Pumpensysteme: Dezentrale Antriebstechnik für Industrie-4.0-Anwendungen

Wenn es um den Transport und die Verteilung von inkompressiblen Fluiden geht, setzen Anwender vermehrt auf Konzepte mit dezentraler Intelligenz, die Prozesse autark steuern, Fehler identifizieren und Probleme eigenständig beheben können. Je nach Art der Anwendung, geforderter Drehzahl und Drehmoment kommen dabei für die Pumpensysteme unterschiedliche Antriebslösungen in Frage.

Pumpensysteme: Reibungsloser Durchfluss beim Betrieb

So müssen beispielsweise Pumpen, die für Aufgaben wie die Versorgung mit Trink-, Kühl- und Prozesswasser oder Reinigungslösungen beziehungsweise die Entsorgung von Abwasser eingesetzt werden, in erster Linie einen reibungslosen Durchfluss beim Betrieb sicherstellen. Das erfordert eine große Stabilität der Antriebsgeschwindigkeit. Bei Pumpen zum Abfüllen von Flüssigkeiten (Abfüll- oder Batch-Betrieb) ist hingegen höchste Positioniergenauigkeit gefragt.

Nord Drivesystems, ein weltweit tätiger Komplettanbieter elektrischer, mechanischer und elektronischer Antriebstechnik, bietet eine breite Auswahl an Getrieben, Motoren und dezentraler Antriebselektronik und will damit allen Anforderungen und Kundenwünschen in der Pumpentechnik gerecht werden. Auch Ex-geschützte Pumpenantriebe für den Einsatz in hochsensiblen Gefahrenbereichen gehören zum Sortiment.

Maximale Leistungsfähigkeit bei minimierten Kosten

Dezentral geregelte Pumpenantriebe bieten nennenswerte Vorteile: Sie sparen Platz im Schaltschrank, reduzieren den Verdrahtungs- und Verkabelungsaufwand, vereinfachen die Wartung und erhöhen so die Effizienz des gesamten Antriebssystems. Die Antriebskomponenten von Nord Drivesystems verfügen über einen Leistungsbereich bis 22 kW sowie eine standardmäßig integrierte PLC und können mit marktüblichen Steckverbindern geliefert werden.

Der Frequenzumrichter wird direkt am Motor installiert. So lassen sich die Antriebe einfach in die Anlagen-Topologie der Kunden integrieren, ohne dass große Veränderungen notwendig sind. Das senkt die Kosten für das Anlagendesign signifikant. Auch die Vor-Inbetriebnahme im Werk macht die Installation besser planbar und reduziert Kosten. Dank des modularen Aufbaus sind die Umrichter unkompliziert erweiterbar und bieten eine beeindruckende Vielfalt an Einsatzszenarien für Automationsnetzwerke im Industrie-4.0-Zeitalter.

Parametersätze direkt im Umrichter speichern

Mit der Ansteuerung der Pumpenantriebe über Frequenzumrichter können durch einfache Parameteränderungen unterschiedliche Charakteristika der Pumpen angewählt werden. Die Parametersätze werden direkt im Umrichter gespeichert und ermöglichen, dass sich die Pumpen auf unterschiedliche Medien, Fördermengen oder Prozessanforderungen anpassen lassen. Bei speziellen Regelungen für Pumpen übernimmt der Umrichter alle Funktionen von Messwerterfassung über die PID-Regelung bis hin zur Ansteuerung der Drehzahl. Zu praktisch allen Standard-Feldbussystemen bietet Nord Drivesystems Module, die einfach in den Umrichter gesteckt werden und ihn in das Feldbusnetz einbinden.

Integrierte PLC sichert hohe Performance der Pumpensysteme

Durch die Integration der PLC in die Frequenzumrichter können die dezentralen Pumpenantriebe von Nord Master-Slave-Gruppen bilden, die miteinander kommunizieren und eigenständig Steuerungsaufgaben übernehmen. Die PLC erfasst und verarbeitet die Antriebs- und Pumpendaten wie Durchfluss, Druck, Differenzdruck und Temperatur und kann Ablaufsteuerungen autark einleiten. Kommt es zum Beispiel in einem Klärwerk mit einem sich selbst überwachenden System von Abwasserpumpen zu einer Blockade, wird diese erkannt und – wenn möglich – selbständig gelöst. Ist dies nicht machbar, wird die Blockade im Abwasserrohr an die zentrale Steuerung gemeldet und ein vernetzter Ersatzantrieb angesteuert.

