Als nächstes bauen wir noch die 200l Tankbatterie zusammen, dann haben wir auch genug Reserven für Sandstrahlarbeiten.

Hier geht’s zu den einzelnen Detailartikeln.

• Vorstellung
• Teil 1: Software
• Teil 2: Schaltschrank
• Teil 3: Rahmen
• Teil 3,5: Zwischenstand
• Teil 4: Montage & Rohrleitungen
• Teil 5: Inbetriebnahme
• Teil 6: Test, Demontage, Transport, Fazit.

Hintergrund zum Projekt

Wieso?

Unser alter Kompressor ist beim Brand im Juli 2019 leider zerstört worden. Es musst also eine neue Druckluftquelle her und sie musste mit den beengten Platzverhältnissen klar kommen. Gleichzeitig wollten wir uns in Sachen Abgabeleistung und Vorratsspeicher vergrößern, um Lackier- und Sandstrahlarbeiten zu ermöglichen.

Was macht den Kompressor so besonders?

Die Druckluftanlage (Kompressor reicht eigentlich als Begriff nicht mehr aus) bringt aufgrund ihrer SPS Steuerung Besonderheiten mit.

• Überwachung von Temperatur, Druck, Pegelstand Kondensattank und Motorlaufzeit.
• Automatische Abschaltung nach einer voreingestellten Zeit – damit die Anlage nicht nachts um 2 wieder los rumpelt. Auch eine Zeitsteuerung ist möglich.
• Ferngesteuerter Start über die CNC Fräse bzw. deren Steuerung
• Bei Abschaltung der Anlage wird der Drucktank von der Ringleitung genommen, um unnötige Druckluftverluste vorzubegen.
• Tanksteuerung. Tank 1 und 2/3 lassen sich getrennt ansteuern. Mit nur 100l kommt man schenller auf den benötigten Nenndruck, bei hohem Volumenbedarf kann man weitere 200l Volumen zuschalten
• Betriebsstunden- und Wartungsintervall mit entsprechenden Warnungen. Der Kompressor ist nur duch kriechen erreichbar, da ist eine gute Ferndiagnose wichtig.
• Restdruckmodus. Öffnet die Verbindung zur Ringleitung ohne bei niedrigerem Druck den Verdichter zu starten.
• Feintuning. Timing von Druckentlastung, Anlauf, etc. lassen sich sehr genau justieren.

CAD vs. Realität

Ein paar Details haben sich im Prozess noch verändert, ansonsten sind wir dem Plan gefolgt.

Gleiches gilt für den Schaltschrank

… sowie die Bedieneinheit.

Beim Rahmen gab es jedoch noch einige Veränderungen / Vereinfachungen.

Auch der Schaltschrank wurde diesmal im Detail vorab geplant, da klar war dass es knapp werden würde.

Bauteile

Eine Kiste voller Bauteile. Einige Teile kommen von eBay, das meiste aus dem Fachhandel (u.a. Automation24 und Völkner). Im Prozess weren wir noch öfters Verschraubungen und Fittinge nachbestellen müssen…

Rahmen

Wieder einmal etwas wuchtig ausgefallen… Die Idee war, den Kompressor bei Bedarf stapeln zu können. In die 4 Füße lassen sich dazu Verbindungsrohre setzen.

Montage

Irgendwie sind hier gar nicht so viele Fotos entstanden. Hier drei exemplarische Fotos… Die Adapter-Schlacht in der Mitte haben wir so natürlich nicht verbaut – aber es zeigt eindrucksvoll wie hoch die Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten ist.

Anschluss

Ein einfaches Schema in PowerPoint – jede Farbe steht für einen anderen Gewindedurchmesser. Adaptieren bis der Arzt kommt…

Schaltschrank

Dank Planung im CAD hat alles super gepasst. Danke an Rittal und Siemens für die guten frei verfügbaren CAD Modelle ihrer Produkte!

Software

Unser erstes SPS (bzw. Siemens Logo! 8) Projekt. Dafür gleich mit einem TDE Textdisplay sowie einer I/O Erweiterung. An die Programmieurng mussten wir uns erstmal gewöhnen – wenn man aus dem Arduino-Lager kommt ist eine grafische Programmierung mit all ihren Eigenheiten und Restriktionen erstmal etwas anstrengend. Nach kurzer Einarbeitung ging’s dann aber.

Zerlegen, Transport, Inbetriebnahme

Aus Platz- und Lärmschutzgründen sollte der Kompressor, wie auch sein Vorgänger, auf den Spitzboden der Werkstatt. Dazu musste er jedoch nochmal vollständig zerlegt werden. Nicht nur wegen dem geschätzten Gesamtgewicht von 110 Kg, sondern auch wegen einem Stützbalken der Dachkonstruktion.

Schon bei der Konstruktion war deswegen auf dem verfügbare Platz (auch für die Montage) immer ein besonderes Augenmerk.

Was kommt als nächstes?

• Hier und da noch ein wenig Feintunging, u.a. bei den Temperatursensoren und den Zeitabläufen sowie der Benutzeroberfläche
• Bau der zweiten Tank-Batterie mit 2×100 l Tanks
• Langzeitstudie, evtl. nutzen wir die Datenlogger-Funktion der Siemens Logo!

Finale beim Kompressor. Nach einigen Monaten Bauzeit ist der Kompressor nun komplett, getestet wurde auf den Dachboden verfrachtet.

Demontage & Transport

Bei der Komstruktion des Kompressors war die Einhaltung der Abmessungen elementar wichtig. Sein finaler Bestimmungsort auf dem Spitzboden der Werkstatt verzeiht hier keine Fehler.

Nach dem Test musste der Kompressor für den Transport in 4 Teile zerlegt werden: Rahmen mit Schaltschrank, Tank, Verdichter und Motor. Abgesehen vom Gewicht (ca. 110 Kg) hätten wir die Anlage aufgrund ihrer Abmessungen erst gar nicht auf den Dachboden bekommen.

