Zusammenfassung: Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit dem Einsatz von Delta-SPS und HMI in Hochleistungs-Luftkompressoren und den damit verbundenen Vorteilen. Schlüsselwörter: Luftkompressor; SPS; HMI; Gemeinsame Inbetriebnahme mehrerer Maschinen; Gasgesteuert; Elektrisch gesteuert. I. Designziel Aus Kostengründen wurden in der Luftkompressorenindustrie lange Zeit Mikrocomputer-Steuerungen und digitale Röhrenanzeigen für Betriebszustand und Parameterwerte eingesetzt. Obwohl die Herstellungskosten dieses Systems niedrig sind, ist es aufgrund seiner Störanfälligkeit, der umständlichen Modifizierung von Prozessprogrammen und Funktionserweiterungen sowie der Herausforderungen seitens der Kunden schwer zu bewältigen. Hinzu kommt der ungleichmäßige und intermittierende Luftverbrauch, bedingt durch die Produktionsprozesse und -zeiten, der zu starken Schwankungen führt. Wird die Luftversorgung auf Basis des Spitzenverbrauchs geplant, entsteht ein enormer Energieverlust durch den Einsatz von Hochleistungsmotoren zur Anpassung an die Luftversorgung mittels Leerlauf- und Kapazitätsanpassung. Durch den Einsatz von SPS und HMI lassen sich alle Funktionen von Mikrocontrollern problemlos realisieren und die Probleme von Anwendern mit unterschiedlichen Anforderungen lösen. II. Hardware-Architekturdiagramm 1: Netzwerkarchitekturdiagramm Diagramm 2: SPS-Verdrahtungsdiagramm DP210, PWS3760: Funktionale Bedienung; Informationsanzeige; Informationsabfrage; DVP14ES00R: Kommunikationsschnittstelle, Daten- und Logikverarbeitung sowie Ausführung gemeinsamer Debugging-Programmaufgaben; DVP20EX00R: Kommunikationsschnittstelle, Daten- und Logikverarbeitung sowie Ausführung eigenständiger Programmaufgaben. E/A-Zuordnung: IV. Software-Design Die Software gliedert sich in zwei Teile: SPS-Programmdesign und HMI-Design. Das SPS-Programmdesign umfasst eigenständiges Programmdesign und Programmdesign für das gemeinsame Debugging mehrerer Maschinen: Eigenständiges Programmdesign umfasst Prozessaktionen (Start, Gas- oder elektrische Steuerung, Abluftventilbetätigung und Kühlsystembetätigung usw.), Alarme und Alarmbehandlung, analoge Größenabtastung (Temperatur und Druck), Bildschirmwechsel, Kommunikation usw.; Das gemeinsame Debugging-Programmdesign dient hauptsächlich der logischen Addition und Subtraktion mehrerer Geräte über die RS-485-Schnittstelle gemäß den Zieldruckanforderungen. Das Schnittstellendesign umfasst DP210- und PWS3260-Schnittstellen: DP210-Schnittstelle: Anzeige von Einzelgeräteinformationen und -funktionen wie Einzelgerätebetrieb/-stopp, Modusumschaltung, Fehlerabfrage und -rücksetzung, Abfrage der Betriebs-/Lastzeit, Wartungserinnerung und Benutzerparametereinstellungen. PWS3260-Schnittstelle: Im Einzelgerätebetrieb werden Betriebsstatus und Alarminformationen jedes Geräts, Fernstart/-stopp und autorisierte Vor-Ort-Betriebseinstellungen angezeigt; im Online-Betrieb werden der Zuordnungsstatus jedes Geräts, der Ausgangsdruck und die Ausgangstemperatur jedes Geräts, Fehlerabfrage und -rücksetzung, Abfrage der Betriebs-/Lastzeit, Wartungserinnerung, Benutzerparametereinstellungen, autorisierte Vor-Ort-Betriebseinstellungen und die Gasversorgungsdruckkurve angezeigt. V. Grundfunktionen 1. Mehrmodusbetrieb: A. Standalone-Betrieb mit automatischer Gas-/Elektrosteuerung: Automatische Umschaltung zwischen Gas- und Elektrosteuerung. B. Automatischer Online-Gasregelungsbetrieb: Keine elektrische Steuerung. C. Manueller Gas-/Elektroregelungsbetrieb: Manuelle Umschaltung zwischen Gas- und Elektroregelung. Gasregelungsbetrieb: Im Teillastbetrieb (Anlauf im Volllastbetrieb verboten) wird nach 2 Sekunden Anlauf des Motors im Stern-Dreieck-Verfahren das Lademagnetventil aktiviert und beaufschlagt. Sobald der eingestellte Druck erreicht ist, wird das Lademagnetventil deaktiviert und die Verbindung getrennt, während die Haupteinheit weiterläuft. Nach 20 Minuten kontinuierlicher Deaktivierung des Magnetventils wechselt das System in den Leerlauf-Abschaltmodus. Sinkt der Druck auf den eingestellten unteren Grenzwert, startet das System neu, und das Lademagnetventil aktiviert sich 2 Sekunden nach dem Start. Im Automatikbetrieb schaltet das System nach drei Leerlauf-Abschaltungen innerhalb von 90 Minuten automatisch in den rein elektrischen Regelbetrieb. Elektrisch geregelter Betrieb: Im Teillastbetrieb (Anlauf im Volllastbetrieb verboten) wird nach 2 Sekunden Anlauf des Motors im Stern-Dreieck-Verfahren das Lademagnetventil aktiviert und beaufschlagt das System mit Gas. Sobald der Druck den eingestellten Wert erreicht, wird das Magnetventil für die Lastregelung stromlos geschaltet und getrennt. Das Hauptgerät schaltet sich nach 10 Sekunden ab. Schließt der Druckschalter jedoch innerhalb von 10 Sekunden, läuft das Hauptgerät weiter. Im Automatikmodus schaltet das System nach drei elektrischen Regelvorgängen innerhalb von 30 Minuten automatisch in den automatischen Gasregelungsmodus. 