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Hohe Anforderungen an die Beleuchtungssteuerung

Die hohen Anforderungen an einen energieeffizienten, wirtschaftlichen und sicheren Gebäudebetrieb werden speziell in der Automobilindustrie noch stärker deutlich, da Produktionsausfälle oder Verzögerungen meist sehr schnell hohe Ausfallsummen verursachen. Diese Aufgabenstellung war auch zugleich eine gewaltige Herausforderung an die Ingenieure der Planung WPW Ingenieuere GmbH Saarbrücken und der ausführenden Firma K+B E-Tech, um die Anforderungen des Kunden umzusetzen. Im Werk Leipzig wurde erstmalig eine Beleuchtungssteuerung realisiert wie sie zu diesem Zeitpunkt noch in keinem deutschen BMW-Werk vorhanden war. Dabei wurden 1.100 Stück Schaltschränke für die Energieverteilung und Beleuchtungssteuerung gefertigt und Just-in-Time an die ausführenden Elektroinstallationsfirmen Vorort ausgeliefert.
Neue Wege bei der Beleuchtungssteuerung

Im BMW-Werk Leipzig sind schaltbare Beleuchtungskreise in drei verschiedene Kategorien und Bedienebenen zu unterscheiden. Zum Schalten der Beleuchtung gibt es die Möglichkeit der übergeordneten Steuerung der Gebäudeleittechnik (GLT) des Werkes, helligkeitsabhängiges Schalten durch Sensoren und Vorortbedienung durch das Personal. Eingriffe der Gebäudeleittechnik erfolgen für die Gebäude Karosseriebau, Lackiererei, Montage, die Versorgungszentren sowie die Außenbeleuchtung, wobei die Meldungen aller Lichtverteiler auf die Gebäudeleittechnik aufgeschaltet wurden. Die Produktionsbereiche, Fahrstraßen und Bereitstellungsflächen der großen Technologien sind vollständig an die Beleuchtungssteuerung angeschlossen und werden automatisch in Abhängigkeit der Produktionszeiten über das Zeitsteuerprogramm der Gebäudeleittechnik geschaltet. In der Regel werden Pufferzeiten vor Schichtanfang und nach Schichtende für die Schaltvorgänge definiert. Das der energieökonomische Einsatz der Beleuchtung durch die örtlichen Nutzer kaum beeinflusst werden kann, wurde bei der Projektierung bewusst berücksichtigt um unkontrollierten Schalthandlungen vorzubeugen.

Aufgabenstellung

Zur Steuerung der über 6000 Lichtkreise in 11 Gebäuden wurden 270 Lichtverteiler eingesetzt. Dabei wurden Sicherheits-, Normal- und Außenbeleuchtungsverteiler verwendet. In Zusammenarbeit mit der Firma B&R Industrie-Elektronik GmbH. Es wurde hierfür von K+B eine standardisierte Software entwickelt. Die Standardsoftware ist so ausgelegt, dass die Lichtkreise verteiler- übergreifend zu Gruppen zusammengefasst werden können, d.h. die Verkabelung der Licht- und Steuerkreise zu
den Lichtverteilern kann individuell ausgeführt werden. Durch dieses Standardprogramm kann jeder Lichtkreis aus einem beliebigen Lichtverteiler zu einer bestimmten Beleuchtungsgruppe zugeordnet werden. Das Schalten dieser Gruppen erfolgt abhängig von Schaltbefehlen aus der Gebäudeleittechnik, über Dämmerungsschalter und über Taster als Vor-Ort-Taster oder als Meistertableau.