Stück für Stück gingen die Teile nach oben. Der Kompressor steht auf dem Betondach des Heizungs- und Technikraums. Somit sollten sich die Vibrationen in Grenzen halten.

Bei solchen Platzverhältnissen wünscht man sich manchmal doch etwas kleiner zu sein. André mit 1,88 und Fabian mit >1,90m.

Testlauf

Die viele Planung hat sich ausgezahlt – Der Kompressor passt perfekt an seinen neuen Standort, die elektrischen Anschlüsse waren schnell gemacht und die Anlage war auch Anhieb dicht. Der Verlust liegt bei ca. 0,3 bar / 24h.

Hier im Foto zu sehen ist der Restdruckmodus (II). Bei Abschaltung der Anlage wird auch die Ringleitung gesperrt um Druckverluste zu minimieren. Mit diesem Modus kann der in den Tanks enthaltene Restdruck genutzt werden, ohne das bei niedrigem Druck der Verdichter startet. Genug um mal einen Autoreifen aufzupumpen oder etwas auszublasen.

Während dem Test haben wir noch ein paar Details an der Software angepasst. Sicherlich nicht die letzten Änderungen, aber dank LAN-Verbindung können wir diese komfortabel “von unten” aufspielen.

Siemens Logo!

Über Sinn und Unsinn einer ausgewachsenen SPS für einen kleinen Kompressor lässt sich streiten, das Projekt war jedoch sehr lehrreich und die Flexibilität einer programmierbaren Steuerung eröffnet ganz neue Möglichkeiten.

Einige Erkenntnisse aus unserem ersten SPS/Siemens Logo! Projekt:

• Die Logo! kann so gut wie alles, man muss nur manchmal extram um die Ecke denken. Gerade wenn man aus dem Arduino/Microcontroller Lager kommt ist die grafische Programmierung anfangs sehr gewöhnungsbedrüftig.
• Logo! bedeutet Plug&Play. Die Komponenten passen zusammen und verrichten problemlos ihren Dienst. Die Anbindung des TDE Textdisplays und des zweiten I/O Moduls war sprichwörtlich ein Stecker.
• Live Modus – spitze! Man kann das Programm, Ein/Ausgänge sowie sämtliche Werte bei angeschlossener Logo! in Echtzeit mitverfolgen. Einfacher kann man Debugging nicht machen.
• Programme auf die Logo bringen geht über LAN, USB und eine SD-Karte. Das ist extrem flexibel.

Etwas gewöhnungsbedürftig:

• Ein Ein/Ausgang kann im Programm jeweils nur 1x benutzt werden, gleiches gilt für die Merker. Merker werden auch für die Display-Hintergrundbeleuchtung genutzt – habe ich mehrere Meldebildschirme in einer Farbe, muss ich hier einen ODER Baustein nutzen. Insgesamt macht dass die Programmierung etwas aufwändig / unübersichtlich.
• Der Betriebsstundenzähler-Baustein zählt nur volle Minuten. Läuft der Kompressor also 50 Sekunden, so wird auch nichts gezählt. Hier werden wir mit einem Stoppuhrbaustein und einem Wischerrelais den BSZ erweitern.
• Bei Siemens lädt man Programme nicht auf die SPS hoch, sondern auf die SPS runter! Immehrin gibt es eine Warnung, bevor das Programm auf dem Rechner unwiederbringlich überschrieben wird.
• Die Logo! Bausteine bekommen über einen eingebauten Verbinder BUS-Verbindung zur Basis Logo! – Leider keinen Strom. Den muss man manuell durchspeisen. Auch das Logo! Netzteil muss manuell angeschlossen werden.

Details zum Projekt findet ihr hier:

• Vorstellung
• Teil 1: Software
• Teil 2: Schaltschrank
• Teil 3: Rahmen
• Teil 3,5: Zwischenstand
• Teil 4: Montage & Rohrleitungen
• Teil 5: Inbetriebnahme
• Teil 6: Test, Demontage, Transport, Fazit.

659 Liter?!

659 Liter, so viel Luft hat der Kompressor bei seinem ersten Testlauf verdichtet und bei 6,59 bar in den 100 l Tank gedrückt.

Schaltschrank

Im Schaltschrank ist es etwas voll geworden. Neben ein paar zusätzlichen Reihenklemmen, sowie dem Anschluss der Leitungen durch das Bodenblech, sind auch nochmal diverse Verbindungen zur Spannungsverteilung nötig gewesen.

Natürlich geht es bei so einem Projekt nicht ohne 2 oder 3 obligatorische Wagoklemmen… diese sind jedoch nur temporär, bis der Kompressor auf dem Dachboden steht.

Nebenbei haben wir dem Kompressor noch eine CEE Anbaubuchse verpasst um beim Anschluss flexibler zu sein.

Der erste Testlauf

Damit wir später nicht in gebückter Haltung auf dem Dachboden irgendwelche Fehler ausbessern müssen, haben wir den Kompressor nochmal einigen Tests unterzogen.

Zur Sicherheit hatte ich den Programmlauf auf die Funktionstaste des TDE (Logo Textdisplay) – quasi als Totmannschalter. Wie sich aber schnell zeigte war diese Vorsichtsmaßnahme nicht nötig, alles lief erstaunlich problemlos und fehlerfrei.

Ergebnis: Der Kompressor sprang auf anhieb an, war vollständig dicht (dank Loctite 542 Gewindedichtmittel Mittelfest) und pumpt dank 4 kW Motor den 100 Liter Tank in kürzester Zeit auf 10 bar auf.

Software

Während der Verdrahtung hatten sich Lagebedingt einige Ein- und Ausgänge verschoben. Das muss in der Software noch entsprechend nachgezogen werden. In einem eigenen Artikel gehe ich nochmal im Detail auf die Software ein und wie die einzelnen Funktionen des Kompressors zusammen arbeiten.

