommunikationsdaten.
In den Leitständen der mts-Maschinen werden die Befehls- und Meldegeräte der Reihe RMQ eingesetzt, die alle als SmartWire-DT-Teilnehmer über die grüne achtpolige Flachleitung vernetzt sind. Aus Gewährleistungsaspekten ist es für mts als Hersteller der Tunnelbohrmaschinen wichtig, eine Manipulation beziehungsweise den unzulässigen Betrieb durch den Bohrkopfbetreiber auszuschließen. Dies ist mit SmartWire-DT möglich, da das System keine Kontaktüberbrückungen zulässt. Ein weiteres Argument für den Maschinenbauer war die Tatsache, dass Eaton weltweiten Service und Support sowie 24-Stunden-Lieferservice für Ersatzteile bietet.
Basierend auf diesen ersten Erfahrungen hat sich mts intensiver mit dem Thema SmartWire-DT und Eatons Lean-Solution-Philosophie beschäftigt. Hintergrund ist die Idee, die Methoden des Lean Managements konsequent auf Engineering und Automatisierungsprozesse zu transferieren. Das Ziel besteht darin, jegliche Verschwendung zu reduzieren. Im Fokus stehen Kosten, Material und Zeit, die es zu optimieren gilt. Eaton hat hierzu eine Lösung entwickelt, die Produkte, Technologien und Prozesse umfasst, mit denen sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette Einsparungen realisieren lassen - und zwar vom Design, über Konstruktion, Inbetriebnahme und Wartung bis hin zu zukünftigen Erweiterungen. Dabei setzt sich Lean Solution aus drei Themenkomplexen zusammen, für die SmartWire-DT das verbindende Element ist: Lean Connectivity, Lean Automation und Lean Power.

Detaillierte Antriebsüberwachung
Die Vorteile von Lean Connectivity kennt mts seit der Einführung von SmartWire-DT aus eigener Erfahrung, denn nach eigener Aussage konnten sowohl Projektierungs- als auch Verdrahtungsaufwand für die Leitstände und die damit verbundenen Kosten deutlich reduziert werden. Der Begriff Lean Automation steht für weniger Komponenten und geringen Engineering-Aufwand. Die I/O-Ebene ist in die Schaltgeräte wie Motorschutz, Motorstarter, Softstarter, Frequenzumrichter oder Leistungsschalter integriert, die nun direkt mit Eatons HMI/PLCs kommunizieren. Da letztere als singuläre Einheit alle Steuerungs-, Visualisierungs- und Datenmanagementaufgaben handhaben, werden nun schlanke Automatisierungslösungen möglich, die gleichzeitig schneller und einfacher zu projektieren sind. Mit diesen Lean-Automation-Systemen entfallen ganze Geräteebenen wie die zentrale SPS mit I/O-Baugruppen und die damit verbundenen Anschaffungs- und Wartungskosten.
Den nächsten Schritt in Richtung Lean Automation ist mts kürzlich gegangen, indem das Unternehmen die Motorschutzschalter PKE mit elektronischem Überlastschutz sowie die Leistungsschalter NZM in den Schaltschränken der Tunnelbohrmaschinen ebenfalls an SmartWire-DT angebunden hat. Die Kombination aus PKE und SmartWire-DT bietet den Vorteil, dass nun die Möglichkeit zur erweiterten Antriebsüberwachung besteht: Prozessrelevante Daten wie der aktuelle Motorstrom, thermische Auslastung und Betriebszustände lassen sich ohne kostenintensive analoge I/O-Technologie kontinuierlich überwachen und analysieren.

50 Tunnelbohrmaschinen aus der Ferne überwachen
So konnte Eaton Standardschaltgeräte in intelligente Komponenten verwandeln. Smart Devices wie PKE, die fähig sind, in einer offenen Architektur mit jeder SPS zu kommunizieren, sind für das Unternehmen ein wichtiger Schritt, um komplett Industrie-4.0-fähige Lösungen anbieten zu können. „Eatons Smart Devices erlauben uns, weltweit einen detaillierten Datenzugriff bis auf die Feldebene zu realisieren", erklärt Norbert Simdon, Electronic Support bei mts. „So können wir die aktuellen Zustände der derzeit weltweit 50 im Betrieb befindlichen Tunnelbohrmaschinen überwachen - Schlagwort Condition Monitoring - und im Fehlerfall schnell aus der Ferne eine Diagnose erstellen, Abhilfe schaffen und somit für den Endkunden eine verbesserte Anlagenverfügbarkeit gewährleisten. Zum Beispiel nutzen wir die Daten des PKE, um eine wiederholte Überlast zentral zu melden und rechtzeitig zu beheben. Gleichzeitig können wir mit den Smart Devices unsere Maschinen weltweit vor Manipulation schützen." In der Vergangenheit konnte der Maschinenbediener vor Ort manuell die Auslösekennwerte verändern und so unter Umständen einen Motor dauerhaft unter zu hoher Last fahren. Da heute über das SmartWire-DT-Konzept alle Sollwerte zentral in der Steuerung hinterlegt sind, wird bei Manipulation der Auslösewerte am Motorschutzschalter die Maschine automatisch stillgesetzt und somit Gefahren für den Anwender und die Maschine verhindert.