Jede Menge Kies: Datenerfassung im Kieswerk mit Sonar-Näherungsschaltern

Je einfacher und energieintensiver die Arbeiten, desto geringer scheinen bisweilen die Möglichkeiten, mit Automatisierung Qualität und Betriebssicherheit zu erhöhen. Demgegenüber zeigt das Beispiel eines badischen Kieswerks, wie der intelligente Einsatz von Sonar-Näherungsschaltern beides problemlos bewerkstelligen kann. Die Sensoren werden zur Füllstands-überwachung in den Abzugssilos des Kieswerks eingesetzt und unterrichten die Leitwarte laufend über die aktuellen Füllstände. Damit bilden sie die Datengrundlage für weiter automatisierte Abläufe, von der Rohkiesgewinnung über den Transport bis zur Materialaufbereitung im Vorfeld.

Mitten in der schönen Ortenau wird Kies und Sand gefördert, die der Rhein hier über Jahrmillionen abgelagert hat. Das Kieswerk wird seit 1967 vor allem als Rohstofflieferant für ein nahe liegendes Asphaltwerk betrieben. Nach der Förderung wird der Rohkies zu unterschiedlichen Korngrößen gesiebt, größere Steine zu Splitt und Brechsand gebrochen.

Das Kieswerk gehört zu einer Firmengruppe mit 150 Mitarbeitern und verfügt neben eigenen Kies-, Betonstein- und Transportbetonwerken über einen Anlagenbau sowie Werkstätten zur Reparatur von Fahrzeugen und Anlagen. Auch in der Automatisierung wird auf eigenes Engineering und maßgeschneiderte Lösungen gesetzt. So wurden nach und nach Ultraschall-Näherungsschalter in einigen Kieswerken eingesetzt, um Silofüllstände zu überwachen und entsprechende Signale für die Anlagensteuerung zu generieren.

Sicherer und schneller

Der Betriebsleiter im Kieswerk zum wachsenden Automatisierungstrend: „Wir waren schon immer um Automatisierung bemüht, vor allem um die Arbeit im Kieswerk komfortabler und sicherer zu machen. Neben einigen Insellösungen im Werk selbst, die wir mit Simatic-S7-Steuerungen gelöst haben, war vor allem die laufende Erfassung und Anzeige der Füllstände unserer Abzugssilos ein entscheidender Schritt nach vorn.“

Damit spielt er auf zwei entscheidende Vorteile an, die der Einsatz berührungsloser Ultraschallsensoren aus dem Simatic-Spektrum von Siemens mit sich brachte: Signifikante Arbeits- und Zeitersparnis und erhöhte Betriebssicherheit. Denn vor Einführung der automatischen Füllstandsüberwachung in den Abzugssilos musste alle 15 Minuten ein Mitarbeiter – bei Tageslicht und im Dunkeln, ggf. auch bei Eis und Schnee – den steilen und gefährlichen Weg zwischen Leitwarte und Silos zurücklegen und dort die Füllstände optisch schätzen, notieren und, zurück in der Leitwarte, entsprechende Materialbestellungen ausgeben.

Zuverlässige Technik

Heute übernehmen 10-Meter-Ultraschallsensoren der Kompaktreihe III von Siemens diese Aufgabe vollautomatisch und liefern die Ergebnisse an die Leitwarte. Die Füllstände werden mit einem Ultraschallstrahl erfasst, der vom Kies im Silo reflektiert und vom Sensor wieder aufgenommen wird. Aus der Laufzeit des Ultraschallsignals wird auf den Abstand zwischen Sensor und Kiesoberfläche im Silo geschlossen, wobei eine eingebaute Temperaturkompensation dafür sorgt, dass Schwankungen der Schallgeschwindigkeit bei sich ändernden Lufttemperaturen ausgeglichen werden. Für diese Anwendungen unter extremen Umgebungsbedingungen, wie extrem niedrige oder extrem hohe Betriebstemperaturen, trockender Staub oder hohe Luftfeuchtigkeit, waren die Einbaubedingungen entscheidend für gutes Gelingen. Die erforderliche Applikationsunterstützung für die Erstellung und Inbetriebnahme kam hier von den regionalen Siemens-Vertriebspartnern.