Entwässerung

Bei unserem alten Kompressor hatten wir nur wenig Montivation uns um die Entwässerung zu kümmern – der Weg auf den Dachboden, die gebückte Haltung und schlechte Zugängigkeit haben dafür gesorgt, dass Kessel und Wasserabscheider regelmäßig voll waren. Entsprechend haben wir uns beim Eigenbau für die Komfortlösung entschieden…

Blick auf die automatische Entwässerung von Vorfilter, Feinfilter und Aktivkohlefilter. Direkt hinter dem Tank wollen wir möglichst viel Feuchtigkeit und Öl abfangen um die Ringleitung sauber zu halten.

Der Kondensattank besitzt im Deckel (mitte) einen Pegelstandssensor, welcher auf dem Textdisplay eine Warnung ausgibt sowie den Kompressor anhält.

An den Tanks befindet sich jeweils noch ein Magnetventil für den automatischen (zeitgesteuerten) Ablass.

Druckluftverteilung

Während ich einige Stunden in den Schaltschrank gestarrt habe um meine Verkabelung und die korrekte/vollständige Erdung zu überprüfen hat Fabian die Druckluft-Ringleitung in der Werkstatt fertiggestellt.

Wir nutzen übrigens das 22mm System von Schneider. Die Dichtigkeitsprüfung bzw. das Abdrücken steht noch aus, aber in Sachen Aufbau sind wir schonmal sehr zufrieden. Im Nachhinein hätten wir jedoch mehr gerade Stangen nehmen sollen, diese sind im Vergleich zur sehr widerspenstigen Rollenware deutlich einfacher zu verlegen.

Hier der Anschluss der Druckluftaufbereitung für die CNC Fräse. Anstatt Gummileitungen haben wir Panzerschläuche aus dem Solar/Sanitärbereich verbaut. Mit 10 bar Betriebsdruck passen diese gut zu unseren Anforderungen, sie sind günstig und ziemlich robust.

Wie geht es weiter?

Der Kompressor hat den ersten Test erfolgreich gemeistert, ganz fertig sind wir trotzdem noch nicht. Demnächst stehen noch folgende Arbeiten an:

• Gestell und Anschluss Tank 2 und 3
• Alles wieder zerlegen
• Auf den Dachboden verbringen
• Und wieder anschließen / an die Ringleitung anbinden

In diesem Teil geht es gkurz um die Anschlüsse des Kompressors. Das grobe Diagramm hatten wir ja bereits in einem der vorherigen Artikel gezeigt, jetzt geht es darum den Plan in die Tat umzusetzen.

Kleben statt Dichtband

Um die Verbindung dauerhaft dicht zu bekommen haben wir uns anstatt dem üblichen Dichtband für Gewindedicht 412 von Loctite entschieden. Die Flasche erscheint auf den ersten Blick teuer, man kommt jedoch auch Ewigkeiten damit aus.

Krieg der Adapter.

So haben wir das natürlich nicht ausgeführt, aber es zeigt eindrucksvoll, wie viele verschiedene Fittinge und Nenngrößen wir an der Anlage verbaut haben. Hätte hier und da wohl auch einfacher gehen können, insgesamt mussten wir jedoch mit dem auf dem Markt verfügbaren Material arbeiten. Sonderlösungen gibt es auch die ein odere andere, aber die Mehrheit der Teile ist normiert.

Fertig

Die Anlage nochmal in ihrer ganzen Pracht. Der lose Schlauch auf dem Verdichter dient dem Anschluss an die Ringleitung. Alle flexiblen Verbindungen wurden mit Panzerschlauch ausgeführt, nur der Abgang vom Verdichter erfolgt aus thermischen Gründen mit Edelstahl-Wellrohr.

Alle bisherigen Teile findet ihr hier:

• Vorstellung
• Teil 1: Software
• Teil 2: Schaltschrank
• Teil 3: Rahmen
• Teil 3,5: Zwischenstand
• Teil 4: Montage & Rohrleitungen
• Teil 5: Inbetriebnahme
• Teil 6: Test, Demontage, Transport, Fazit.

… nun aber zum “Update 3,75”!

Fertigstellung Rahmen

Fabian hat die letzten Schweißnähte angebracht, mechanisch sind wir nun fertig.

Bei der Planung des Rahmens hatten wir initial einen kleinen Denkfehler gemacht – Unsere Drucklufttanks kommen aus dem Fahrzeugbau und sind für eine seitliche Montage gedacht. Man kann sie zwar auch auf dem Boden montieren, verliert damit jedoch die Möglichkeit zur Entwässerung. So mussten wir eine hängende Montage bauen. Damit die Konstruktion steifer wird haben wir noch eine Abstützung am Tank gebaut.

Vom Werkstück gibt es irgendwie kein Foto, aber die Späne wollen wir euch trotzdem nicht vorentahlten.

Pneumatikplan

Eigentlich wollten wir keinen detaillierten Plan für den Kompressor erstellen, nachdem wir nun aber M22, G3/4, G3/8 und G1/4 Verschraubungen mit Innengewinde (IG) sowie Außengewinde (AG) verbaut haben, ist die Sache einfach zu komplex geworden.

Jede Farbe ist ein anderer Gewindetyp/Durchmesser. Die Darstellung mag nicht ganz Norm- oder fachgerecht sein, gibt jedoch einen guten Überblick über das gesamte Ausmaß.

Verbaut werden insgesamt 34 Fittinge/Winkel/T-Stücke und 6 Schlauchleitungen.

Für eine größere Ansicht bitte auf das Schema klicken.

Die Bestellung der letzten Teile läuft – nicht mehr lange und wir können die Anlage zusammen bauen und das erste Mal starten!

Erste Anprobe

Nachdem die letzten Scheißnähte am Rahmen fertig geworden sind fangen wir nun mit den Anschlüssen an. Die Kugelventile dienen als Absperrung für die Ringleitung sowie die 2. Tankbatterie (2x100l zusätzlich).

Teile, Teile, Teile

Was fehlt sin noch ein paar Kleinteile. Fittinge, Rohre, Adapter, Überdruckventile, Lack, etc… Bleibt zu hoffen, dass die Einkaufsliste diesmal vollständig war und auch alles rechtzeitig zum Zusammenbau geliefert wird.

