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Steuersystem für den Anodenstab-Brückenkran im Krasnojarsker Aluminiumwerk OAO "KrAZ"

Die veralteten Ausrüstungen des Elektrolyseprozesses, insbesondere die Anodenstab-Kräne mit einer Leistung von 10 t, werden im OAO "KrAZ" einer Modernisierung untergezogen. Diese schließt den Austausch der Starkstromtechnik, der Kabel und der Antriebssteuerung ein und soll folgende Funktionen erfüllen:

Bestimmungszweck

Das Steuersystem für den Anodenstab-Kran dient zur Erfüllung folgender technologischer Funktionen:

Bewegung des Kranes;

Bewegung der Laufkatze;

Heben, Senken und Drehen der Greiferstange zum Positionieren des Anodenstabs;

Aufbrechen der Kruste beim Herausziehen des Anodenstabs;

Heben und Drehen der Schalter;

Heben und Senken des Hakens am Hilfshubwerk;

Versetzung der Kranführerkabine;

senkrechte Positionierung der Anodenstäbe mit einer Genauigkeit von + 5 mm;

Zuführung der Anodenmasse in den Raum unter dem Anodenstab;

Transport des Vakuumbehälters mit dem geschmolzenen Metall.

Struktur und Besonderheiten des Steuersystems

Struktur der Kransteuerung
Die Rechner- und Steuerfunktionen des Kranes übernimmt ein freiprogrammierbares Automatisierungssystem SIMATIC S7-400. Dieses System erfaßt die Daten von den Gebern und steuert die technologischen Einrichtungen des Kranes. Es werden insgesamt 14 solcher Einrichtungen an einem Kran betrieben. Jede Einrichtung ist mit einem Elektroantrieb und den Gebern ausgerüstet. Letztere werden über Zwischenrelais für die galvanische Trennung mit den diskreten Eingabemodulen verbunden.

Varianten der Antriebssteuerung

Schützensteuerung. Die Steuersignale werden über diskrete Ausgabemodule des AS auf Magnetschalter gegeben;

Steuerung mit Frequenzumrichtern.

Die Steuerungsvariante für einen bestimmten Antrieb wird in Abhängigkeit von der technologischen Aufgaben gewählt

Für die Antriebssteuerung werden die Frequenzumrichter SIMOVERTMICRO-/MIDIMASTER Vector der SIEMENS-AG verwendet.

Die Umrichter werden über den PROFIBUS-DP mit dem Automatisierungsystem verbunden. Die Hardware betreffend stellt der PROFIBUS-DP ein Interface RS 485 dar, es gestattet, die Daten über ein elektrisches Kabel oder ein Lichtwellenleiterkabel mit einer Geschwindigkeit bis zu 12 Mbit/s zu übertragen. Die Steuerung, Diagnose und Einstellung der Frequenzumrichter erfolgt über das Netz. Diese Lösung ermöglicht, Verbindungskabel zwischen den Schränken einzusparen, die Anzahl von Modulen im Automatisierungssystem zu vermindern und die Umrichter aus der Kranführerkabine oder selbsttätig vom Automatisierungssystem fern zu einzustellen, wodurch die Antriebe optimal betrieben werden können.

Die senkrechte Positionierung des Anodenstabes wurde mit einem Positionierungssystem realisiert. Zu diesem System gehören zwei Absolutgeber, die am Hubwerk und an der Laufkatze montiert sind. Die Daten von den Gebern werden auf ein spezialisiertes Modul des AS geleitet.

Das Positionierungssystem gestattet es, den Anodenstab mit einer Genauigkeit von einigen Millimetern in seine vorgegebene senkrechte Lage zu stellen.

Für die Vorgabe der Sollwertmenge Anodenmasse wird ein spezialisiertes Wägesystem verwendet. Das Wägesystem schließt einen Tensogeber am Bunker und einen Umrichter in unmittelbarer Nähe des Tensogebers ein. Es wiegt die Anodenmasse ab, die in den Bunker geschüttet wird. Bei Erreichen des vorgegebenen Gewichts wird ein diskretes Signal auf das AS gegeben.

Diese Lösung ermöglicht, den störenden Einfluß der Frequenzumrichter zu vermindern, wodurch die Genauigkeit des Wägeprozesses wesentlich beeinträchtigt wird.

Kranführerkabine

Der Kran wird von der Kranführerkabine gesteuert, die mit einem Steuersitz und dem Bedienfeld OP 7 ausgerüstet ist.