In einem Bedienstand unterhalb der Silos wurde ein Touchpanel Simatic TP170A installiert, an dem die Sonar-Näherungsschalter eingestellt und die Füllstände grafisch visualisiert werden. Dabei können Mindest- und Maximalfüllstände in Prozentwerten vorgegeben werden, die die Sensoren dann automatisch überwachen. Wird ein Mindestfüllstand unterschritten, so löst der Sensor einen Signalton am Silo aus, und eine Warnlampe blinkt unterhalb der Anzeige des betreffenden Silos in der Leitwarte.

Parallel dazu werden die Messergebnisse in Sichtweite der Leitwarte fortlaufend auf einem ebenfalls am Profibus angeschlossenen, großen zweizeiligen LED-Display mit der jeweiligen Silobezeichnung und dem Füllstand im Klartext angezeigt.

Das richtige Rezept

Der Bediener kann jetzt die entsprechenden Materialbestellungen aufgeben, ohne den Leitstand zu verlassen – und ohne Stillstandzeiten aufgrund fehlenden Materials. Das Unterschreiten eines Soll-Füllstands muss quittiert werden, was zusätzlich daran erinnert, für Nachschub zu sorgen. Bei über 200 Rezepturen bzw. Gesteins- und Sandmischungen für unterschiedlichste Zwecke liegen auch die Qualitätsvorteile auf der Hand: Fehler in den Mischungen sind so gut wie ausgeschlossen, weil sichergestellt ist, dass sich immer genügend Material in den Silos befindet.

Für die hauseigene Abteilung Elektrotechnik und Automatisierung, sind die Ultraschallsensoren schon aus Kostengründen konkurrenzlos: „Hätten wir bei der Füllstandsüberwachung auf andere Systeme gesetzt, hätten wir nicht nur ein Mehrfaches der Kosten zu tragen. Alternative Systeme, wie etwa Seil- oder Stabsonden, wären durch ihre mechanischen Komponenten für den rauen Einsatz im Kiessilo zu anfällig. Die Sonar-Näherungsschalter dagegen laufen seit zwei Jahren bei Wind und Wetter einwandfrei.“

Selbst die Staubmengen im Kieswerk scheinen den seitlich mit einem speziellen, von Siemens entwickelten Schutzgehäuse in den Silos montierten Sensoren nichts auszumachen. Sie sind mit einem Arbeitstemperaturbereich von -25°C bis +70°C und der Schutzart IP65 für den Einsatz in rauer Umgebung prädestiniert.

Positive Erfahrungen

Die Abteilung Elektrotechnik und Automatisierung sieht im Einsatz und der problemlosen Arbeit der Sonar-Näherungsschalter im Kieswerk einen wichtigen Schritt auf dem Weg hin zu einer durchgängigen Automatisierung in den Kieswerken. Erklärtes Ziel für die Zukunft ist, nach und nach weitere Gewerke vorzugsweise mit Steuerungs-, Feldbus- und Sensortechnik von Siemens zu modernisieren und mit den bereits vorhandenen Insellösungen umfassend zu vernetzen.

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Füllstandsanzeige
Alle Füllstände fest im Blick: Die im Fünfsekundentakt von Silo zu Silo umschaltende Füllstandsanzeige hängt am Profibus und kann vom Leitstand aus problemlos gelesen werden.
Füllstands-Visualisierung
Die von den Sensoren erfassten Füllstände der Silos werden im Bedienstand vor Ort über eine Simatic S7-300 an einem Touchpanel visualisiert.
Näherungsschalter
Staubfest über den Abzugssilos eingebaut, sorgen die Sonar-Näherungsschalter für eine zuverlässige automatische Füllstandsüberwachung.
10-Meter-Näherungsschalter
Tadellos auch im Freien: 10-Meter-Näherungsschalter seitlich geschwenkt über dem Rohkiessilo am Beginn der Förderstrecke ins Kieswerk.