Die Produktionslogistiksystemlösung von Fb Automation fährt große Holzplatten durch eine Halle. Das Schienennetz versorgt den QVW dabei mit Strom – allerdings nicht auf zwei Kreuzungen. Hier braucht es ein aktives Energiemanagementsystem. (Bild: Michael Koch)
Den etwa 4,5 t schweren Querverschiebewagen hat Fb Industry Automation kundenindividuell für den Materialtransport von großen und schweren Holzplatten konzipiert. Diese transportiert der QVW von deren Anlieferung bis zur Bearbeitungsstelle quer durch die etwa 70 Meter lange Halle Produktionshalle und das sieben Tage die Woche in drei Schichten pro Tag. Dabei fährt er über ein am Boden befestigtes Schienensystem, welches den QVW mit Strom versorgt. Auf dem Hin- und Rückweg muss der der elektrisch angetriebene QVW je zwei Kreuzungen überwinden. Die Herausforderung in diesem Fall bestand darin, dass es bei den Kreuzungen auf einer Länge von je acht Metern zwar Schienen gibt – allerdings keine Stromversorgung. Daher benötigt der QVW für diese Strecken eine netzunabhängige Energieversorgung, welche die modularen Energiespeicher- bzw. Energiemanagementsystem von Michael Koch übernehmen.
Stützzeit von 20 s mit 10 kW
Speicher-Manager DSM 4.0 von Michael Koch für einen netzunabhängigen Betrieb. Michael Koch
Beim QVW beträgt die Stützzeit pro Übergang 20 s, wobei er eine Stützleistung von 10 kW benötigt. Die Stützzeit gibt an, wie lange die Energiemanagementlösung bei voller Belastung und einer Unterbrechung der Netzspannung weiterhin spezifikationskonforme Versorgungsspannungen liefert. Die Stützleistung holt sich das Energiemanagementsystem aus der Bremsenergie und den Nachladephasen in den Stationen am Anfang und Ende der Fahrt. Während der Stützfahrt in den Kreuzungen gibt das Energiemanagementsystem diese Leistung dann wieder an den QVW ab.
Der QVW beschleunigt bzw. verzögert mit 1 m/s² und transportiert pro Fahrt bis zu 12 t schwere Holzplatten. Im voll beladenen Zustand fährt der QVW mit einer Geschwindigkeit von 0,6 m/s über die Kreuzungen. Pro Antrieb haben die vier elektrischen Fahrantriebe des QVW eine Leistung von 2,3 kW, in Summe 9,2 kW. Ein Drive Controller mit direktem Zwischenkreisanschluss steuert die Antriebe. Die Dauerleistung im DC-Zwischenkreis, auch DC Link genannt, beträgt 18,7 kW. Damit kann der QVW die Holzplatten problemlos innerhalb der Halle von der Anlieferung bis zur Bearbeitung transportieren.
Mehr als nur ein Energiespeicher
Die sichere Entladeeinheit SDU für Kapazitäten im Gleichstromkreis bis etwa 400 Kilojoule Energie Michael Koch
Bei den Wägen von Fb Industry besteht das Energiemanagementsystem für den netzunabhängigen Betrieb aus fünf dynamischen Speicher-Managern DSM 4.0, fünf Doppelschichtkondensatoren DSKM, auch Supercaps genannt, einer sicheren Entlade-Einheit SDU 401, einer SDU 400 sowie einer 24-VDC-Versorgung. Das Herz dieses Systems sind jedoch die fünf DSM 4.0. Diese setzen ihre Funktion mitten im Antriebssystem an: am Gleichstromzwischenkreis des Drive Controllers. Sie kümmern sich sozusagen um den Energiehaushalt des Drive Controllers und sind somit der entscheidende Baustein für den netzunabhängigen Betrieb des QVWs. Pro Speicher-Manager sind mit Supercaps bis zu 1600 kJ möglich.
