Modernisierung der Schienentransporttechnik für mehr Sicherheit in Steinbrüchen

Der Systemintegrator Technidrive entwickelte in Zusammenarbeit mit dem Motoren- und Antriebshersteller WEG eine Anlage für Industrieautomatisierung und Antriebssteuerung, um die Materialtransport-Infrastruktur des Baustofflieferanten TH Moore zu modernisieren. Die Implementierung adressiert kritische Herausforderungen hinsichtlich Sicherheit und mechanischem Verschleiß, die bei schweren Steinbruchanwendungen üblich sind, indem die Steuerungsmechanismen eines hochbelasteten Schienenförderwagens (Skips) modernisiert werden.

Behebung von mechanischem Verschleiß in intermittierenden Steinbruchbetrieben
TH Moore liefert Steinbruchmaterialien, hochwertige Zuschlagstoffe und bituminöse Produkte. An einem seiner Standorte nutzte das Unternehmen ein älteres, schienengebundenes Förderwagen-Antriebssystem, um schwere Materiallasten zwischen einem Mischer und mehreren Vorratssilos zu transportieren. Das System lief intermittierend und war nur zwei bis drei Monate im Jahr in Betrieb, was den Prozess der Identifizierung und Reparatur von elektrischen Störungen erschwerte.

Das mechanische Hauptproblem war der starke Bremsverschleiß am Motor des Förderwagens. Ohne einen Frequenzumrichter (Variable Speed Drive, VSD) zur Regelung der Bewegung schaltete sich das System abrupt ein und aus. Wenn ein Bediener einen Befehl auslöste, beschleunigte der Förderwagen ruckartig auf den Schienen. Beim Erreichen eines mechanischen Endschalters unterbrach das System sofort die Motorleistung und legte die Bremsen hart an, was zu erheblichen mechanischen Belastungen und Verschleiß im gesamten Antriebsstrang führte.

Implementierung von Frequenzumrichtertechnologie und Encoder-Feedback
Um den übermäßigen Verschleiß und die Steuerungsprobleme zu beheben, arbeitete Technidrive mit WEG zusammen, um einen 4-poligen 22-kW-Gussbremsmotor mit einem integrierten 1024-Puls-Encoder zu integrieren. Dieser spezifische Motor wurde aufgrund seiner Langlebigkeit und Effizienz in rauen Steinbruchumgebungen ausgewählt. Diese Hardware wurde mit einem WEG CFW700 Frequenzumrichter kombiniert, der über eine integrierte Bremssteuerung für hohe Drehmomente verfügt.

Die neue Architektur eliminierte die Abhängigkeit von physischen Endschaltern für harte Stopps. Stattdessen nutzt sie eine automatische Verlangsamungsfunktion, die in der integrierten Logiksteuerung des Frequenzumrichters programmiert ist. Das System kartiert virtuelle Positionen entlang der Schieneninfrastruktur, sodass der Motor sanft hochfahren und abbremsen kann, bevor er sein programmiertes Ziel erreicht. Da der WEG-Frequenzumrichter die Verzögerung steuert, fungiert die mechanische Bremse nur noch als Haltemechanismus, sobald der Förderwagen stillsteht. Diese betriebliche Umstellung hat den Bremsverschleiß praktisch eliminiert und die routinemäßige Motorwartung deutlich reduziert.

Übergang von veralteten SPS zu moderner HMI-Überwachung
Das ursprüngliche Steuerungsgerüst stützte sich auf veraltete speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und eine Reihe von mechanischen Endschaltern, die als Sicherheitsverriegelungen dienten. Die Beschaffung von Ersatzteilen für diese veraltete Hardware erwies sich bei Ausfällen als zunehmend schwierig.

Technidrive entwickelte ein neues SPS-Konzept, das in der Lage ist, das Feedback des 1024-Puls-Encoders kontinuierlich auszulesen und präzise Daten zur Positionierung des Förderwagens zu liefern. Die Bediener interagieren mit dem System über ein 10-Zoll-HMI (Human-Machine Interface), das komplexe Tastenfelder ersetzt. Diese digitale Schnittstelle ermöglicht es dem Personal, den genauen Standort des Förderwagens in Echtzeit zu überwachen. Darüber hinaus unterstützt das System die Fernüberwachung über mobile Endgeräte, was eine schnellere Fehlerdiagnose ermöglicht, ohne dass Techniker direkt auf das Hauptbedienfeld zugreifen müssen.

Quantifizierbare Sicherheitsverbesserungen und Redundanz
Sicherheitsmechanismen waren ein kritischer Bestandteil der Implementierung. Das System verfügt über vollständige manuelle Übersteuerungsmöglichkeiten und einen sekundären Schutzmechanismus gegen Freilauf. Wenn der Encoder auf der Motorwelle verrutscht und die Bewegung nicht erkennt, wird ein sekundäres Verriegelungssystem aktiviert, um zu verhindern, dass der Förderwagen über das Schienenende hinausfährt oder unkontrolliert nach unten rollt.

Durch den Übergang zu dieser zentralisierten, umrichtergesteuerten Architektur konnte die Anzahl der potenziellen Fehlerquellen des Systems von acht auf eine reduziert werden. Mark Poots, Steinbruchleiter beim Partnerunternehmen GibsonBros, gab an, dass die Anlage zuvor häufige elektrische Störungen aufwies. Er merkte an, dass die kostengünstige Modernisierung des veralteten Steuerungssystems durch Technidrive die betrieblichen Ausfallzeiten erfolgreich minimiert hat und gleichzeitig sicherstellt, dass Ersatzteile im Falle eines Komponentenausfalls nun leicht verfügbar sind.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

www.technidrive.com