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VDI4707! – Auslöser für Energieeffizienz
und Nachhaltigkeit von Aufzügen
IX. Schwelmer Symposium 2012
Moderne Technik im Aufzug
Dr.-Ing. Holger König
Control Techniques GmbH (Emerson)
Dipl.Verw. Wirt (FH Pol) Friedhelm Meermann
M.BB F+S Meermann
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
Bevölkerung Bestand
2005
Prognose
2050
BRD
82,5 Mio.
74- 69 Mio.
Weltweit 6,5 Mrd. 9- 9,2 Mrd.
Lebens-
erwartung
ca. 82 Jahre ca. 90 Jahre
1. Folgerung: • Bevölkerung wird älter
• Mobilität nimmt ab
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
2. Folgerung:
Bauen + Wohnen
2050 leben 75 % der Weltbevölkerung in Städten
Auf Städte entfallen
° > 70 % der weltweiten CO2-Emissionen ° > 66 % des weltweiten Energiebedarfs
Unumgänglich für Städteplaner
° Bau in die Höhe ´
° Verdichtung der Städte
Auf- / Abstiegshilfen
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
Aufgaben für die Aufzugsbranche
° Gewährleistung der
Sicherheit, Barrierefreiheit, Verfügbarkeit
Nachhaltigkeit mit
ökologischem Herstellen + Instandhalten
funktionaler Qualität für die Sicherheit
ökonomischer Qualität bei Lebenszykluskosten
Prozessqualität für
- Bewirtschaftung der Instandhaltung +
- Qualifikation des Betriebspersonals
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
Aufzuganlage: xxx630, KSA, Bremen (13. April)
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
Messung des Energiebedarfs
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Der Aufzugsantrieb Erzeuger der von der Steuerung
vorgegebenen Bewegung
Besteht aus Regelgerät, Motor, u.U. Getriebe und Treibscheibe.
Schnittstellen bestehen zur Steuerung, zum Versorgungsnetz und zur Mechanik.
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Entwicklung von Aufzugsantrieben
Kompaktheit und Energieeffizienz
– getriebeloser Direktantrieb mit elektronischer Regelung und optionaler Energierückspeisung
Offene Kommunikation und Visualisierung
– Umrichter mit offenen Schnittstellen
Sicherheit, Kompaktheit und Komfort
– Umrichter antriebsintegrierter Sicherheitsfunktion
Einfacher Bedienung, Inbetriebnahme und Diagnose
– Umrichter internen Selbsteinstellung und Ferndiagnosezugriff
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Universelles Regelgerät mit skalierbarer Hardware
Für alle Netze 200 – 690V
Für alle Leistungen bis 2000 KW
Für alle Motoren (ASM / PSM)
Performance für getriebeloss PSM
Energiesparende Rückspeisung
Universeller Geberanschluss
SmartCard – Einstellung ohne PC
Modulare Erweiterung mit Optionen
„Open Loop Vector“
Asynchron ohne Geber
„Closed Loop Vector“
Asynchron mit Geber
„Servo“
Synchron mit Geber
„Regen“ Sinus- Ein-
und Rückspeisung
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
Elektronik im Aufzug
U, V, W
Encoder
CAN/ RS485
DCP
Wegmessung
Schacht
Kabine
Außenrufe
Innenrufe
+
Gegen-
gewicht
Motor
Aufzugssteuerung
Fern-
Parame-
trierungAußenrufe
Außenrufe
Fern-
Parame-
trierung
CANopen/ DCP Verbindung
Regelgerät
Bussysteme DCP und CANopen zur Steuerung
Energiemessungen
Fahrqualitätsmessungen
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
PC Inbetriebnahme
Energiemessung
Fahrqualitätsmessung
Ferndiagnose
Elektronik im Aufzug
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Evakuierungskonzept mit USV – Um bei Netzausfall Passagiere zu befreien