Steuersitz mit drei Manipulatoren, Leuchttasten, einem Schlüssel-Anhänger und einem Notschalter für den Havariefall.

Die Übertragung der Steuerbefehle des Kranführers auf das Automatisierungssystem, die Aussteuerung der Signallampen, der äußeren und inneren akustischen Signalelemente und der Verriegelungs-Relais erfolgt durch diskrete Eingabe- und Ausgabemodule. Die Kommunikation zwischen den Modulen und dem AS wird durch die dezentrale Peripherie ET 200M und PROFIBUS-DP unter Verwendung von Lichtwellenleiterkabel organisiert.

Die Eingabe- und Ausgabemodule (ET 200M), das Lichtwellenleitermodul (OLM) werden in den Sockeln des Steuersitzes installiert. Diese Lösung gestattete eine galvanische Trennung von den übrigen Kranelementen und eine bedeutende Kabeleinsparung in der Kabinenaufhängung.
Das Bedienfeld OP 7 in der Kabine dient zur Informationsdarstellung, Diagnose und Geräteeinstellung.

Es stellt ein Gerät mit Flüssigkristallanzeiger für Texte in 4 Zeilen zu je 20 Symbolen und einer Tastatur mit freiprogrammierbaren Funktionen dar. Der Schutzgrad an der Frontseite ist IP 65.

Das Bedienfeld wird über den PROFIBUS-DP mit dem Automatisierungsystem verbunden.

Das Anzeigefeld gibt Mitteilungen uber Havarie- und Warnzustände des Systems, Bedienerhinweise, Erklärungen usw. aus. Außerdem wird das Bedienfeld bei der Einstellung des Steuersystems verwendet.

Besonderheiten der Montage der Steuereinrichtung

Gemäß den technischen Forderungen wird der Kran bei einer Umgebungstemperatur
von -40°C bis +40°C unter den Bedingungen einer starken Staub- und Schadstoffbelastung betrieben.

Entsprechend den technischen Betriebsvorschriften werden alle Einrichtungen des Steuersystems in Schränke mit dem Schutzgrad IP 54 der Fa. RITTAL eingebaut. Die Schränke werden im Elektroraum auf der Kranbrücke aufgestellt. Es werden insgesamt 11 solcher Schränke ohne Seitenwände eingesetzt, die fest miteinander verbunden sind. Die Kabel werden von unten eingefuhrt. Alle Schränke sind mit einem Kabelkanal verbunden, der die Verbindungskabel zwischen den Schränken aufnimmt. Für die Verteilung der Speisespannung 380 V innerhalb der Schränke werden spezielle Kupferschienen verwendet.

Um den klimatischen Forderungen gerecht zu werden, sind folgende Einrichtungen vorgesehen:

Heizsystem -12 Heizelemente mit einer Gesamtleistung 1600 W;

Kühlsystem - zwei Klimablöcke der Fa. RITTAL mit einer Kühlleistung von je 4 kW;

Temperaturanzeiger.

Struktur der klimatischnen Überwachung
Die Klimablöcke sind im ersten und letzten Schrank (1 und 11) unterbracht.

Um optimale Kühl- und Heizbedingungen für die Einrichtungen zu erzielen, werden die Schränke 2-9 in zwei ungefähr gleichgroße Sektionen 1 und 2 mit einer hermetisch abschließenden Trennwand zwischen ihnen aufgeteilt. Bezugen auf eine Sektion zirkuliert die Luft in zwei getrennten Kreisen: in einem inneren zur Kühlung der Geräte oder gleichmäßigen Verteilung der Wärme von den Heizelementen und einem äußeren zur Kühlung der Klimablöcke. Damit der äußere Kreis die Bedingungen des Schutzgrads IP 54 erfüllt, werden zusätzliche Filter und Ventilatoren eingesetzt, die einen Zwangumlauf der Luft gewährleisten.

Die Modernisierung des Kranes ist eine Gemeinschaftsarbeit der Sinetik GmbH und des Krasnojarsker Schwermaschinenbaus OAO "Sibtjazhmasch" unter aktiver Teilnahme von Fachleuten des Aluminiumwerkes OAO "KrAZ". Dabei hat Sinetik das Steuersystem projektiert, geliefert, montiert und in Betrieb genommen sowie die Software entwickelt. Die Fachleute der OAO "Sibtjazhmasch" haben die Stahlkonstruktionen modernisiert und die Projektierung unwterstützt.

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