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In Prüfständen wie diesem werden Hilfstriebwerke auf Herz und Nieren geprüft.
Bei Turbinenprüfständen ist es wichtig, dass defekte Aggregate nicht zerstört werden. Deswegen gilt den Sicherheitsabschaltungen besonderes Augenmerk.
Der Umstieg von der bisherigen Steuerung auf den PAC war 2010 nötig geworden, weil künftig weitere Hilfstriebwerk-Typen, darunter eine  Turbine für das Transportflugzeug C130 J, auf dem Prüfstand gefahren und ausgewertet werden sollten.

Die Turbinen, die auf dem Prüfstand liegen, laufen in Spitzen mit 70.000 Umdrehungen pro Minute. Nicht vorstellbar, was bei unbeabsichtigter Drehzahlüberschreitung während des Testlaufes geschehen würde: „Dann fliegt dem Prüfer das Ganze um die Ohren – im übertragenen Sinne gesprochen. Denn natürlich darf sich aus Sicherheitsgründen bei laufender Turbine keine Person in der Testzelle befinden“, sagt Günter Tiefensee, Geschäftsführer beim Automatisierer Contec aus Meckenbeuren.

Ein deutsches Unternehmen fertigt die Hilfstriebwerke und Getriebe und hat den dafür erforderlichen Turbinenprüfstand konstruiert. Contec übernahm die Ausstattung des Prüfstands mit der nötigen Automatisierungstechnik. Die Wahl viel dabei auf Komponenten von Rockwell Automation. Denn mit den zusätzlichen Sicherheitsabschaltungen, die problemlos in die Steuerung integrierbar ist, lässt sich das beschriebene Worst-Case-Szenario ausschließen. Für die Lösung von Rockwell sprachen noch weitere Gründe: Steuerungs- und Messtechnik sind in einem System integriert, die Lösung beherrscht Gleitpunktarithmetik, ist einfach skalierbar und bietet zudem Reporting-Möglichkeiten. 1988 wurde der Prüfstand für Reparaturen und Überholungen des Secondary-Power-Systems des Kampfjets Tornado von einem italienischen Unternehmen in Betrieb genommen

Mess- und Steuertechnik als integriertes System

Traditionell sind Prüfstände mit separater Automatisierungstechnik für die Steuerung der Aggregate und konventioneller Messtechnik zum Erfassen der Messwerte ausgerüstet. Eine der Grundvoraussetzungen war es jedoch, prüfstandseitige Steuerungs- und die prüflingsseitige Messtechnik in einem Equipment unterzubringen – die kostengünstigere und einfachere Variante. Das Automatisierungsunternehmen ließ sich von Rockwell eine exakt auf die Bedingungen passende Messtechnik in die Steuerung integrieren.

Die integrierte Messtechnik sorgt dafür, dass sich alle vom Prüfobjekt gelieferten Werte mit der erforderlichen Genauigkeit übernehmen, aufzeichnen und auswerten lassen. Mit einer separaten Messtechnik wäre der Automatisierer in diesem Fall weit über das Ziel hinausgeschossen, da der Abnahmeprüfstand der Italiener nicht für Neuentwicklungen genutzt wird, sondern nur bestimmte Abläufe wiederholt und die Ergebnisse geprüft werden. Auch das sonst aufwendige, jährliche Kalibrieren der Messtechnik fällt weg, da die Rockwell-Software ein eigenes, internes Kalibrierverfahren enthält. Mit dieser kann der Anwender das Messsystem eigenständig kalibrieren.

Generationswechsel ohne Hürden

Der Umstieg von der bisherigen PLC-5-Steuerung auf den Produktnachfolger Allen-Bradley Controllogix PAC war 2010 nötig geworden, weil künftig weitere Hilfstriebwerk-Typen, darunter eine  Turbine für das Transportflugzeug C130 J, auf dem Prüfstand gefahren und ausgewertet werden sollten. Hierzu waren auch softwareseitig entsprechende Erweiterungen nötig. Aufgrund der guten Erfahrungen der letzten 23 Jahre entschied sich das italienische Unternehmen, Rockwell als Lieferanten beizubehalten. Für die Migration benötigte Contec mit den Konvertierfunktionen des Programmierwerkzeuges RS Logix 5000 nur wenige Tage. So ließen sich die Steuerungsprogramme zu 90 % automatisiert von der alten PLC auf den neuen PAC übertragen.

Wie sein Vorgänger beherrscht auch die Controllogix-Steuerung die sogenannte Gleitpunktarithmetik und verfügt außerdem unter anderem über schnelle CPUs, skalierbare Steuerungs-Komponenten und Vernetzungsfähigkeiten. Wenn es kritisch wird, leistet Rockwell auch kurzfristig Support aus eigenen Service-Stützpunkten – weltweit.