Das Schlusswort

Schaltschrank

Hier ist (bis auf die 24V Verteilung) mittlerweile alles vorbereitet. Wie im CAD geplant haben alle Bauteile sauber rein gepasst und die Verkabelung war schnell erledigt.

Bedieneinheit

Auch die Bedieneinheit ist am Wochenende fertig geworden. Aufgrund der Kabelfühurng und Zugänglichkeit haben wir die Bedienelemente auf die Seite gesetzt. Ansonsten ist alles genau so wie vom CAD “vorhergesagt” ausgegangen.

… die Beschriftung werden wir nochmal etwas überarbeiten müssen.

Rahmenkonstruktion

Die Rahmenkonstruktion für Verdichter, Schaltschrank sowie einen Tank ist fertig geworden. Es ist doch immer wieder erstaunlich wie die Arbeiten aufhalten… Mehr Details hier.

Fazit!

Nanu, sieh mal hier Fabian… ‘n zölliges Rückschlachventil! Du Fabian, wo kommt der denn her? Sach ma Fabian, der sieht doch noch gut aus. Geiht der nich noch? Du Fabian, der geight ja noch!

PS: Das Original zum Screenshot findet ihr übrigens hier.

• Vorstellung
• Teil 1: Software
• Teil 2: Schaltschrank
• Teil 3: Rahmen
• Teil 3,5: Zwischenstand
• Teil 4: Montage & Rohrleitungen
• Teil 5: Inbetriebnahme
• Teil 6: Test, Demontage, Transport, Fazit.

Damit nachher auch alles zusammen passt bedienen wir uns dem KAD (Kreppband-Aided-Design).

Ganz nebenbei ist uns dann ein Denkfehler aufgefallen – die Drucktanks sind aus der Fahrzeugtechnik und entsprechend für eine seitliche Montage (an einem Rahmengestell) gedacht. Damit wir den unteren Ablass zur Entwässerung nutzen können müssen die Tanks also um 90° gedreht werden.

Los geht’s mit dem Materialzuschnitt. Unsere neue Bandsäge hat mittlerweile schon so einiges an Material geschnitten – bis auf ein paar Kleinigkeiten sind wir echt begeistert.

Sägen extrem. 250 mm (!) langes und 4 mm dickes Flachmaterial wird längs geteilt.

Noch fehlt der passende Schweißtisch (also eigentlich eher der Platz dazu einen aufzustellen), für den Moment tut’s aber auch die Werkbank…

Wieso wurden die Ecken nicht als 45 Grad ausgeführt? Mit den eingeschweißten Ecken kann die Konstruktion später bei Bedarf gestapelt werden und der Kompressor

Hier zur Erinnerung noch mal das CAD Model (Allerdings ohne besagte Stapelvorrichtung).

Mit viel Liebe zum Detail entstand diese Motorhalterung mit Möglichkeit zur Riemenspannung.

Auf den Innenseiten wurde Flachmaterial zur Führung angeschweißt. Zur Motormontage wurden in ein Durchgangsloch Gewindestangen eingeschweißt. Damit die Motorplatte nach dem Spannen gut arretiert werden kann, sind die Schrauben auf Laschen nach außen gewandert.

In einer nächtlichen Spontanaktion (und nach dem schauen von viel zu vielen Schweißervideos auf YouTube) haben wir uns einen Optrel Panoramaxx Schweißhelm zugelegt. Gerade WIG macht jetzt dreifach Spaß – der Helm blendet auf Stufe 2,5 auf, hat ein riesiges Sichtfeld und trägt sich sehr angenehm.

Und so sieht der Rahmen final aus.

Auch die diversen Kleinteile befinden sich bereits in Arbeit. Hier und da werden Kaufteile auch mal passend gemacht.

Die Lackierug wird erst nach dem erfolgreichen Zusammenbau der Anlage durchgeführt… Möglicherweise geben wir die Teile zum Pulverbeschichten raus, ansonsten wird wie gewohnt mit MIPA 2K PU Lack gearbeitet.

• Vorstellung
• Teil 1: Software
• Teil 2: Schaltschrank
• Teil 3: Rahmen
• Teil 4: Montage & Rohrleitungen
• Teil 5: Inbetriebnahme

So sieht das “Ziel” für diesen Blogeintrag aus (hier noch das Fusion360 Rendering).

Aufbau

Die Steuerung besteht aus zwei Modulen:

1. Schaltschrank am Kompressor mit Motor-Sanftstart und Siemens Logo
2. Bedienpanel auf Basis eines Siemens Logo TDE Textdisplays

Teileliste

Übersicht der wichtigsten Komponenten. Die Quellen sind wir immer ein Mix aus “Eh-da”, eBay Restbeständen sowie Neuteilen von unserem “Hoflieferanten” Automation24.de.

• Komtaktschaltschrank Rittal AE1031.500 – 380 x 300 x 210
• Siemens Sanftstarter SIRIUS 3RW3016-1BB14
• Leistungsschalter Siemens SIRIUS 3RV2311-1HC10
• Hauptschalter Eaton 038873 – T0-2-1/EA/SVB
• SPS Siemens LOGO! 12/24 RCEo – 6ED1052-2MD08-0BA0
• Textsidplay Siemens LOGO! TDE – 6ED1055-4MH08-0BA0
• Drucktransmitter ifm electronic PU5414
• M12 Sensorleitung geschirmt ifm electronic EVC541
• Div. EATON M22 Befehls/Meldegeräte
• Gehäuse EPN-2711-00 135mm x 170mm x 85mm
• Rittal Schaltschranklüfter 240V

Schaltschrank

Los geht’s mit dem Schaltschrank selbst. Wie gewohnt nutzen wir auch hier Rittal, das hat sich bewährt und man findet oft günstig B-Ware oder neuwertige Schaltschränke bei eBay.

Bei diesem Projekt haben wir uns vorgenommen das Innleben des Schaltschranks mal im CAD zu planen… das beschützt uns hoffentlich vor bösen Überraschungen. Details wie Kabel oder Durchführungen wurden bewusst nicht modeliert, damit wir im CAM nicht mehr Zeit als mit dem eigentlichen Bau verbringen.

