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antriebstechnik 1-2/2016

antriebstechnik 1-2/2016

STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN I TITEL Mehr Antrieb für den Ex-Schutz Geprüftes und abgestimmtes Antriebssystem mit explosionsgeschützten Motoren Thomas Mölter Überall da, wo Gase und Stäube gefährliche Umgebungsbedingungen schaffen, kommen explosionsgeschützte Motoren zum Einsatz. Eine durchgängige Motorenbaureihe mit Standardabmessungen von Achshöhe 71 - 315 verleiht der Industrie weltweit wichtige Impulse. Denn künftig gibt es sie auch für den Betrieb mit Frequenzumrichtern als vorab geprüftes und abgestimmtes Antriebssystem. Dipl.-Ing. (FH) Thomas Mölter ist Produktmanager Motoren bei der Siemens AG in Nürnberg In den meisten Anwendungen der Prozessund Verfahrenstechnik gehört der Ex- Schutz zur Grundvoraussetzung für sichere Abläufe. Um die Sicherheit in direkter Umgebung von Gasen und Stäuben technisch wie wirtschaftlich optimal zu erreichen, gewinnen standardisierten Komponenten wachsende Bedeutung. Vor diesem Hintergrund bietet Siemens seine Motorenreihe Simotics XP 1MB1 mit den gleichen Abmessungen wie die Standard reihe 1LE1 an. Das erleichtert die Konstruktion der Arbeitsmaschine und spart Engineering-Aufwand. Den Motor gibt es im Leistungsbereich von 0,09 bis 200 kW für raue Umgebungsbedingungen in Grauguss ausführung sowie mit Aluminiumgehäuse für Anwendungen, bei denen geringes Gewicht von Bedeutung ist. Beide werden um einen wichtigen Einsatzschwerpunkt erweitert, nämlich den zertifizierten Betrieb der Motoren an Frequenzumrichtern der eigenen Baureihen Sinamics G und Sinamics S. Im Zuge von „Inte grated Drive Systems“ (IDS) werden diese Systemlösungen vorgestellt. Aufgrund der Baumusterprüfbescheinigung einer akkreditierten Prüfstelle haben Anwender somit die Gewissheit, dass die Antriebe die geforderten Zündschutzarten Ex tb, Ex tc und Ex nA erfüllen und somit auch die europäische Explosionsschutz-Richtlinie für Einsatz in den Zonen 21, 22 und 2. Zusätzlich haben sie die IECEx- Bescheinigungen für die genannten Zündschutzarten, die unter anderem in Australien und Neu seeland sowie auf Öl- und Gasplattformen gefordert werden. Hersteller von Maschinen und Anlagen müssen sich an den entsprechenden Normen für den Ex-Schutz orientieren und diese erfüllen. Z. B. regelt die Explosionsschutz- Richtlinie 2014/34/EU als Neufassung der Richtlinie 94/9/EG den Umgang mit Produkten, die in besonders gefährdeten Bereichen betrieben werden. Die Übergangsfrist zu deren Umsetzung endet am 20. April 2016. Dann müssen erstmalig beantragte Zertifikate nach der neuen Richtlinie für Produkte und – falls zutreffend – System ösungen ausgestellt werden. Zulieferer wie Siemens werden sicherstellen, dass die neuen Zertifikate vorliegen. Bestehende EG-Baumusterprüfbescheinigungen gemäß Richt linie 94/9/EG behalten weiterhin ihre Gültigkeit. Vor allem Branchen wie Öl und Gas profitieren stark von solchen zertifizierten System lösungen, aber auch Anwender in der chemischen Prozessindustrie sowie Verfahrenstechnik. Ein Blick in die Praxis vermittelt, wie wichtig in Bezug auf Sicherheit funktionsgeprüfte und op timal aufeinander abgestimmte Antriebseinheiten sind: Wird z. B. der Motor überlastet, erhöht sich die Stromaufnahme, es kommt zur Erwärmung der Motorwicklungen, und der Kaltleiterschutz sorgt für ein sicheres Abschalten des Motors.Ein weiteres Thema im Umrichter-

