Projektdetail

Pilotanlage CoBra – Entwicklung der zentralen Steuerung einer Forschungsanlage

Auf einen Blick

Branche: Automatisierungstechnik
Endkunde: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Projekt: Lieferung einer fehlersicheren speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), Programmierung, Softwareerstellung
Besonderheiten: Forschungsanlage für CO₂-arme Technologien in der Industrie
Projektlaufzeit: 2021 bis 2023

Ausgangssituation und Ziele: Für die neue Versuchsanlage „CoBra“ am Standort Cottbus benötigte das DLR-Institut für CO₂-arme Industrieprozesse Cottbus/Zittau ein System zur Betriebsüberwachung. Bei der Anlage handelt es sich um eine Hochtemperatur-Wärmepumpe, die auf einem linksläufigen Brayton-Kreisprozess basiert. Sie liefert ca. 200 kW Hochtemperaturwärme (T > 250°C) für Industrieprozesse. Um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten, müssen verschiedene Komponenten und Zustände überwacht werden. Im Fall einer Fehlermeldung durch eine der Komponenten oder beim Überschreiten eines Grenzwertes in vordefinierten Messstellen muss die Steuerung diese Gefahr erkennen und die Gesamtanlage sicher herunterfahren. Mit der Lieferung einer entsprechenden speicherprogrammierbaren Steuerung wurde ASCORI beauftragt.

Projektumfang: Die Steuerung ist eine zentrale Komponente der Versuchsanlage, welche verschiedene Anlagenteile und Teilkomponenten steuerungstechnisch über unterschiedliche Kommunikationswege miteinander verbindet. Per OPC-UA werden Steuerbefehle aus dem Versuchsleitstand an die Komponenten und Teilanlagen gesendet bzw. Daten der Komponenten und Teilanlagen dem Leitstand zur Verfügung gestellt. Damit ist die Steuerung das Gateway zwischen dem Programm des Leitrechners (d. h. dem jeweiligen Forschungsvorhaben) und der Anlagenhardware, insbesondere der gesamten Aktorik.
Eine wichtige Aufgabe ist es dabei, sicherheitsgerichtete Signale und Messwerte aus dem Forschungskomplex einzulesen, sicher zu verarbeiten und damit sicherheitsgerichtete Schalthandlungen auszuführen.

Folgende Arbeiten wurden von ASCORI durchgeführt:

• Mitwirkung bei der Erstellung des Programmablaufplanes als Vorgehens- und Arbeitsweise des Forschungsbetriebes
• Auslegung der fehlersicheren SPS-Hardware für die sicherheitsrelevanten Sensoren incl. der Geräteauswahl für die Peripherie
• Planung (Elektrokonstruktion) sämtlicher Steuerungskomponenten
• Programmierung/Softwareerstellung der SPS und der graphischen Bedienoberfläche (inkl. Anlagenvisualisierung)
• Einrichtung des PROFINET-Netzwerkes mit mehreren Geräten (Messwertumformer, Frequenzumrichter, Sensor/Aktor-Peripherie)
• Einrichten einer OPC-UA-Kommunikation zur Infrastruktur der Forschungs-IT für die Bereitstellung sämtlicher Messwerte und Signale
• Einlesen digitaler, analoger (4-20mA, 0-10V) und RTD-Signale (Temperaturwerte); Einlesen von Signalen/Messwerten über IO-Link.
• Montage und Inbetriebnahme des gesamten Steuerungssystems inklusive der Sensorverkabelung und der Schnittstellen zu Teilkomponenten.

Für die Prüfung der Bedienhandlungen des Leitstands wurden großzügige Toleranzen gewählt, um Bedienhandlungen nur dann zu blockieren, wenn es aus maschinenbaulicher Sicht unbedingt notwendig ist. So können für den Forschungsbetrieb und die Betriebsparameterfindung maximale Freiheitsgrade erreicht werden.
Die Anlagenvisualisierung wurde mit SIEMENS WinCC umgesetzt. Die Steuerungsaufgaben, der Signalaustausch sowie das Sammeln, Skalieren und Weiterleiten sämtlicher Sensordaten der Anlage wurde mit dem Prozesssteuerungsrechner LabVIEW via OPC-UA realisiert.

Ergebnis: ASCORI lieferte einen Steuerschrank mit sämtlichen Steuerungskomponenten einschließlich einer programmierten Safety-SPS SIEMENS SIMATIC 1500 (erstellt mit der Projektierungssoftware SIEMENS TIA PORTAL). Die Lieferung umfasste zudem eine ausführliche Betriebsanleitung mit detaillierten Informationen zum Aufbau und zur Funktionsweise der Anlagensteuerung. Die Pilotanlage CoBra wurde am 8. September 2022 eingeweiht.