In der Zeichnung bzw. dem CAD Modell befinden sich zwei identische Kombinationen aus Sanftstarter und Motorschutzschalter, einbauen werden wir jedoch erstmal nur einen Strang. Sollte die Druckluftanlage mal wachsen haben wir so genügend Platz im Schaltschrank für einen 2. Verdichter.

An dieser Stelle noch ein großes Lob an Siemens! Siemens stellt die CAD Modelle sämtlicher Komponenten als leicht verdauliche und äußerst detaillierte STEP Datei zur Verfügung.

Das besondere daran – man kann die Dateien ohne Registrierung sofort herunterladen. Die meisten Teile haben außerdem Texturen und korrekte Farben, so dass die Renderings auch ohne viel Aufwand schon sehr echt wirken.

Mit der 3x16A Zuleitung sind theoretisch 11 kW drin, das würde für zwei paralell betriebene 4 kW Aggregate gut ausreicht. Durch den Sanftstart sowie die über Logo realisierbare verzögerte Zuschaltung des 2. Aggregats sollte es auch kein Problem mit dem Anlaufstrom geben.

Die Bedienelemente finden auf der Frontplatte bzw. Türe Platz. Alle Leitungen gehen nach unten ab.

Hier der Bau Schritt für Schritt

Das wichtigste auf einen Blick (von Links nach Rechts):

• Motor Sanftanlauf
• Motor Schutzschalter mit Verbindungselement
• Logo Netzteil
• Logo Kleinsteuerung
• Logo Erweiterung Digitaleingänge
• Analog Messwandler für Temperatursensoren auf 0-10V

“Komisch, im CAD hat alles gepasst” – damit so etwas hier passiert folgt vor der Montage eine kleine Stellprobe.

Anzeichnen, Ankörnen und ab auf die neue Flott Säulen-Bohrmaschine!

Der Logikteil (SPS, Messumformer) sind ebenfalls auf einer Hutschiene mit Erhöhung montiert. So bleibt der Raum daruter für die Verkabelung frei.

Unverdrahtet sieht die Konstruktion noch etwas unspektakulär aus. Das wird sich aber in den kommenden Wochen noch ändern. Hier schonmal mit eingebauten Befehls- und Meldegeräten, Hauptschalter und ein wenig Beschriftung aus dem Labeldrucker.

Und wer sich nun fragt wie man am besten Ausschnitte für die M22 Befehls/Meldegeräte ins Blech bringt:

Für das Loch nutzen wir einen Stufenbohrer. Die nächstgrößere Stufe entgratet dabei das vorher gebohrte Loch. Die Nut (Verdrehschutz) stellt man am schnellsten mit einer einfachen Feile her – dazu nimmt man die schmale Seite. In der Regel ist man mit 6-7 Hüben fertig.

Bedienpanel

Damit wir die Bedieneinheit optisch mit den Aufputz Stromverteilern kombinieren können haben wir das identische Gehäuse vom Hersteller EPN gekauft. Fotos vom Einbau in Kürze!

Verkabelung

Verkabelt wird mit Lapp H07V-K Einzeladern.

• Netzspannung: Phasen Schwarz, Neutralleiter Blau, Schutzleider Gelb/Grün
• Steuerspannung: Rot
• Sensoren: Weiß

Nachfolgende Leitungen gehen rein oder raus. Da die Anlage in sich geschlossen ist werden die Leitungen über feste Kabelverschraubungen in den Schaltschrank geführt – das spart viel Zeit.

• Versorgungsleitung 4+PE 2,5mm
• Verdichter 1 4+PE 2,5mm
• Verdichter 2 4+PE 2,5mm
• Tanksensor
• Magnetventil Druckentlastung
• Magnetventil Entwässerung
• Kugelventil Absperrung Tanks
• Kugelventil Absperrung Ringleitung
• Temperatursensor Verdichter
• Temperatursensor Druckluft
• Drucksensor

Befehls/Meldegeräte

Jeder der beiden Verdichter bekommt eine multi-Color LED Meldeleuchte sowie einen Drehschalter zum manuellen abschalten für Wartungs- oder Sonderaufgaben.

Der Füllstandssensor des Kondensatablasses bekommt außerdem noch eine eigene Meldeleuchte, damit man auch ohne das TDE Textdisplay erkennen kann.

Wie bei all unseren anderen Projekten auch nutzen wir das weit verbreitete EATON M22 System. Da jedoch beim Brand ein Großteil unseres Bestandes verbrannt verschmolzen ist, mussten wir erstmal für Nachschub sorgen.

Software

Die Programmierung der Siemens LOGO! bzw. unseren Programmablauf hatten wir ja bereits in einem anderen Artikel etwas näher erläutert. Nun geht es ans Feintuning sowie den Funktionstest – aktuell noch ohne Druckluft. Die echten Aktoren und Sensoren (Also hauptsächlich Ventile) sind schon angeschlossen.

Aufbau

Der Übersicht halber hier die Visualisierung der Anlage. In der folgenden Erläuterung des Steuerungsprograms werden wir entsprechend auf die Komponenten referenzieren. [KH1-Q2] ist z.B. das Magnetventil zur Anlaufentlastung auf dem Logo! Ausgang Q2.

Alle grau bezeichneten Komponenten sind passiv, d.h. weder Sensoren noch Aktoren (z.B. federgesteuertes Überdruckventil oder Luftfilter).

Bei der Bezeichnung haben wir uns an die DIN EN 81346 (“Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte – Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung“) gehalten. Hier wird geregelt, wie die einzelnen Komponenten zu Referenzieren sind.

Beispiele: Temperatursensor BT 1

• Klasse B = Umwandeln einer Eingangsvariablen in ein zur Weiterverarbeitung bestimmtes Signal
• Unterklasse T = Temperatur
• Fortlaufende Nummer = 1

Kompressor Funktionen

Regelkreislauf

Die eigentliche Kompressorsteuerung. Für die Ein- und Ausschaltbedingung gibt es jeweils einen eigenen Schwellenwertschalter (B003/B004). Damit das Aggregat nicht permanent ein- und ausgeschaltet wird gibt es einen Schwellenwert (Hysterese), welche wir zwischen 1-2 bar einstellen. Erst wenn der Druck um diesen Wert unter Solldruck liegt startet der Verdichter wieder.

