Technische Informationen

Elektronische Leistungsüberwachung als Alternative zur mechanischen Drehmomentüberwachung in der Fördertechnik


Einleitung

Beim Transport von Schüttgütern mittels mechanischen Förderern treten immer wieder Probleme auf, die zur Beschädigung - im schlimmsten Fall sogar zur Zerstörung - der Förderanlage führen können. Zur Vermeidung dieser Beschädigungen werden häufig mechanische Überwachungseinrichtungen wie Rutschkupplungen, Scherstifte und Drehmomentmeßnaben eingesetzt. Eine günstige und effiziente Alternative zu dieser Überwachungsmethode bietet die elektronische Leistungsüberwachung des Antriebsmotors durch Unipower-Wirkleistungskontrollmodule der Fa. Bernd Fischer Industrie-Elektronik, Blender-Einste.


Funktionsweise

Die am häufigsten in Industrieanlagen genutzte Antriebsart ist der Elektromotor, der ein Drehmoment zur Verfügung stellt, das in der Förderanlage in einen Volumenstrom oder in einen Druck umgewandelt wird. Durch kontinuierliches Messen, Anzeigen und Überwachen des Drehmomentes ist es für den Fall, daß die Prozesse instabil werden möglich, einzugreifen.

Bei der Anwendung dieser seit langem bekannten Erkenntnisse entstanden bisher jedoch mehrere Probleme:

  •     schlechtes Preis- /Leistungsverhältnis: Alle erhältlichen mechanischen Drehmomenteinrichtungen sind nicht sehr robust und zudem noch sehr kostspielig, so daß ihre Anwendung auf sehr teuere Anlagen beschränkt bleibt.
  •     begrenzte Anwendbarkeit: Sie sind in bestimmten Umgebungen, z.B. explosionsgefährdeten Bereichen, nicht oder nur mit großem Aufwand anwendbar.
  •     aufwendige Installation: Zwischen dem Sensor und der Auswerteeinrichtung ist immer eine Kabelverlegung erforderlich.


Beim Messen dieser Größen geht aber der direkte Bezug zum Drehmoment verloren und eine effiziente Überwachung des Drehmomentes ist somit nur noch eingeschränkt möglich. (Abb.).
Mit den Unipower-Modulen steht nun ein System zur Verfügung, das das Drehmoment indirekt über eine schnelle und exakte Messung der Leistungsaufnahme des Antriebmotors erfaßt. Dabei wird der bekannte proportionale Zusammenhang zwischen der aufgenommenen Wirkleistung, der abgegebenen Wellenleistung und dem Drehmoment ausgenutzt.

Die große Schwierigkeit bei der elektronischen Leistungsüberwachung ist die Erfüllung der vielen Voraussetzungen zur Messung und Auswertung des Drehmomentes:

  •     Leistungsermittlung nach der Formel P=√3 x U x I x cosφ
  •     hohe Wiederholgenauigkeit der Messung
  •     hohe Reaktionsgeschwindigkeit
  •     (maximal eine Halbwelle des Netzes : 10ms bei 50Hz)
  •     korrekte Werte auch bei nicht-sinusförmigen Stromverläufen (erforderlich bei der Messung von Frequenzumrichtern: Crestfaktoren bis 10)
  •     zusätzliche Hilfseinrichtungen wie Startverzögerung, automatisches Nullen und Spitzenspeicher für maximale und minimale Werte


Durch die Verwendung eines Mikroprozessor-Systemes sind die Unipower-Module in der Lage, diesen zahlreichen Ansprüchen gerecht zu werden und können so das Drehmoment indirekt erfassen.

Die schnelle und exakte Messung wird bei diesem Meßprinzip durch eine Schaltung erreicht, die den Stromwert für jede Halbwelle integriert. Für sinusförmige Ströme entspricht das Ergebnis der Integration von I x cosf. Die Multiplikation von U und I x cosf erfolgt mittels der CPU. Dieses Meßprinzip besitzt eine hohe Dynamik - selbst bei nicht-sinusförmigen Verläufen.


Anwendungsmöglichkeiten

Die leichte Integration, auch in bestehende Anlagen, und die unkomplizierte Bedienung der Unipower-Module sind entscheidende Vorteile, so daß sich ihr Einsatz nicht nur auf die Überwachung von Förderanlagen beschränkt. Sie werden schon seit Jahren in mehreren Hundert Anlagen zur Überwachung auf Unter- und/oder Überlast bei Schneckenförderen, Transportbändern, in Hubeinrichtungen, an Elevatoren, Rohr- und Trogkettenförderern etc. eingesetzt.

Auch das folgenreiche Problem der Blockierung von Förderanlagen wird von den Unipower-Modulen erkannt. Falls ein Fremdkörper zusammen mit dem Fördergut in die Anlage eindringen sollte und die Förderschnecke blockiert, wird der Leistungsanstieg erkannt und der Antrieb abgeschaltet. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß dieser Leistungsanstieg unabhängig vom Füllstand der Förderanlage betrachtet wird. So kann die Anlage im Leerlauf oder bei maximalem Förderstrom schon durch einen geringen Drehmomentsprung abgeschaltet werden. Eine kostenintensive Reparatur- und Stillstandzeit wird vermieden und die Produktion kann nach Entfernung des Fremdkörpers weiterlaufen.

Alternativ zu den Leistungswächtern werden zur leistungsabhängigen Beladesteuerung von Brechern und Mühlen, zur Viskositäts- und Füllstandüberwachung bei Mischanlagen und zur Energiemessung von Maschinen und Werksanlagen seit längerer Zeit eine breite Palette von Unipower-Meßumformern eingesetzt.


Zusammenfassung

Durch die leichte Nachrüstung von bestehenden Anlagen und den geringen Preis bietet die Aufrüstung von Produktions- und Transportanlagen mit Unipower-Modulen eine kostengünstige und effiziente Alternative zu mechanischen Überwachungen. Da der Meßpunkt immer innerhalb des Schaltschrankes liegt, bedarf es weder eines mechanischen Eingriffs in die Kraftübertragung, noch einer teuren Kabelverlegung zwischen Antrieb und Schaltschrank. Durch selbstständiges Erkennen der Anlaufspitze des Motors und der hierdurch aktivierten Startunterdrückungszeit kann der Grenzwert für die Maximalleistung im Gegensatz zu mechanischen Überlastsicherungssystemen, unterhalb des für die Anlaufphase benötigten Drehmomentes gelegt werden.

Letztendlich entscheidet jedoch immer der praktische Einsatz über die anzuwendende Auswertestrategie. Hierbei haben die Unipower-Wirkleistungswächter und -Meßumformer schon vielfach auch bei sehr diffizilen Überwachungsaufgaben ihre Qualitäten gezeigt. Durch das schon bei der Entwicklung Anfang der neunziger Jahre angewandte Baukastenprinzip und die konsequente Verwendung eines Mikroprozessor-Systemes können auch sehr schnell Überwachungsaufgaben gelöst werden, für die noch kein passendes Modul zur Verfügung steht.