Hardware

Jeder Lichtverteiler wird von einer B&R-SPS vom Typ 2003 gesteuert. Alle Steuerungen sind über das BMW- TCP/IP-Hausnetz miteinander verbunden. Abhängig vom Verteilertyp ist eine entsprechende Anzahl von Ein-/Ausgangsbaugruppen vorhanden. An den Digitaleingängen können optional Vor-Ort-Taster angeschlossen werden. Die Lichtkreise sind im Ruhestromprinzip an die Steuerungen angeschlossen, so dass bei einem eventuellen Ausfall der SPS alle Lichtkreise automatisch eingeschaltet werden. Pro Lichtverteiler werden schließlich noch Störmeldungen, wie Sicherungsfall, Unter- und Überspannung an die GLT (Gebäudeleittechnik) gemeldet. Zusätzlich ist an jeden Lichtverteiler über eine Remote- Verbindung (CAN-Bus) jeweils ein Meistertableau anschließbar das bis zu 15 Leuchtdrucktaster, sowie einen Leuchtdrucktaster für die Sperrfunktion beinhaltet. Bei den größeren Gebäuden sind für Gruppenfunktionen zusätzlich zwei Gruppen-Master-Steuerungen vom Typ B&R 2005 installiert, die ebenfalls an das BMW-Hausnetz über eine TCP/IP-Verbindung angeschlossen sind. Die beiden Master-Steuerungen sind redundant aufgebaut, das heißt: sie erhalten von der GLT parallel die Schaltbefehle und führen parallel die definierten Funktionen aus. Im Normalbetrieb ist der erste Master die Führungssteuerung. Erkennt ein Lichtverteiler eine Kommunikationsstörung zu diesem Empfänger, so werden die Befehle des zweiten Master´s verwendet. Schließlich wird durch die Gruppen-Master der aktuelle Außenhelligkeitswert von der SPS der Wetterstation abgefragt, damit die vom Dämmerungsschalter abhängigen Schaltfunktionen durchgeführt werden können.

Software

Ziel der entwickelten Software ist es, die Steuerungen mit einheitlichen Programmbausteinen zu versehen, um die gewünschten Funktionen zu erhalten. Die spezifischen Informationen werden lediglich in Datenmodulen definiert. Da die Software mit der B&R-Programmiersoftware ‚Automation Studio‘ erstellt wurde, sind weitergehende Funktionen spezifisch nachrüstbar. Abhängig vom Steuerungstyp sind für die jeweiligen Verteilertypen, (Normal- Sicherheits- und Außenbeleuchtung) entsprechende Mutterprogramme erstellt worden. Diese sind jeweils durch Importieren der spezifischen Datenmodule und Einstellen der Kommunikationsparameter zu konfigurieren. Die Kommunikation zu den Master-Steuerungen, sowie zu anderen Lichtverteilern (für die Mitnahmeschaltungen) wurde über die B&R Client-Server-Software bewerkstelligt.

Parametriertool

Da es bei der großen Anzahl von Lichtkreisen und Lichtverteilern sehr mühsam und fehleranfällig wäre, alle Datenmodule manuell zu erstellen, wurde ein einfaches Parametriertool entwickelt. Dieses Tool ermöglicht das Einlesen von standardisierten Tabellen im MS-Excel-Format und das automatische Erzeugen der dazu gehörigen Programmlogik. Der Zweck des Tools ist das Einlesen, Anzeigen und Konvertieren der Konfiguration von Beleuchtungssteuerungen. Dabei liest es die spezifisch dafür entwickelten MS-Excel-Tabellenblätter, die ohne Programmierkenntnisse erstellt werden können ein, und gibt Textdateien aus die in ein Automationstudio-Projekt importiert werden können.