Aktuell ist der Sollwert (AI1) noch ein Analogeingang, wird aber im finalen Programm durch einen Festwert ersetzt.

• Vergleich SOLL mit IST-Wert (Drucksensor)
• Bei IST – 1,5 bar < SOLL, dann Motorstart
• Bei IST > SOLL Motor halt

Im Programm:

Anlauf

Zur Entlastung des Motors beim Anlauf wird das Leitungsstück zwischen Tank (bzw. Rücklagventil) sowie Verdichter entlüftet. Damit wird verhindert, dass der Motor gegen den Restdruck anlaufen muss. Dies geschieht nach jedem Halt des Motors sowie sicherheitshalber nochmal vor jedem Start.

Wenn Startbedingungen erfüllt, dann…

• Entlastungsventil für 2 Sekunden öffnen [KH1-Q2]
• Nach 2 Sekunden Verdichter starten [GQ1-Q1]
• Start des Betriebsstundenzählers

Im Program:

Abschaltung

Damit wir das Leitungssystem bei Nichtverwendung entlasten und Druckluftverluste durch eventuelle Leckagen einsparen können, erhält die Anlage eine automatische Absperrung.

• Wenn letzter Lauf vor > 1h, dann
• Abschaltung
• Absperren des Kompressors von der Ringleitung

Last/Kurzbetrieb

Manchmal wird nur eine geringe Menge Druckluft benötigt, dafür aber schnell (z.B. Autoreifen befüllen). Damit wir nicht warten müssen bis der 300 l Tank befüllt ist (1,7 bar pro Minute) bekommen 2 Tanks eine Absperrung. Somit kann zwichen 100 und 300 l gewählt werden.

• Wenn Lastbetrieb, dann elektrischen Kugelhahn öffnen [QM1-Q5]
• Wenn Kurzbetrieb, dann elektrischen Kugelhahn schließen

Damit der Füllstand des gesamten Tankvolumens überwacht werden kann muss der zur Zeit der Absperrung anliegende Systemdruck in eine Variable gespeichert werden.

Im Programm:

Zeitgesteuerte Aktionen

Kondensatablass

Die beiden Tankkreise müssen regelmäßig entwässert werden. Der Entwässerungsintervall ist dabei abhängig von der Nutzungsdauer. Ein weiterer Faktor wäre die Umgebungstemperatur bzw. die Temperatur der angesaugten Luft… wir wollen es aber mal nicht übertreiben

• Aktiviert durch mitlaufenden Betriebsstundenzähler (B027 / B035) alle 15 Minuten
• Schalten des Magnetventils [KH3-Q3] /[KH4-Q4] für 3 Sekunden
• Zurücksetzen des Zählers

Innerhalb des Programs nutzen wir zwei Betriebsstundenzähler sowie eine Ausschaltverzögerung. Nach Ablauf der 4 Sekunden wird der Betriebsstundenzähler wieder zurückgesetzt und die nächsten 15 Minuten fangen an.

Im Programm:

Da wir zwei getrennte Tankabschnitte haben nutzen wir zwei unabhängige Betriebsstundenzähler. Dadurch wird verhindert, dass aus dem abgesperrten Bereich unnötigerweise Druck abgebaut wird.

Entsprechend läuft der Zähler für den zweiten Tank nur dann, wenn der 2. Tank “aktiv” ist und der Verdichter läuft (“UND” Block B029)

Meldungen/Überwachung

Überschreitung Wartungsintervall

Im Betriebsstundenzähler ist der Wartungsintervall-Parameter gesetzt (z.B. für den Ölwechsel sowie eine Sichtkontrolle). Bei Überschreitung des Intervalls passiert das folgende:

• Anlage stopp
• Meldetext “Wartung fällig”
• Wiederanlauf erst nach Quittierung

Pegelsensor Kondensattank

Zur Pegelüberwachung nutzen wir einen einfachen Pegelschalter mit I/0 Schaltzustand.

Wenn Pegelschalter [BG1] = 1, dann…

• Anlage stopp
• Meldung “Kondensattank voll”
• Wiederanlauf erst nach Quittierung

Im Programm:

Überschreitung Temperaturschwellenwert

Hier überwachen wir die Oberflächentemperatur des Verdichters und sperren die Anlage bis zur Abkühlung.

Wenn Temperatursensor [BT1] mehr als 80°C meldet, dann…

• Anlage stopp
• Meldung “Temperatur zu hoch”
• Wiederanlauf erst nach Quittierung mit TDE Funktionstaste F1 möglich

Im Programm:

Mit dem Analogverstärker B011 wird der Sensorwert (0-10V) angehoben um eine Nachkommastelle in der Anzeige zu haben. Für den Schwellenwertschalter B012 ist das nicht nötig.

Überschreitung Maximaldruck

Im System sind Überdruckventile mit 12 bar Nenndruck verbaut. Das entspricht auch dem maximalen Betriebsdruck unserer Tanks.

Ist der IST-Druck bei Sensor [BP1-AI2] > 12 bar, dann…

• Anlage stopp
• Meldung “Druck > 12 bar”
• Wiederanlauf erst nach Quittierung

Parallel zur Ausschaltbedingung B003 im Regelkreis gibt erfolgt die Maximaldrucküberwachung. Diese Schaltet den Motor aus und zeigt Meldetext B015 am Display an.

Im Programm

Visualisierung im Web

Eigentlich eine Spielerei… Wir verwenden bereits ein TDE Textdisplay für Statusmeldungen, eine volle Visualisierung der Anlage nach Industrievorbild ist eigentlich unnötig. Doch die neue Siemens Logo! bietet einen eingebauten Webserver und der Spieltrieb war groß.