– Verwendung einer 230V USV zur Versorgung (Leistung < 10…30%)
– Dimensionierung für korrekte USV Auswahl
– Minimierung der USV durch Lastmessung und Leistungsregelung
Automatische Evakuierung mit USV
M
3~
UPS
L1
L2
L3
M
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Ersatz der Fahrschütze
K1
K2
K1
K2 Impuls
-
sperre
+24
V
Konventioneller
Umrichter
3 x 400V AC
Schütz-
überwachung
Schütz-
ansteuerung
K1
K2
EN81 12.7.3.a) fordert zwei unabhängige Geräte zur Unterbrechungen des Energieflusses (Schütze)
AC Schütze sind für 50/60Hz Ströme, der Motorstrom hat Frequenzen von 0Hz
Lichtbögen führen zu Kontakt-abbrand, Motorwicklungsfehlern oder Umrichterabschaltungen
Unidrive SP besitzt eine TÜV zertifizierte Sicherheitsfunktion zum sicheren Stillsetzen EN81-1
Ersatz der Motorschütze durch sichere Fahrtrelais
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Ersatz der Fahrschütze Schützeinsparung durch
STO Sicherheitsfunktion
– Geräuschreduktion
– Weniger Verschleiß
– Platzeinsparung
– Bessere EMV, einfacher
– Geringere Kosten
TÜV Zertifikat
– 1. TÜV abgenommener FU
– Kein IP54 Einbau erforderlich
– Approved by others TUV’s
– Alle SP’s von SP0 bis SPMD
– Mehr als 1000 Anlagen
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
DCP / CANopen Lift DCP: RS485 Schnittstelle von
Steuerung zum Antrieb
CIA417 CAN Applikationsprofil für alle Aufzugskomponenten
Schleichfahrt-Positionierung DCP3 / CAN Speed Mode
Weggeregelte Direkteinfahrt DCP4 / CAN Position Mode
– Keine Verzögerungswege
– Geringere Halteverlustzeit
Reduzierte Verkabelung
Parametrierung über Display der Steuerung (roomless)
Archiving / Parametrierung/ Ferndiagnose und -service
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Servo Standstill Autotune
Magnetlage zur Erzeugung des Drehmoment am Servomotor
Ermittlung durch Autotuning erforderte entlasteten Motor
– Aufsetzen des Gegengewichts
– Aufhängen der Kabine
Neuer Stillstandstest mit geschlossener Bremse
– Stromregler Optimierung
– Ermittlung der Magnetlage
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Unidrive SP – Smartcard Setup Smartcard Erstellung
– CT Soft und Smartcard Reader
– Motorberechnung mit Angabe des Projekts an CT
– Erstellung der Smartcard CT
– Senden der Smartcard mit Projektbezeichnung an Kunden
Fast Einstellmenu für Monteur
– weniger als 50 Parameter
– Textanzeige mit Hilfetext
– Inbetriebnahme Reihenfolge
– Zum Expertenmodus mit F51
– Auch im Ferndisplay DCP/ CAN
MM
MPK400
(Fa. Kollmorgen)
FST
(Fa. NEW Lift)bp306
(Fa. Böhnke & Partner)
END CR_ ++
_ OK
ESC
SLC4
(Fa. Strack)
M
ESC CR_ +
MScoll
downScoll
up
BMPS
(Fa. Osma)
ESC
RET
M
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Plug’n Lift Solution
Prinzip
– Speicherung optimierter Motor-, Regelungs- und Aufzugsdaten im Motorgeber
– Programmierung des „Electronic Nameplate“ (ENP) beim Motorhersteller
Vorteile
– Einfachste Inbetriebnahme durch Auslesen des ENP
– Minimales Einstellrisiko
– Projektierter Fahrkomfort
– Problemloser Umrichtertausch
– Einfachste Datenwartung
– Datenablage an richtiger Stelle!
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
EMERSON ELEVATOR SOLUTION
Elektronisches Typenschild
– Plug and Play Technologie
– Einstellung mit 1 Einstellung
#F0: Elektronisches Typenschild
– Inbetriebnahme < 1 Minute
READY TO RUN !