2. Parametereinstellungen: Obere und untere Grenzwerte für den Abgasdruck: Vom Benutzer entsprechend dem Gasverbrauch einzustellen. Das System hat einen oberen Grenzwert von 16 kg und einen unteren Grenzwert von 7 kg voreingestellt. Die oberen und unteren Grenzwerte können im Bereich von 0–16 kg angepasst werden. Ist der untere Grenzwert jedoch größer als der obere, wird er automatisch auf den gleichen Wert eingestellt. Lüfterstart- und Lüfterstopptemperatur: Standardmäßig sind die Werte auf 75 °C bzw. 70 °C eingestellt. Der obere Grenzwert kann für beide auf 85 °C geändert werden. Wartungszeiteinstellungen: Umfasst die Wartungszeiteinstellungen für die gesamte Maschine, den Ölfilter, den Ölabscheider und den Luftfilter. Alle Wartungszeiteinstellungen sind passwortgeschützt und werden vom Hersteller festgelegt. Benutzereinstellungen erfordern die Autorisierung des Herstellers. Sobald die Wartungszeit für die gesamte Maschine abgelaufen ist, wird das System zwangsweise heruntergefahren und neu gestartet, bis das Herstellerpasswort gelöscht wird. Sobald die Wartungszeit für andere Komponenten abgelaufen ist, muss der Benutzer die entsprechende Meldung löschen und die Teile austauschen. 3. Statusanzeige: Abgasdruck/Abgastemperatur, Leerlauflaufzeit/Lastlaufzeit, Status der Haupteinheit: Haupteinheit läuft/Haupteinheit aus, Laststatus: Last läuft/Leerlauf, Betriebsmodus: Standalone-Klimatisierung/elektrische Klimaanlage läuft, Online-Betrieb, Manuelle Klimaanlage/elektrische Klimaanlage läuft, Status des Kühlers: Lüfter [Kühlpumpe] läuft/Lüfter [Kühlpumpe] aus, Verbleibende Wartungszeit: Verbleibende Wartungszeit für die gesamte Maschine, verbleibende Wartungszeit für den Ölfilter, verbleibende Wartungszeit für den Ölabscheider, verbleibende Wartungszeit für den Luftfilter. 4. Schutzfunktionen: A. Blinkende Anzeige verschiedener Alarmmeldungen und Aufzeichnung zur späteren Verwendung, einschließlich: Phasensequenzfehler (Start verboten); Überlastung der Haupteinheit (Not-Aus); Überlastung des Lüfters (Not-Aus); Hohe Temperatur der Haupteinheit (Not-Aus); Hohe Abgastemperatur (Not-Aus); Drucksensorausfall (Not-Aus); Verstopfung des Ölfilters (Alarm); Verstopfung des Ölabscheiders (Alarm); Verstopfung des Luftfilters (Alarm). B. Doppelte Temperaturüberwachung und Schutz: Zusätzlich zur PT100-Temperaturüberwachung am Abluftanschluss ist ein Ablufttemperaturschalter integriert, um die Systemsicherheit im Falle eines PT100-Ausfalls zu gewährleisten. C. Nach Ablauf der Gesamtwartungszeit wird das System zwangsweise abgeschaltet und ein Neustart ist untersagt. D. Zur zusätzlichen Sicherheit ist ein Not-Aus-Schalter im Steuerkreis vorhanden. 5. Abfragefunktion: Abfrage von Fehlerprotokollen, Lastlaufzeiten, Gerätelaufzeiten, Systemwartungszeiten und Druck-Zeit-Schwankungskurven. VI. Erweiterte Funktion: Mehrmaschinen-Kooperation: Um den Anforderungen verschiedener Kundengruppen gerecht zu werden und die Konfiguration des Luftversorgungssystems jederzeit zu vereinfachen – sowohl für geringe als auch für hohe Bedarfsschwankungen –, verfügt dieses System über eine Mehrmaschinen-Kooperationsfunktion. Kunden müssen lediglich den Betriebsmodus am Host-Computer auf Mehrmaschinen-Kooperation einstellen und die Anzahl der aktuell beteiligten Geräte im Benutzerparameter-Einstellungsbildschirm eingeben. Das System passt die Anzahl der in Betrieb befindlichen Geräte automatisch an den aktuellen Luftbedarf an, um eine bedarfsgerechte Luftversorgung zu gewährleisten und die Betriebskosten zu senken. VII. Zusammenfassung: Der Einsatz von SPS und HMI bei Schraubenkompressoren kann Mikrocontroller problemlos ersetzen und führt zu einer höheren Leistung.