Anzeige

Was wird hier eigentlich angezeigt

• Aktueller Betriebszustand
• Zustand Magnetventile/Kugelhahn
• Füllzustand (Druck) der Tanks
• Alarmmeldungen für Überdruck, Temperatur und Pegel Kondensattank
• Betriebsstunden heute und insgesamt
• Wartungsintervall / Nächste Wartung

Umsetzung

Das Anlagendiagramm ist in Microsoft PowerPoint entstanden. Mangels eines CADs für Pneumatiksysteme habe ich die Schaltsymbole einfach selber zusammen geklickt.

Für die Aufbereitung gibt es von Siemens den Web Editor LWE als kostenlosen download.

Damit das zuvor erstellte Diagramm nutzbar wird, habe ich aus dem Hintergrund sowie den Blockelementen jeweils separate PNG Bilder exportiert. Je nach Schaltzustand können im LWE unterschiedliche Grafiken angezeigt werden.

In diesem sowie einigen künftigen Artikeln möchten wir euch unsere preisgünstige neue Druckluftversorgung für die Werkstatt vorstellen und deren Entstehung dokumentieren.

Insgeheim hatten wir schon seit längerem den Wunsch nach einer leistungsfähigeren Druckluftversorgung, bisher hatten jedoch andere Baustellen vorrang.

Ausgangsbasis ist ein gebrauchtes Aggregat samt Motor von einem Aircraft 703/270 H, welches wir günstig auf eBay ersteigern konnten. Der Neupreis dieses Kompressors inkl. 270 l Tank liegt bei fast 1.600 Euro und damit aktuell nicht im Budget. Mit dem Eigenbau werden wir trotz mehr Funktionsumfang unter 1.000 Euro liegen.

Fabian kümmert sich um Mechanik (Rahmen, Träger, Anordnung) sowie den Druckluftteil (Leitungen, Ventile, etc.) und ich werde mich auf die Steuerung konzentrieren.

Anforderungen

Kein Projekt ohne ordentliche Anforderung Wunschliste.

• > 500 l/min Abgabeleistung
• > 200 l Tankvolumen
• Kompakt genug für den Dachboden

Und da die Anlage auf dem Dachboden schwierig zu erreichen ist außerdem:

• Fern-Überwachung
• Automatischer Kondensatablass

Teileliste

Grober Überblick über die wichtigsten Komponenten. Die Liste wird stetig erweitert bzw. in Artikeln zu einzelnen Aspekten der Anlage auch nochmal detaillierter behandelt.

Kompressor

• Aggregat von Aircraft 703/270 H mit 4 kW Drehstrommotor
• 3x Drucklufttank 100 l aus dem Fahrzeugbau

Rahmen

• Gummipuffer
• Stahl Vierkantrohr 40x40x2 mm
• MIPA 2K Lack , RAL 7021 Schwarzgrau

Elektro/Steuerung

• Komtaktschaltschrank Rittal AE1031.500 – 380 x 300 x 210
• Siemens Sanftstarter SIRIUS 3RW3016-1BB14
• Leistungsschalter Siemens SIRIUS 3RV2311-1HC10
• Hauptschalter Eaton 038873 – T0-2-1/EA/SVB
• SPS Siemens LOGO! 12/24 RCEo – 6ED1052-2MD08-0BA0
• Textsidplay Siemens LOGO! TDE – 6ED1055-4MH08-0BA0
• Drucktransmitter ifm electronic PU5414
• M12 Sensorleitung geschirmt ifm electronic EVC541
• Div. EATON M22 Befehls/Meldegeräte

Ein Großteil der Komponenten kommt von eBay, teils gebraucht (Sanststarter, Leistungsschutzschalter, teils neu (Textdisplay, Schaltschrank). Alles andere bestellen wir wie immer bei Automation24.de.

Aufbau

Beim Aufbau waren uns zwei Dinge wichtig.

1. Der neue Kompressor muss wieder auf den Garagenspeicher passen (max. 650 mm Höhe)
2. Der neue Kompressor soll bei einem eventuellen Umzug auch anderweitig verwendbar sein.

Entsprechend kann die Anlage mit ein paar wenigen Modifikationen auch gestapelt oder erweitert werden. Basis sind jeweils gleich große geschweißte Rahmenkonstruktionen als Träger.

Die Komponenten von links nach rechts:

1. Verdichter
2. Schaltschrank mit Siemens Logo! Steuerung
3. Elektromotor
4. Kondensattank
5. Elektrische Kugelhahnventile
6. Drucklufttanks 100 l

CAD Modelle für Motor, Schaltschrank, Befehls/Meldegeräte, Ventile und Tank kommen von grabcad.com bzw. partcommunity.com. Da uns für den Verdichter noch ein paar Maße fehlen ist dieser nur grob als Block angedeutet.

Rahmen

Schweißkonstruktion aus 40x40x2 mm Vierkantrohr aus Baustahl. Das Aggregat und der Motor werden auf einem Stahlrahmen befestigt, zur Entkopplung gibt es noch ein paar Gummipuffer.

Leitungssystem

Bei den Leitungen haben wir uns für sogenannten Panzerschlauch in Größe 3/4 Zoll entschieden. Dieser ist günstig zu bekommen und hält dauerhaft 10 Bar Druck aus. Außerdem macht die flexible Verbindung die Installation leichter und verhindert später Probleme durch Vibrationen.

Für die Drucklufttanks sind diverse Adaptierungen notwendig, da die 5 Abgänge je Tank in M22 ausgeführt sind. Metrische Schläuche sind jedoch vergleichsweise teurer – wir nutzen also Adapter auf 3/4 Zoll.

Für die automatische Entwässerung kommen Leitungen in 3/8 Zoll zum Einsatz, da hier nicht viel Volumen anfällt.

Lackierung

Beim Lack setzen wir auf die bewährte 2K Technik von MIPA. Der kann gerollt werden und ist sehr widerstandsfähig. Ein paar Reste in Schwarzgrau dürften noch vorhanden sein.

Elektro / Ansteuerung

Eine Kompressorsteuerung für den alten Kompressor hatte ich vor einiger Zeit bereits mal gebaut.