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5 15 25 35 45 55 65 75 85
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Energierückspeisung
Serielle Struktur: Back- to- Back System – Motor- und netzseitiger Wechselrichter (2 Geräte o. Kompaktgerät)
– Netzwechselrichter muss vollen Motorstrom führen
– Nutzung der Bremsenergie zur Reduktion der Energieaufnahme
– Aber Erhöhte Energieaufnahme im Stillstand
– Unidrive SP liefert Sinusstrom und erlaubt USV- Notbetrieb
Leerfahrt AUF Leerfahrt AB
Geschwindigkeit Netzleistung
Rückspeisung
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Energierückspeisung
Back-to-Back System für Ein- und Rückspeisung
Volkswohlbund Dortmund
– 4 Aufzüge der Fa. Janzhoff
– V = 2,5 m/s, Q = 900/ 1350kg, 57m
– Steuerung MPK Fa. Kollmorgen
Energiemessung VDI4707-1
– Stillstandsbedarf
• P = 120W (Beleuchtung) C
– Fahrbedarf
• EGesamt = 46 Wh A
– Spezifischer Energiebedarf
• Kl. 3: 0,74mWh/m*kg A
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Energierückspeisung Zwischenkreisverbund mit
zentraler Rückspeisung
– Energieausgleich über DC ZWK
– Alternative AC-/ DC- Speisung für höchste Redundanz
– Reduktion Energiebedarf …30%
– Für hoch frequentierte Gruppen gemeinsamer Triebwerksraum
Spital Frauenfeld (CH)
– 6er Gruppe Fa. AS Aufzüge
– v = 1,75m/s, Q = 1800kg
– Steuerung bp306 Fa. Böhnke
– Energieeinsparung 13MWh/ a
– 30% höhere Förderleistung mit DCP4 und Schnellstart
– Extrem hohe Verfügbarkeit
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
Strukturen der Energierückspeisung
Parallele Netzrückspeisung Easy Gen
– Rückspeisender Umrichter parallel zum Motorumrichter
– Geringere Verluste im Motorbetrieb (Standby)
– Gerät kleiner – nur Rückspeisung
– Auslegung spart Kosten und Verluste
– Sinusstrom und USV- Notbetrieb
– Automatische Selbsteinstellung
– Einfache Nachrüstung, da nur DC und AC Kraftstrom- Verbindung
– Keine Abwärme und Klimatisierung
– verbesserte Energiebedarfsklasse (VDI4707-1) um 1 – 2 Stufen
– Redundant mit Bremswiderstand
Einspeisung
Rückspeisung
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
VDI4707: Energieeffizienz von Aufzügen
VDI4707 Blatt 1 (03/2009)
Initiative der Aufzugsindustrie zur Energieeinsparung
Ziel: Messung und Beurteilung der Energieeffizienz
Messung des Energiebedarfs unterteilt in:
– Stillstandsbedarf: Leistungsbedarf 5min nach letzten Fahrt
– Fahrbedarf Energiebedarf für Referenzfahrt
Addition entsprechend Nutzungskategorie (0,2 – 6,0h/d)
Bezug auf Nutzlast und Fahrstrecke: Spez. Energiebedarf
Beurteilung nach Energiebedarfsklassen A – G
Förderung von neuen Energiespartechnologien
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
VDI4707 Blatt 2 VDI4707 Blatt 2
Ermittlung des Energiebedarfs aus den Daten der Komponenten
Festlegung der Kenngrößen der Komponenten als Herstellerangaben
4 Betriebsmodi zur besseren Bestimmung des Energiebedarfs
Betrtieb
Bereitschaft
Soft Off
Sleep
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
VDI4707 Blatt 2
Seilaufzug
• Antrieb besteht aus Stellglied – Motor – Getriebe – Seilantrieb
• Der Antrieb ist kein Verbraucher, sondern ein Energie- „Durchleiter“
• Verluste abhängig von geforderter mechanischer Leistung (Last, vn)
• Berechnung der Energieverluste der Fahrt mit Wirkungsgrad hX
• Im Stillstand haben Seil, Getriebe und Motor normal keine Verluste
• Verlustleistung des Umrichters im Stillstand wird durch Leistung für Betriebsart S0 bis S2 beschrieben
Quelle: www.GFC-Antriebstechnik.de
Netz
En
erg
ieflu
ss
Umrichter/
Umformer
Motor
Getriebe
Last
Mit Getriebe Gearless
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
VDI4707 Blatt 2 Neue Berechnungsformel für den Energiebedarf der Fahrt (Seilaufzug)
– Leerfahrt AB:
– Berücksichtigung des Anlaufstroms durch Technologiefaktor kT
– Berücksichtigung der Komponenten durch Produktwirkungsgrad h
– Leerfahrt AUF:
– Zusatzkomponenten (Bremse, Lüfter)
– Energiebedarf der Fahrt: (Seilaufzug)
Einfache Berechnung mit wenigen, einfach zu beschaffenden Daten
)*12
(*21
*** BeschlT
FAHRTnnDGen tk
tvgmE
hh
h
)*(*1
*** BeschlTFAHRTnnDMot tktvgmE h
Technologie Überlast ü Wirkungsgrad
Motor
Wirkungsgrad
Steller
Technologie-
faktor kT
Umrichter 50% 80% 97% 0,336
Spannungssteller 100% 80% 97% 0,672
Polumschaltung 200% 80% 100% 1,8
kumuliert, P * )(*2 BFAHRTrefdiv ttE
refdivGenMottotal EEEE ,
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
VDI4707 Blatt 2
Teil 1: Messung und Klassifizierung des Energiebedarfs eines Aufzugs
– Nichtsinusförmiger Stromverlauf
– Multimeter nicht geeignet
– Messung mit Netzanalysator
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
VDI4707 Blatt 2 Teil 2: Standardisiertes Verfahren zur Berechnung des
Energiebedarfs eines vollständigen Aufzugs aus den Daten der Komponenten
Lösungen aus Komponenten werden Komplettlösungen gleichgestellt.
