Pilz-Sicherheitssteuerung überwacht weltweit größten Klima-Wind-Kanal

Rail Tec Arsenal (RTA) ist ein international tätiges, unabhängiges Forschungs- und Testinstitut für Schienenfahrzeuge, Straßenfahrzeuge, neue Transportsysteme und alle technischen Einrichtungen, die extremen klimatischen Bedingungen standhalten müssen. In der Anlage in Wien betreibt RTA zwei voneinander unabhängige Klima-Wind-Kanäle (KWK), jeweils mit separater Messdatenerfassung. Im kleineren KWK mit 33,8 m Länge finden die Klima-Tests mit LKWs oder Bussen statt, im größeren KWK (100 m Länge) haben Lokomotiven samt Wagons Platz. Die KWK bieten eine Optimierung der Versuche, die unter extremen klimatischen und aerodynamischen Bedingungen durchgeführt werden. Die Bandbreite an Klimaverhältnissen reicht von individuell einstellbaren Windgeschwindigkeiten, Luftfeuchtigkeit sowie Beregnungs- und Beschneiungseinrichtungen bis hin zu stufenlos regulierbaren Sonnenfeldern mit einer Leistung von 1 000 W/m².

Vom Nordpol in die Sahara – sämtliche Klimazonen sind simulierbar

Typischer Testaufbau: Bei dem hohen Mess- und Verkabelungsaufwand, darf die
Anlagentechnik nicht der Verursacher von Verzögerungen im Testplan sein.
Anlagentechnik nicht der Verursacher von Verzögerungen im Testplan sein. RTA

Die Testszenarien des KWKs umfassen drei Schwerpunkte: Den Fahrgastkomfort, die Funktionalität einzelner elektronischer und mechanischer Komponenten bei Regen, Schnee und Eis. Hinzu kommt die Energieeffizienz als dritter Aspekt. Dazu erfasst und prüft man bei unterschiedlichen Bedingungen die energetische Bilanz der Fahrzeuge: Es wird der Gesamtenergieaufwand des Fahrzeugs gemessen sowie der einzelner Systemkomponenten. Um den Energiefluss im Fahrzeug beurteilen zu können, installieren die Testingenieure entsprechende Spannungswandler, Stromwandler sowie Leistungsmessgeräte. Weitere Messgrößen sind Drücke in Klimaanlagen und Differenzdrücke einzelner Fahrzeugabteile; in Summe sehr viele und unterschiedliche Messgrößen. „Um den Fahrgastkomfort zu bewerten, ist es wichtig, Temperaturen und die Luftfeuchte an markanten Punkten sowie die Oberflächentemperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten im Fahrgastinnenraum zu messen“, erklärt Manfred Kreitmayer, Leiter Anlagenbetrieb bei RTA. So kommen schon mal 200 bis 250 Sensoren zusammen, die im Fahrgastraum eines Reisezugwagens vor einem Test installiert werden. Entsprechend umfangreich fällt der technische Aufbau im Fahrzeug selbst wie auch im KWK aus.

Wind, Regen und Schnee – Naturgewalten gebändigt

Über die Steuerung PSSuniversal PLC des Automatisierungssystems PSS 4000 läuft die komplette Sicherheitstechnik der beiden Klima-Wind-Kanäle: In Summe rund 60 E/As. Pilz

Für die Sicherheit während der Tests sorgt das Automatisierungssystem PSS 4000 von Pilz. Über dessen Steuerung PSSuniversal PLC erfolgt die komplette Sicherheitssteuerung der KWKs. Jeder einzelne Not-Halt-Taster sowie alle Wind-Geschwindigkeitssignale sind hart verdrahtet mit der Steuerung verbunden. Da die Steuerung sicherstellen muss, dass bei Windgeschwindigkeiten über 50 km/h die Türen verriegeln, werden auch diese Signale überwacht. In Summe laufen rund 60 E/As über PSSuniversal PLC. „Wichtig ist die Zuverlässigkeit: Mit Pilz arbeiten wir schon sehr lange zusammen und die Steuerungstechnik funktioniert einfach zuverlässig. Bei einem internationalen Prüfzentrum wie dem Klima-Wind-Kanal Wien, bei dem man permanent viele Kunden aus dem In- und Ausland vor Ort hat, muss neben der Zuverlässigkeit der Anlage auch die sicherheitstechnische Komponente zu 100 Prozent passen“, sagt Kreitmayer.