Kein Triebwerk zerstören

Bei Turbinenprüfständen ist es wichtig, dass defekte Aggregate bei der Prüfung nicht zerstört werden. Deswegen gilt den Sicherheitsabschaltungen besonderes Augenmerk. Die Hilfstriebwerke verfügen üblicherweise über zwei Sicherheitsschwellen: eine turbineninterne Kontrolleinheit, welche die Drehzahl erfasst und bei einer bestimmten Überdrehzahl abschaltet, sowie eine zusätzliche hydraulische, mechanische Abschaltung. Günter Tiefensee erläutert dazu: „Wird nun auf dem Prüfstand die elektronische Drehzahlbegrenzung herausgenommen, weil man die letzte Schwelle testen will, gibt es in diesem Falle keine Obergrenze mehr. Daher setzen wir eine weitere Sicherheitseinrichtung ein, die – wird eine bestimmte Drehzahl überschritten – innerhalb von Sekundenbruchteilen die Kraftstoffzufuhr abstellt.“ Diese Sicherheitsabschaltung hat das Automatisierungsunternehmen selbst entwickelt. Die Sicherheitsabschaltung wird mit der Steuerung über das Eweb-Kommunikationsmodul von Rockwell verbunden. Mit diesem Modul ist eine TCP/IP-Kommunikation zum PAC möglich. Dazu wird die Socket-Programmierung im PAC verwendet. Entsprechende Beispiele und Programmroutinen hat Rockwell entwickelt und dem Kunden zur Verfügung gestellt

Lückenlose Kontrolle

Für die lückenlose Datenhistorie kommt in dem Prüfstand die Software Factorytalk Historian SE zum Einsatz, mit der sich Messwerte über den kompletten Prüfbereich aufzeichnen lassen. Zur Visualisierung und für das Reporting der Daten wird Factorytalk Vantagepoint verwendet, über dessen Web Interface kann der Anwender bei Bedarf Reporting-Funktionen nutzen, ohne direkt vor Ort zu sein. Das bisherige Verfahren war hinsichtlich der Taktraten und der Dauer für die Datenaufzeichnung limitiert und lieferte nur begrenzt Informationen, um dynamische Prozesse auszuwerten. Jetzt zeichnet das Unternehmen die gesamten Daten auf. So kann der Prüfer auch früheren Messungen aufrufen, diese nachträglich vergleichen und hat somit umfangreichere Möglichkeiten für Reporting und Diagnose.

Die Visualisierungskomponenten von Factorytalk View ermöglichen den Prüfstandsbetreibern außerdem die einfache Kommunikation mit dem Prüfstand. Mit simplen Kommandos kann der Operator den kompletten Testlauf steuern, ihn starten, die Reihenfolge der Tests bestimmen und direkt auf die Daten der Steuerung zugreifen. Um stets über den aktuellen Prüflauf informiert zu sein, bekommt er alle Daten konzentriert auf einer Oberfläche zur Verfügung gestellt. Zusätzlich können in Visual Basic erstellte Programmkomponenten komplette Prüfläufe einleiten. Neue Messroutinen lassen sich so einfach in das Gesamtsystem aus Steuerung und Messung integrieren. Ermöglicht wird diese Vorgehensweise durch die Factorytalk Services, die den Zugriff der Softwarepakete auf eine Datenquelle ermöglichen und somit das Datenhandling vereinfachen. Dies verringert die Entwicklungszeit und die Fehlerquellen. Das Gesamtsystem ist so skalierbar, dass es sich jederzeit neu konfigurieren und ausbauen lässt, um für die jeweiligen Bedingungen gerüstet zu sein.

Über ihren Servicevertrag haben Günter Tiefensee und seine Kollegen jederzeitigen Zugriff auf die Knowledge Base und den technischen Support von Rockwell. Bei Contec plant man derweil, das erfolgreiche Prüfstandsmodell auch in anderen Bereichen einzusetzen; konkret gibt es Gespräche mit einem Schiffsmotoren-Hersteller. „Hier punkten wir mit der Langlebigkeit unseres Systems“, so Tiefensee, „das lässt sich auch ganz leicht nachweisen: Während der Prüfstand des italienischen Kunden seit 23 Jahren zuverlässig läuft, ist ein vergleichbares System der italienischen Luftwaffe, das mit herkömmlicher Mess- und Regeltechnik zum gleichen Zeitpunkt aufgebaut wurde, schon seit einiger Zeit nicht mehr in Betrieb – und dies liegt nicht an fehlenden Aufträgen!“