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
1. Zukünftige Erfordernis und Prägung ökologischer Designprinzipien ist naheliegend. Auch die EU-Öko-Design-Richtlinie wird in Bälde für Aufzüge gelten.
Die gesamte Aufzugsbranche wird ihre Konstruktions-, Planungs-, Herstellungs-, Montage-, Instandhaltungs- und Recyclingsaktivitäten darauf auszurichten haben.
2. Der Bedarf an neuen Aufzügen sowohl in der BRD als auch weltweit wird verstärkt wachsen.
Zukunft
M°BB F+S Meermann Schwelmer Symposium Juni 2012
3. Die Aufzüge im Betrieb unterliegen einem technisch
bedingten Materialverbrauch. Sie sind weiterhin zu
warten und zu ändern oder zu verbessern.
4. Die Sicherheit, Barrierefreiheit und Verfügbarkeit
wird sich kraft normativer Vorgaben und technolo-
gischer Innovationen erhöhen.
Europäische und weltweite Anforderungen an ökolo-
gische Aspekte fordern Konstruktion, Planung, Her-
stellung und Einsatz modernster Technologien heraus.
Das gilt auch für die Instandhaltung und das Recycling!
Zukunft
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
5. Die Kosten für Errichtung und Betrieb werden
weiter sinken. Nachweisbar gilt dies bereits heute für
den Energieverbrauch und die Materialressourcen.
Die Aufzugsbranche kann mit zukunftsweisenden Kon-
struktionen und deren Instandhaltung die erwarteten
Reduzierungen der CO2-Emissionen und des Energie-
bedarfs bis 2020 - jeweils um 30 % - erfüllen.
Dies fördert die Akzeptanz und Erfüllung des Bedarfs, -
sowohl für neue Anlagen als auch dem Bestand oder
die Maßnahmen der Instandhaltung. Dies kann die
Metropolregionen erträglich machen. Es bietet für die
Alterung der Menschen Lebenshilfen.
Zukunft
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
6. Control Techniques bietet bereits „universelle
Aufzugslösungen“ an für die
- Fachplanung,
- Herstellungs- und Montagebetriebe und
- Instandhaltung.
Diese werden ergänzt mit externer oder interner Fort-
bildung oder im Verbund mit anderen Komponentenher-
stellern.
Zukunft
Holger König CT Emerson, Schwelmer Symposium, Jun 2012
7. Insgesamt bedeutet die Entwicklung für Bauherren,
Architekten, Betreiber, Hersteller, Kompo-
nentenlieferanten und Instandhaltungsunternehmen:
„Bereits heute können mit den Anstößen der VDI-
Richtlinie und den berichteten Konstruktionen
erhebliche Kostenminderungen bei Errichtung,
Betrieb und Wartung erzielt werden. Anhand der
VDI-Richtlinie 4707 Teil 1 (und bald auch anhand
Teil 2) werden sie geplant und nachgewiesen.“
Zukunftssicherheit: Zusammenfassung
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Dr.-Ing. Holger König
Control Techniques GmbH
(Emerson)
Dipl.Verw. Wirt (FH Pol)
Friedhelm Meermann
M.BB F+S Meermann