01 Der Frequenzumrichter Sinamics G180 hat eine zertifizierte Auswerteelektronik für den Thermistor-Motorschutz integriert 02 Die Motoren Simotics XP 1MB1 von Siemens können in den Zonen 2, 21 und 22 eingesetzt werden betrieb sind überhöhte Spannungsspitzen an der Motorwicklung. Dabei kann es zu Funkenbildungen in der Motorwicklung kommen. Die Ex-Schutz-zertifizierten Lösungen von Siemens zeigen in der Dokumentation die Möglichkeiten und Grenzen des Umrichterbetriebs auf. Beim Umrich ter Sinamics G180 ist die ATEX-zertifizierte PTC-Auswertung (Positive Temperature Coefficient) für den Thermistor-Motorschutz sogar im Gerät integriert. Für alle anderen gibt es zertifizierte externe Geräte. Grundsätzlich gilt nämlich, dass ein solches Auswertegerät Bestandteil des Explosionsschutzes ist. Komfortable Einbindung Einfluss auf die Sicherheit von drehzahlveränderbaren Antriebslösungen bzgl. Konstruktion, Auswahl, Parametrierung und Betrieb hat auch die Software. Hierzu gehören spezielle Features wie „Strom begrenzung“ ebenso wie „Motor blockiert“, wie sie die Geräte Sinamics G und Sinamics S enthalten. Gerade bei Ex-Schutz-Anwendungen sind solche Programmfunktionen wichtig, um den Elektromotor, aber auch das Gesamtsystem gegen Übertemperatur bzw. übermäßige Belastung zu schützen. Die Parametrierung hat ihrerseits einen entscheidenden Einfluss auf den sicheren Betrieb von frequenzgeregelten Antrieben. Speziell Parameter wie Hochlaufzeit, Maximalwerte von Motorstrom und -spannung sowie Überlastfaktor können sich auf die Motortemperatur auswirken. Werden die Sinamics-Geräte zusammen mit dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7 eingesetzt, kann der Anwender auf eine standardisierte Lösung setzen. Mit den Bausteinen der PCS 7 Advanced Process Library (APL) wird der Sinamics-Frequenzumrichter eingebunden und auf gewohnte Weise bedient und beobachtet. Somit finden Projektierung, Parametrierung und Inbetriebnahme der Frequenzumrichter in gewohnter PCS 7-Umgebung statt. Doch bevor es so weit ist, dass die im Gerät integrierten Softwarefunktionen im Alltagsbetrieb ihre Vorteile ausspielen, gibt es im gesamten Engineering-Prozess hilfreiche Softwareunterstützung: „Sizer for Siemens Drives“ z. B. ist ein Tool, mit dessen Hilfe die Dimensionierung und Projektierung komfortabel durchgeführt wird. Anschließend erfolgt die konkrete Produktauswahl über die Software „DT-Konfigurator“ – inkl. Ausfertigung der notwendigen Datenblätter für Netz- und Umrichterbetrieb. Zum Schluss kann die Auswahl mit dem Programm „Sinasave“ auf Energieeffizienz sowie Amortisationszeit hin überprüft werden. Energieeffiziente Motoren IE3 Entscheidend ist, dass die Auswahl an Ex- Motoren entsprechend groß ist. Für die eingangs genannten Ex-Schutz-Bereiche bietet Siemens seine Simotics XP 1MB1, die die gleichen äußeren Abmessungen aufweisen wie die Standardmotoren der 1LE1-Baureihe. Dies erleichtert die Konstruktion und die Einbindung der Motoren in die Maschine oder Anlage und spart Engineering-Aufwand. Kurz gesagt: Die Motoren sind zertifizierte Normmotoren, die es für den Ex-Schutz-Bereich in den Effizienzklassen IE2 und IE3 gibt. Der Sprung auf eine höhere Effizienzklasse im Zuge von Retrofit-Maßnahmen bzw. Neukonstruktionen ist also aufgrund der Standardisierung einfach durchführbar. Ab Achshöhe 100 gibt es optional sogar die Möglichkeit, die Ex-Motoren mit einem zusätzlichen Drehimpulsgeber auszustatten. Dadurch lassen sich die Antriebe einfach auf ihre Drehrichtung bzw. Drehgeschwindigkeit überwachen und regeln. Ebenso können die Motoren mit einer Fremdbelüftung versehen werden. So sind selbst bei niedrigen Drehzahlen höhere Drehmomente möglich, ohne dass es zu einer Überhitzung der Wicklungen kommt. Ex-Motoren für Netzund Umrichterbetrieb Die Motoren 1MB1 ergänzen die bisherigen Antriebslösungen und unterstreichen die Investitionssicherheit bei den Ex-Schutz- Antrieben von Siemens. Dabei kann für Anwender interessant sein, dass die Umrichterausführungen dieser Motoren auch direkt am Netz betrieben werden können. In vielen Fällen lässt sich damit die Lagerhaltung vereinfachen und somit gleichzeitig die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen erhöhen. Außerdem kann situationsabhängig entschieden werden, wie Energiesparmaßnahmen umgesetzt werden, das heißt, ob der Betrieb der energieeffizienten Motoren Simotics XP 1MB1 direkt am Netz bereits genügend Energie spart oder ob das Antriebssystem durch Drehzahlregelung optimal an die Prozessanforderung angepasst wird. Mit Drehzahlregelung lässt sich der optimale Leistungs- und Mengenbedarf einstellen. Beide Methoden dienen dazu, wertvolle Energie zu sparen. Mit den neuen Motoren bestätigt das Unternehmen Siemens, wie einfach es ist, frequenzgeregelte Elektroantriebe in der Prozess- und Verfahrenstechnik einzusetzen. Ein breites Leistungsangebot an explosionsgeschützten Elektromotoren in Verbindung mit hochwertigen Frequenzumrichtern als zertifizierte Systemlösungen macht es möglich. www.siemens.de antriebstechnik 1-2/2016 15

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