Automatisierungssystem für Sicherheit und Automation

Beide Windkanäle sind aus steuerungstechnischer Sicht nahezu identisch; Hardware-technisch sogar absolut gleich. Daher konnten die Programme der Vorgänger-Steuerung, auch von Pilz, mit kleinen Änderungen direkt übernommen werden. „Im Falle eines Umbaus wie beim RTA ist keine neuerliche Risikobeurteilung erforderlich. Da keine Änderungen an der Anlage durchgeführt wurden und der Sicherheitsstandard gepasst hat, handelte es sich um einen reinen Hardwaretausch auf das neueste System“, zeigt Kreitmayer einen weiteren Systemvorteil auf.

Steuerungen PSSuniversal PLC sind im Automatisierungssystem PSS 4000 die Allrounder: entweder als klassische zentrale Steuerung – wie im KWK – oder für Sicherheit und Automation. Das Automatisierungssystem stellt verschiedene Editoren zur Verfügung, mit denen Programme für Sicherheits- und Automatisierungsfunktionen erstellt werden können. Dabei ermöglicht der grafische Editor PASmulti eine einfache Konfiguration beziehungsweise Programmierung der Steuerungssysteme. Parallel dazu stehen PAS STL (Strukturierter Text), PAS LD (Kontaktplan) und PAS IL (Anweisungsliste) nach EN/IEC 61131-3 zur Verfügung. Für einen hohen Grad an Standardisierung und Wiederverwendbarkeit sorgt eine umfangreiche Bibliothek an Software-Bausteinen für sicherheitsgerichtete und Automatisierungs-Funktionen.
Mit dem Automatisierungssystem sind sowohl Sicherheits- als auch Automatisierungsaufgaben realisierbar: Anlagen und Maschinen lassen sich dabei komplett in mechatronische Einheiten zerlegen und wie im Fall des KWK veränderten Anforderungen anpassen. Dies bringt Vorteile, insbesondere für verteilte Anlagen. Eine einfache Wartung und Diagnose unterstützt zusätzlich die Verfügbarkeit von Maschinen.

Klima-Notbremse

Manfred Kreitmayer, Leiter Anlagentechnik RTA: „Bei einem Not-Aus müssen die Abschaltszenarien für die insgesamt 68 Teilsysteme der Windkanäle sicher durchlaufen werden. Dafür sorgt das AutomatisierungssystemPSS 4000.“ Pilz

Es gab bereits Vorfälle, bei dem Not-Halt-Taster betätigt werden mussten. In diesen Fällen wurde die Anlage immer genau nach dem eingestellten Prozedere heruntergefahren. „Es gibt 68 Systeme rund um den KWK, die koordiniert werden müssen – man kann nicht einfach alle zu einem gewissen Zeitpunkt ausschalten“, so Kreitmayer. Deshalb sind dafür Abläufe hinterlegt, die den korrekten Shutdown sicherstellen. Beispielsweise muss bei manchen Situationen die Stromzufuhr zum Umrichter abgeschaltet werden, in anderen muss der Umrichter aber aktiv bleiben, etwa um die Windgeschwindigkeit herunterzufahren.
Aufgrund der Anschlussleistung von rund 10 MW hat das RTA eine direkte Anbindung an das Umspannwerk, aber keine Notstromaggregate. Nur für die Sicherheitssteuerung und wichtige Computersysteme gibt es USV-Anlagen.

Laues Lüftchen oder Orkan auf Knopfdruck

Zu den Kunden zählen Schienenfahrzeughersteller, die Automobilindustrie und, etwas ausgefallener, auch die österreichischen Skispringer. Letztere machen im Klima-Wind-Kanal einmal im Jahr Aerodynamik-Versuche. Der Vorteil eines Klima-Wind-Kanals ist, dass es jedes Wetter auf Knopfdruck gibt. „Darauf greift mittlerweile auch die Automobilindustrie zurück, da es wesentlich günstiger kommt, als im hohen Norden auf das richtige Wetter warten zu müssen“, ergänzt Kreitmayer. Günstig, sprich kostenoptimiert, und sicher, ein Ziel, das in der Anlage in Wien dank moderner Automatisierungstechnik erfolgreich erreicht werden konnte.

(sk)