Um die Sicherheit für sein Montage- und Wartungspersonal zu erhöhen, wollte der Kunde zusätzlich eine sichere – da schaltbare – Entladungsmöglichkeit für die Energiespeicher. Speziell für solche Einsatzfälle hat Koch die überlastsichere Entladeeinheit SDU entwickelt. Sie entlädt die Kapazitäten in wenigen Minuten auf das gewünschte sichere Spannungsniveau. Mit einer Entladeleistung von rund 1400 W nimmt die SDU eine Energiemenge von ca. 400 kWs auf. Dies ermöglicht im Wartungsfall Arbeiten am Schaltschrank.
Einfache Auslegung
Die einzelnen Geräte und Komponenten des Energiemanagements werden in Bezug auf den definierten Einsatzfall konfiguriert und die Parameter ab Werk abschließend eingestellt. Dabei erfolgt die technische Auslegung über Simulationen der realen Belastungsprofile in der konkreten Systemumgebung. Tests der einzelnen Produktionsschritte und eine Abschlussprüfung vor der Auslieferung ermöglichen ein anforderungsgerechtes aktives Energiemanagementsystem.
Für die Simulationen bietet Koch ein frei verfügbares Tool an. Nach Eingabe weniger Anwendungsparameter ermittelt das Tool einen ersten Lösungsvorschlag, der dann als Grundlage für die weitere Definition des passenden Systems dient (s. Kasten). Anwendungsspezifisch stellt das Unternehmen auch mit seinem Vertriebsteam die Konfiguration zusammen und liefert diese mit Speicher und Absicherung aus. Bei der Montage vor Ort bedarf es lediglich des elektrischen Anschlusses und das aktive Energiemanagementsystem ist betriebsbereit. Es ist also weder eine aufwändige Inbetriebnahme noch Programmieraufwand notwendig – kurz: Plug & Play. Dies zudem wartungsfrei, weil die Energiemanagementsysteme von Koch keiner Wartung bedürfen. Sollte sich doch ein Problem im System oder bei einer Komponente ankündigen, etwa unerwartet hohe Ströme oder zu hohe Temperaturbelastungen der Elektronik, dann sendet der DSM 4.0 diese Statusmeldungen an die übergeordnete Steuerung und weißt so auf mögliche Risiken hin.
DC-Link-Energie einfach auslegen
Das Webtool hilft beim Auslegen dynamischer Energiespeicherlösungen. Michael Koch
Das Tool mit intuitiver Menüführung erleichtert die erste Auswahl eines passenden Energiemanagementsystems für Drive Controller: Mit der Vorauswahl wird die Applikation und somit das Produkt bestimmt, danach werden die Daten der Anwendung eingegeben. Anschließend meldet das Tool als Ergebnis eine oder mehrere technisch passende Produktkonfigurationen zurück. Grundlage der Berechnungen ist eine Simulation der Applikation auf der Grundlage der eingegebenen Leistungen und Zeiten, wodurch das Ergebnis technisch über eine erste Orientierung hinausgeht.
Das Webtool deckt mehrere Bereiche ab, ob Bremsenergie gepuffert oder Energie für den Notfall vorgehalten werden soll. Für beide Fälle als separate Aufgabe und auch für die Kombination der beiden Fälle werden die technisch sinnvollen Lösungen berechnet. In Bezug auf Leistung und Energiemenge reicht das berechenbare Spektrum von kleinsten, einfachen Einheiten bis zu Lösungen, die mehrere Schaltschränke füllen. Die Ergebnisse der tiefgehenden Berechnungen vermitteln einen belastbaren Eindruck davon, wie das technisch passende System aussieht. Da in die endgültige Auslegung des Systems noch weitere Anforderungen und spezielle Rahmenbedingungen einfließen können, erfolgt diese nach wie vor im direkten Kontakt zwischen Koch und dem Anwender.
Thomas Herold
(ml)