Mit dem neuen Verdichter mit Drehstrommotor müssen wir diese jedoch wieder über den Haufen werfen.

Bei einem 4 kW Motor ist ein Sanftanlauf bzw. eine Stern/Dreieck-Schaltung nicht zwingend erforderlich (Vorgabe Netzbetreiber ist i.d.R. ab 5 kW). Da wir die Werkstatt jedoch “nur” mit 34 A versorgen können, kann es im ungünstigsten Fall zu einem Engpass kommen (CNC Fräse, Absaugung, Kompressor, ggf. Vakuumpumpe). Um das zu verhindern setzen wir einen Siemens SIRIUS Sanftstarter ein – die sind nicht gerade günstig, sorgen jedoch neben einem linearen Strombezug beim Anlaufen auch für Materialschonung beim Verdichter.

SPS / Siemens Logo 8.1

Zugegeben, eine vollwertige SPS für einen Werkstattkompressor mag overkill sein… Während der Planung für unsere neue Druckluftversorgung wuchs wie so oft die Wunschliste an und eine “intelligente” Steuerung war wurde nötig.

• Betriebsstundenzähler. Praktisch um die Wartungs / Ölwechselintervalle einzuhalten.
• Temperaturüberwachung. Der Kompressor arbeitet versteckt auf dem Dachboden, gerade im Sommer ist eine Überwachung sinnvoll.
• Option für einen 2. Verdichter mit Grundlast/Lastverteilungs-Management
• Einstellbarer Solldruck. Für kleine Werkstattarbeiten oder mal eben einen Autoreifen zu befüllen müssen nicht 300 l Druckluft mit 10 bar zur Verfügung gestellt werden
• Verschiedene Betriebsmodi. z.B. mit niedriger Hysterese bei hohem Druckluftbedarf (Sandstrahlen, etc.)
• Anlaufentlastung. Damit der Verdichter beim Anlauf nicht gegen den Restdruck im System starten muss, wird der Druck vorher abgelassen.
• Automatischer Kondensatablass. Kompressoren sammeln im Kessel Kondensat. Wird dies nicht abgelassen kann im Kessel Rost entstehen. Über ein Magnetventil am Boden des Kessels soll das Kondensat proportional zur gelieferten Luftmenge abgelassen werden.
• Sicherheitsabschaltung. Sollten wir den Kompressor mal vergessen haben schaltet sich dieser automatisch nach 60 Minuten in den Standby. Das verhindert nerviges Anlaufen mitten in der Nacht, wenn der Druck im System unter die Einschaltschwelle gefallen ist.
• Datenlogging. Vor allem hilfreich zur Dichteprüfung.
• Tankregelung. Über ein Magnetventil sollen je nach Einsatzart zwischen 100 und 300 l Tankvolumen umgeschaltet werden. Dadurch die Druckluft für kleine Aufgaben schnell verfügbar.

Als Hardware nehmen wir eine 0BA8 Logo! 8 Standard, das hat folgende Vorteile:

• Ein paar Euro günstiger als die Version mit Bildschirm
• 24V Spannungsversorgung
• 4 Ausgänge als Relais bis 10 A belastbar
• 8 Eingänge, davon 4 auf 0-10 V umschaltbar

Programmierung

Die Siemens Logo! wird grafisch programmiert. Anfangs ist das etwas ungewohnt, nimmt einem jedoch eine Menge Arbeit ab. Jeder Eingang, Ausgang, Meldetext sowie Funktion ist dabei durch einen Block beschrieben. Blöcke lassen sich untereinander verbinden und durch Logikoperatoren (wenn, dann, größer, kleiner, etc.) steuern. Insgesamt erlaubt die Logo! 400 solcher Blöcke pro Programm, was schon eine ganze Menge ist. Unsere gesamte Logik kommt mit weniger als 60 Blöcken aus.

Noch in Arbeit: Unser Programmaufbau, auch “Diagramm” genannt.

An dieser Stelle danke an www.kreativekiste.de für das Codebeispiel zur eigentlichen Kompressorsteuerung.

Meldungen

Damit die SPS auch mit uns sprechen kann kommt ein Siemens TDE (Textdisplay) zum Einsatz. Die Anbindung an die Mutterstation Logo! geschieht per LAN und kann somit auch mal größere Distanzen überbrücken.

Wenn man Arduino und ein voll-grafikfähiges Display gewöhnt ist, ärgert man sich zunächst etwas über die beschränkten Optionen der TDE. Dafür werden sämtliche Konvertierungsaufgaben der Variablen von der Software übernommen – das spart nerven und geht schnell von der Hand.

Hier ein paar Impressionen aus der Anzeige:

Web-Interface

Mit der aktuellen Baureihe hat Siemens jeder Logo! einen eingebauten Webserver verpasst. Ihn nicht zu nutzen wäre schade, deswegen schöpfen wir die Möglichkeiten voll aus und spendieren der Anlage eine hübsche Visualisierung.

Die Hintergrundgrafik ist ein Screenshot aus PowerPoint, Schalter und Meldezustände werden durch die Logo! selbst ersetzt.

Alle Elemente in grau können nicht verändert werden, z.B. die mechanischen Komponenten. Alles was rot/orange/rot angezeigt wird sind Meldungen der entsprechenden Sensoren.

Funktionen

Was kann das Webinterface?

Steuerung

• Betriebsstundenzähler heute / gesamt
• Zeit bis zur nächsten Wartung
• Start/Stopp
• Vorwahl Soll-Druck
• Vorwahl Hysterese

Anzeige

• Betriebszustand Verdichter
• Temperatur Verdichter
• Status Entlastungsventil
• Status Kondensatabscheider
• Zeit bis zur nächsten Abscheidung
• IST-Druck

So geht es weiter

Sobald die Werkstatt wieder hergerichtet wurde fangen wir mit der Fertigung des Rahmen an. In Zwischenzeit wird es nochmal ein paar Details zur Logo! Programmierung sowie unserem finalen Steuerungsprogramm geben.

Bald mehr auf unserem Blog!