History in the Making

Flugzeugturbinen müssen enormen Belastungen standhalten. Natürlich müssen die Aggregate vor ihrer Benutzung auf Herz und Nieren getestet werden. Das Institut für Luftfahrtantriebe der Universität Stuttgart, kurz lLA, betreibt dazu einen Höhenprüfstand, der einmalig in Deutschland ist. Dieser Prüfstand besteht aus einer Leitwarte, von wo aus die Anlage kontrolliert wird und die Versuche für die Testturbinenprüflinge gefahren werden.

Der Anlagenteil besteht aus einem geschlossenen Rohrleitungssystem, in dem insgesamt fünf Verdichter Über- oder Unterdruck erzeugen und so die Drücke verschiedener Flughöhen simulieren. Läuft die Anlage in vollem Betrieb, haben die Verdichter eine Stromaufnahme von 35M1V, weshalb der Prüfstand ausschließlich am Abend und in der Nacht zu den günstigeren Energiepreisen betrieben wird. Auch wenn diese Maschinen aus soliden Teilen wie zentimeterdicken Gussgehäusen und armdicken Schrauben bestehen, gibt es ein physikalisches Phänomen, das sie binnen Sekunden zerstören und Millionenschäden anrichten kann. Gemeint ist der so genannte Pumpstoß. Bei Überlastung reißt der Luftstrom abrupt ab und die angetriebenen Verdichterschaufeln laufen Gefahr, völlig zerstört zu werden.

Dieser Pumpstoß darf also unter keinen Umständen eintreten. Aus diesem Grund werden die Verdichter mit zwei redundanten Regelungen vor einem solchen Vorfall geschützt: der Pumpverhütung zum sicheren Betrieb bis an die Leistungsgrenze und dem Pumpschutz zur Verhinderung deren Überschreitung. Beide Schutzeinrichtungen arbeiten jeweils unabhängig voneinander an jedem Verdichter mit mehreren Druck- und Temperatursensoren. Stellglied ist dabei eine hydraulische Bypass-Klappe, die den Luftstrom regelt. Im Überlastungsfall öffnet sie sich sehr schnell, um Schäden zu verhindern. Damit ist dann zwar der Versuch abgebrochen, aber der Verdichter gerettet.

Ein neues Kundenprojekt eines europäischen Konsortiums von Triebwerksherstellern löste beim lLA den Gedanken an eine Verbesserung des existierenden Systems aus. Der Auftrag von infoteam war es, eine Automatisierungslösung zu realisieren, die mit dem bestehenden Equipment den Betrieb der Anlage dichter an der Leistungsgrenze ermöglicht. Es sollten dazu die Regelungen Pumpschutz und Pumpverhütung neu realisiert und die Sensorik ausgetauscht werden. infoteam ist dabei als Systemintegrator aufgetreten und war als General Unternehmer für die Planung, die ziel- und fristgerechte Realisierung und die Inbetriebnahme verantwortlich.

Die Lösung

Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, hat infoteam eine Automatisierungslösung mit zwei Industrie-PCs entwickelt. Herzstück der Steuerung ist die echtzeitfähigen Soft-SPS SmartPLC. Dabei handelt es sich um eine Software, die aus einem herkömmlichen Industrie-PC eine speicherprogrammierbare Steuerung macht. Die Soft-SPS arbeitet mit dem dazugehörigem Programmiersystem OpenPCS von infoteam. Damit können die Automationsprogramme für die Soft-SPS geplant, implementiert, getestet und in Betrieb genommen werden. Das Programmiersystem ist IEC61131-3-konform und unterstützt die Programmiersprachen Funktionsbausteinsprache, Kontaktplan, Ablaufsprache, Strukturierter Text und Anweisungsliste. Mit den PCs als Plattform wurden zwei wichtige Anforderung direkt auf den Rechnern umgesetzt: das Logging aller ein- und ausgehenden Signale und die Visualisierung.

Logging & Visualisierung

Um die Versuche nachträglich effektiv auswerten zu können, werden für jede Regelung getrennt im Regelungstakt die Werte aller eingehenden und ausgehenden Signale als Datensätze in einer Logging-Datei vermerkt. Die Größe dieser Dateien kann nach einer Versuchsreihe leicht im Megabyte-Bereich liegen. Hier zeigt sich bereits ein entscheidender Vorteil der Industrie- PCs im Vergleich zur Ausführung mittels einer traditionellen speicherprogrammierbaren Steuerung: die Realisierung des Loggings und die Analyse mit Analyze- Tools oder gar mit MS-Excel ist ein Kinderspiel. Um den Zustand der Verdichter sofort auf einem Bildschirm sehen zu können, müssen die wichtigsten Signale direkt auf einem Bildschirm angezeigt werden. Eine speicherprogrammierbare Steuerung kann diese Visualisierung meist nicht leisten. Die Industrie-PCs können dies ohne den Einsatz zusätzlicher Hardware.