Planung und Umsetzung einer Automatisierung für einen Prüfstand bei Jäckering Mühlen- und Nährmittelwerke GmbH

Autoren: Thomas Brice Datche Kengne
Betreuer: Prof.Dr -Ing. Dmitrij Tikomirov & Dipl.-Ing. Jan Zillmann

Einleitung

In der Produktion der Firma Jäckering Mühlen- und Nährmittelwerke GmbH zählen Pumpen aller Art zu den am häufigsten verwendeten Geräten, da sie bei der Mehlherstellung in verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen. Die am häufigsten verwendeten Pumpen sind zum Beispiel NETZSCH-Pumpen, Kreiselpumpen KSB und Drehkolben-Pumpen. Wie bei allen mechanischen Geräten und Apparaten kommt es immer wieder vor, dass die Pumpen ausfallen und repariert werden müssen. Deshalb werden in der Werkstatt der Firma Jäckering Reparaturen an defekten Teilen und Materialien durchgeführt. Wenn eine Pumpe im Betrieb zerstört wird, wird sie zuerst abgebaut, in die Werkstatt von Jäckering gebracht, dann von einem Fachmann repariert und schließlich wieder zurück in die Anlage transportiert, damit sie wieder eingesetzt werden kann. Es kommt jedoch oft vor, dass die Reparatur nicht richtig ausgeführt wird und sofort nach dem Zusammenbau das gleiche Problem erneut auftritt, oder dass die Pumpe nur kurzzeitig funktioniert und dann wieder ausfällt. Diese Vorfälle führten dazu, dass die Produktion zeitweise unterbrochen werden musste und die Firma Jäckering dadurch Zeit und Geld verlor. Um diese Probleme zu lösen, sollte in der Werkstatt eine Prüfstation aufgebaut werden. Durch die Prüfstation soll jede reparierte Pumpe vor ihrer Montage in der Anlage getestet werden und so die ordnungsgemäße Reparatur bestätigt werden. Bei der Pumpenprüfung auf dem Prüfstand sollten z. B. die Dichtheit, die Leistung, der Stromverbrauch, der Druck, die durch die Leitungen fließende Wassermenge pro Kubikmeter usw. geprüft werden. Außerdem kann anhand dieser Parameter die Kennlinie jeder Pumpe ermittelt werden. So kann damit auch ein Vergleich mit den Angaben des Pumpenherstellers vorgenommen werden, da jeder Pumpenhersteller im Handbuch oder in der Gebrauchsanweisung die Kennlinie seiner Pumpe und auch die Grenzwerte angibt, in denen eine Pumpe eingesetzt werden sollte. Die Vorstudien zu dem Pumpenstand wurden während des Praxissemesters, der Praxisphase 4 und der Projektarbeit durchgeführt. Bei den Vorstudien ging es um den gesamten Prozess der Projektplanung: die Inspektion des Bauplatzes, die Aufnahme von Maßen, die Analyse der verschiedenen Lösungen, die vorläufigen Berechnungen und auch die Zeichnung in 3-D der verschiedenen Elemente, die die Teststation bilden würden ,die komplette Teststation in ihrer verbesserten Version mit Hilfe der Software SolidWorks, die Kostenrechnung für die Prüfstation, das Projektmanagement, die Preisanfrage für einige Teile der Prüfstation und schließlich die Beschaffung von Materialien.

Aufgabenstellung

Es ging darum diese Prüfstation tatsächlich zu bauen. Insbesondere sollten bei der Bearbeitung dieses Projektes folgende Punkte beachtet, bearbeitet und dokumentiert werden:

• Ergänzung des Vorhandenen CAD Modells. Zunächst sollte die manuelle Absperrklappe (Position 1 in Abbildung 1) durch eine pneumatische Absperrklappe ersetzt werden. Dieser Austausch sollte es ermöglichen die Kennlinie abfahren zu können. Zweitens sollte unterhalb des Behälters (Position 2 in Abbildung 1) eine manuelle Absperrklappe angebracht werden, um den Wasserfluss durchzulassen oder zu stoppen. Drittens sollte an Position 3 (Abbildung 1) eine weitere Absperrklappe hinzugefügt werden, um den Wasserfluss auf dieser Ebene zu kontrollieren.
• Planung der Automatisierung. Hier geht es vor allem darum, den Test der einzelnen Pumpen zu erleichtern. Der erste Schritt besteht darin, eine Liste der verschiedenen zu testenden Pumpen in der Datenbank zu erstellen, sodass man vor dem Test den Typ der Pumpe auswählen kann, die getestet werden soll. Als Nächstes sollte man die Oberfläche des Bildschirms so programmieren, dass man die Daten jeder Pumpe beobachten und sehen kann, wie z.B. Druck, Wasserfluss, Wasserstand im Tank, Temperatur und vieles mehr. Außerdem ist es wichtig, dass diese Daten gespeichert werden, damit man die Pumpenkennlinie erstellen kann. Dies kann direkt oder indirekt über Excel oder Matlab erfolgen.
• Aufbau durch das Pressverfahren. Die Verbindung der verschiedenen Rohrleitungen, wie in Abbildung 1 gezeigt, erfolgt mithilfe der Methode Pressverfahren.
• Aufbau eines Tisches. Der Tisch ist das Objekt, auf dem die Pumpen für die verschiedenen Tests abgelegt werden müssen. Bis zum Bau des Tisches kann man jedoch vorübergehend Paletten verwenden.
• Aufbau von Anschlüssen. Wie in Abbildung 1 dargestellt, werden die Anschlüsse dazu verwendet, die Pumpe mit dem Prüfstand zu verbinden. Zusätzlich müssen für jeden Pumpentyp, der getestet werden soll, zwei entsprechende Anschlüsse hergestellt werden, damit der Kreis geschlossen werden kann (auf der Saug- und auf der Druckseite). Sobald der Stromkreis geschlossen ist, kann der Test durchgeführt werden.
• Verkabelung, Implementierung und Programmierung. Die Verkabelung besteht darin, jedes Gerät an eine Stromquelle und an die SPS anzuschließen, um die Implementierung und Programmierung zu ermöglichen.
• Vorbereitung der Inbetriebnahme. Dieser Prozess besteht unter anderem aus Qualitätssicherung, Montagekontrolle, Schulung und Einweisung des Betriebs- und Wartungspersonals, Reinigung der Anlage, Dichtheitsprüfung, Dokumentation (Bedienungseinleitung).

Abbildung 1:3-D-Modell des ursprünglichen Prüfstands.PNG

Anforderungen

Die Definition der Anforderungen hat den grundlegenden Zweck, die Anforderungen, denen der Prüfstand genügen muss, verbindlich festzulegen. Es ist zu beachten, dass diese Anforderungen in Zusammenarbeit mit den Verantwortlichen der mechanischen und elektrischen Bereiche der Werkstatt erstellt wurden.Diese Anforderungen können in der folgenden Tabelle klassifiziert und zusammengefasst werden.