Um Windenergieanlagen unter praxisähnlichen Bedingungen testen zu können, beschloss Schaeffler, Schweinfurt, die Entwicklung eines 6-MW-Großlagerprüfstandes, der zu den weltweit modernsten, größten und leistungsstärksten Großlagerprüfständen zählt. Auf Astraios, genannt nach dem Vater der vier griechischen Windgötter, können Großlager bis 15 t und 3,5 m Außendurchmesser, wie sie insbesondere in Windkraftanlagen eingesetzt werden, mit Hilfe eines breiten Simulationsprogramms geprüft werden. Bei solchen Windenergieanlagen – insbesondere im Offshore-Bereich – sind Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit entscheidend für deren Wirtschaftlichkeit. Gleiches gilt für die Antriebs- und Automatisierungslösung. Auf dem weltweit leistungsfähigsten Großlagerprüfsta Außendurchmesser getestet. Perfektes Zusammenspiel Damit der weltweit leistungsstärkste Großlagerprüfstand das komplexe, windabhängige Verhalten von Offshore-Windturbinen der Multi-Megawattklasse realitätsnah simulieren kann, ist ein perfektes Zusammenspiel der darin eingesetzten Komponenten und Systeme erforderlich. PROFINET und PROFIsafe sorgen für eine nahtlose und sichere Kommunikation. Die Hauptlast (mit 150.000 Nm) übernimmt ein integrierter Antriebsstrang, bestehend aus einem Getriebe der Flender-Reihe, einem Motor von Loher und einem Frequenzumrichter Schrankgerät der Familie Sinamics S150. Der komplette Antriebsstrang ist in allen Belangen an die speziellen Anforderungen des Großlagerprüfstandes angepasst, beispielsweise durch einen integrierten Not- Halt, der das sichere Abbremsen innerhalb weniger Sekunden ermöglicht. Die Antriebstechnik ist nicht nur für die Simulation der Hauptlast verantwortlich, sondern auch für Nebenaggregate, z. B. für die Hydraulikpumpen. Diese simulieren die wechselnde und ungleichmäßige Windeinwirkung auf den Rotor und erzeugen dynamische Nick- und Giermomente. Dafür sind drei wassergekühlte Motoren mit 160 kW im Einsatz, die von Sirius-Sanftstartern angesteuert werden. Die insgesamt zwölf Schmierölpumpen werden von Niederspannungs-Asynchronmotoren angetrieben, die wiederum durch Umrichter geregelt und koordiniert werden. Das Zusammenspiel der Komponenten und Systeme beschränkt sich beim Großlagerprüfstand „Astraios“ nicht allein auf die Antriebstechnik. Der integrierte Antriebsstrang fügt sich nahtlos in die Automatisierungslandschaft der Prüfhalle ein. Er kommuniziert durchgängig und sehr schnell über PROFINET mit den Steuerungen, um unter anderem die exakten Sollwertvorgaben für die Simulation der wechselnden Windverhältnisse an die Antriebe auszugeben. Komplexe Aufgaben in Echzeit Als Hauptsteuerung im Schaltschrank ist eine Simatic S7-319 im Einsatz, die als übergeordnete Steuerung des Hauptantriebs sowie für weitere Systeme, z. B. eine Wireless-Lösung, fungiert. Eine weitere, im Schaltschrank untergebrachte fehlersichere Steuerung der gleichen Produktfamilie übernimmt die sicherheitsrelevante Kommunikation zu den Steuerungen der einzelnen Bereiche (Hydraulik, Schmieröl u. a.). Die Steuerungen sind sehr leistungsfähig, so dass selbst komplexe Aufgaben in Echtzeit ausgeführt werden können. In der Feldebene kommen Komponenten der dezentralen Peripherie Simatic ET 200 zum Einsatz, die mit den verschiedenen Aktoren und Sensoren kommunizieren und direkt mit den Steuerungen verlinkt sind. Die Kommunikation erfolgt über PROFINET und PROFIsafe. Mit PROFINET können prozess und sicherheitsrelevante Informationen in Echtzeit über denselben Bus übertragen werden. Das spart zusätzlichen Verkabelungsaufwand und damit Kosten. PROFINET ermöglicht zudem die zentrale Diagnose jedes einzelnen Gerätes im Feld. Fehler können somit rechtzeitig erkannt und behoben werden. Dank PROFIsafe läuft die Anlage sicher für Mensch und Maschine, was ganz besonders bei rotierenden Teilen erforderlich ist. Über die fehlersicheren Steuerungen und die Not-Halt-Funktion kann die Anlage sofort gestoppt werden. 12 PROFIBUS & PROFINET JOURNAL | AUSGABE 1/2014
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