Diese kontinuierliche Überwachung der Feldebene, die Verknüpfung von Kommunikation, Sensorik (Temperatur, Stromaufnahme), Prozessdaten (Drehmoment, Beschleunigung und Drehzahl) und den Vitalparametern des Antriebs ermöglicht eine kontinuierliche Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und legt damit die Basis für eine zustandsorientierte Instandhaltung. Zusammen mit dem Kunden kann Nord Drivesystems Predictive-Maintenance-Lösungen für eine vorausschauende und damit planbare Wartung der Pumpenantriebe entwickeln. Ziel dieser Algorithmen ist es, ungeplante Stillstandzeiten zu verringern, Wartungs- und Instandhaltungskosten zu reduzieren sowie die Lebensdauer der Antriebe und angeschlossenen Pumpen zu erhöhen.

Nordac Flex optimal auf Pumpensysteme abgestimmt

Aufgrund seines großen Funktionsumfangs und seiner hohen Flexibilität hat sich im Pumpenbereich vor allem der Frequenzumrichter Nordac Flex SK 200E bewährt. Er bietet Leistungen bis 22 kW und lässt sich durch vielfältiges Zubehör auch nachträglich noch problemlos an veränderte Gegebenheiten anpassen. Dank eines Wechselspeichers in Form eines EEPROMs, das den Parametersatz und das PLC-Programm enthält, können die Einstellungen der PLC bei einem Austausch unkompliziert von einem Umrichter auf einen anderen übertragen werden.

Die Energiesparfunktion für den Teillastbereich ermöglicht bei wechselnden Anforderungen eine automatische Anpassung der Motorleistung an den tatsächlichen Bedarf. Darüber hinaus verfügt der Nordac Flex über alle notwendigen Schnittstellen, um ihn in die Automatisierungslösungen auf Kundenseite einzubinden. Neben digitalen Schnittstellen bringt er dabei auch die Möglichkeit zur Analogwertaufbereitung mit und kann so Durchflusssensoren (Flowsensoren) und Dosiersensoren (Batchsensoren) der Kunden auswerten. Hohe Schutzarten bis IP66 sorgen zudem für einen sicheren Betrieb.

Energieverbrauch der Pumpenantriebe gesenkt

Da Pumpenantriebe meist rund um die Uhr ohne Unterbrechung im Einsatz sind, sind energieeffiziente Lösungen besonders gefragt. Mit modernen IE4-Synchronmotoren liefert Nord Drivesystems leistungsstarke und gleichzeitig wirtschaftliche Antworten. Dank PMSM-Technik (Permanentmagnet Synchron Motor-Technik) haben die Motoren einen hohen und relativ konstanten Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich und bieten so auch in Teillast- und Teildrehzahlbereichen eine optimale Energieverbrauchsperformance – ein klarer Vorteil gegenüber herkömmlicher IE1-, IE2-, oder IE3-Asynchrontechnik. So erreichen sie hohe Kostenreduzierungen über die gesamte Lebenslaufzeit und einen schnellen Break-even-Point bei nur geringem zusätzlichen Investitionsbedarf.

Mehr Leistung und weniger Kosten der Pumpensysteme

Ob Wasserversorgung und Abwasserentsorgung, Prozess- und Verfahrenstechnik oder Lebensmittel- und Getränkeindustrie – Pumpensysteme kommen in nahezu allen Branchen im Einsatz und sind elementarer Bestandteil der Anlagen. Die dezentralen Antriebe von Nord Drivesystems sind vernetzt, autark sowie skalierbar. Damit erfüllen sie höchste Ansprüche an Flexibilität, Modularität und Anwenderfreundlichkeit und werden dem steigenden Automatisierungs- und Vernetzungsgrad in der Pumpenindustrie optimal gerecht. Darüber hinaus garantieren sie einen zuverlässigen sowie sicheren Betrieb und eröffnen zahlreiche Möglichkeiten zur Prozess-, Energie- und Kostenoptimierung.

Seit 1965 entwickelt, produziert und vertreibt Nord Drivesystems mit heute mehr als 4.000 Mitarbeitern Antriebstechnik. Neben Standardantrieben liefert Nord anwendungsspezifische Konzepte und Lösungen auch für besondere Anforderungen, zum Beispiel mit Energiesparantrieben oder explosionsgeschützten Systemen. Das Unternehmen produziert ein Getriebesortiment für Drehmomente von 10 Nm bis über 250 kNm, liefert Elektromotoren im Leistungsbereich von 0,12 bis 1.000 kW und fertigt mit Frequenzumrichtern auch die erforderliche Leistungselektronik bis 160 kW. (sg)

Lesen Sie auch: Zukunftsorientierte Instandhaltung von Pumpen und Armaturen