Die Funktionsgruppen

Jeder Lichtkreis kann vom Anwender in verschiedenen Steuerungskategorien eingeteilt werden. Dabei wird ausgewählt, ob der Beleuchtungskreis zu einer Fahrstraße, einer Anlage, einer Bereitstellungsfläche oder zu einer helligkeitsabhängigen Gruppe zugeordnet werden soll. Des Weiteren kann der Lichtkreis direkt über Taster ‚zentral Aus‘ oder als Dauerlicht parametriert werden. Jeder Lichtkreis kann zu mehreren Gruppen gehören. Das ist vor allem im Zusammenhang mit der Beleuchtung von Fahrstraßen erforderlich, die an mehrere Beleuchtungszonen angrenzen können. Alle Lichtkreise einer Gruppe werden gemeinsam ein- bzw. ausgeschaltet. Die Taster der Tableaus sind so konfigurierbar, dass sie zum Schalten der Lichtkreisgruppen verwendet werden können. Grundsätzlich ist eine Bedienung über die Taster nur möglich, wenn außerhalb der normalen Betriebszeiten die Gruppen über die GLT ausgeschaltet wurden. Außerdem besteht die Möglichkeit durch Betätigen des Sperrtasters an einem Tableau, das Ausschalten der entsprechenden Gruppen durch die GLT zu verhindern. Dies ist vor allem während der Durchführung von Reinigungs- und Wartungsarbeiten sinnvoll, um eine ausreichende Beleuchtung zu gewährleisten.

Ansteuerungsvarianten GLT und zusätzliche Funktionen

Jeder Gruppe kann eine spezifische Funktionalität zugeordnet werden, die das Verhalten besonders im Zusammenhang mit der GLT beschreibt. Die GLT kann sowohl über den Fahrplanmanager mit zeitgesteuerten Schalthandlungen als auch durch manuelles Schalten eingreifen. Einige Lichtkreise, z.B. Meisterbüros, Sozialräume, usw. benötigen keine übergeordnete Schaltfunktion durch die GLT und werden direkt über Taster ein- bzw. ausgeschaltet. Dazu kann ein beliebiger Taster (Vor-Ort- oder Tableau-Taster) des jeweiligen Lichtverteilers dem jeweiligen Lichtkreis zugeordnet werden. Für die direkt gesteuerten Lichtkreise kann zusätzlich das von der GLT pro Halle erzeugte ‚zentral Aus‘- Kommando verwendet werden. Für ausgewählte Lichtkreise der Sicherheitsbeleuchtungsverteiler wurde eine Mitnahmeschaltung realisiert. Dadurch ist es möglich, einen Lichtkreis eines anderen Verteilers (in der Regel Normalbeleuchtungsverteiler) zuzuordnen und dadurch gemeinsam ein- bzw. auszuschalten. Dazu fordert die Steuerung ohne Mitwirkung des Gruppen-Masters den aktuellen Schaltzustand des entsprechenden Lichtkreises über das Netzwerk an und schaltet den zugeordneten Lichtkreis ein bzw. aus. Ebenso ist es ist möglich, einen Lichtkreis so zu definieren, dass er dauernd eingeschaltet ist. Dies ist besonders für Sicherheitsbeleuchtungen von Bedeutung.

Große Zeitersparnisse

Durch die Entwicklung der Standardsoftware in Verbindung mit dem Parametriertool konnte die Inbetriebnahme zur Zufriedenheit aller Beteiligten in einer relativ sehr kurzen Zeit durchgeführt werden. Des Weiteren ist auch jede beliebige Änderung oder Erweiterungen von Lichtkreisen oder Steuerkreisen an das bestehende Netzwerk mit den Standardprogrammen möglich. Da diese Arbeiten von jeder beliebigen Stelle im Datennetz (TCP/IP) durchgeführt werden können, spart sich der Anwender auch den Weg zur SPS-Steuerung des zu ändernden Lichtverteilers Vorort.

Zufriedenheit der Betreiber

Herr Menzel, Projektleiter für technische Dienste von der Betreiberfirma HSG Technischer Service GmbH, hat auf Rückfrage erklärt, dass er sehr zufrieden ist mit der Bedienung der Beleuchtungssteuerung, speziell auch im Bereich der Software. Als großen Vorteil sieht Menzel unter anderem auch das hardwaremäßige Einschalten der Beleuchtungskreise bei Stromausfall oder Netzwerkstörungen. Seit der Inbetriebnahme der Beleuchtungssteuerung vor zwei Jahren sind keine nennenswerten Störungen aufgetreten. Darüber hinaus äußerte sich das Betreiberteam positiv über die Betreuung und Zusammenarbeit mit der Fa. K+B E-Tech.

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