Projekte der Fachschule für Technik im Schuljahr 2007/2008

Notstromversorgung mit einer PEM-Brennstoffzelle

Notstromversorgung mit einer PEM-Brennstoffzelle und lastsynchroner Rückschaltung

Die Idee, eine Notstromversorgung mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle zu realisieren, entstand in einer Diskussion über die Benzinpreise, bzw. dem absehbaren Aufbrauch des Erdöls.
Da sämtliche Notstromversorgungssysteme derzeit mit Hilfe eines Dieselgenerators realisiert sind suchten wir nach alternativen Möglichkeiten mit regenerativen Energien.
Wir kamen zu dem Schluss, dass sich nur ein Wasserstoffsystem bewähren kann, da man bei Wind- oder Sonnenenergie völlig vom Wetter abhängig ist. Wasserstoff ist auf der Erde praktisch unbegrenzt vorhanden und kann z.B. durch Wasserzersetzung mit Solarstrom umweltfreundlich erzeugt werden!
Also stand fest: Wir entwickeln ein Notstromsversorgungssystem welches als Energieerzeuger eine Brennstoffzelle nutzt! Der beste Nebeneffekt ist, dass wir keinerlei Ausstoß von CO2 haben!

Die Anlage funktioniert nach folgendem Prinzip:
Das Wechselstromnetz wird elektronisch überwacht. Wenn zu einem beliebigen Zeitpunkt die Spannung einbricht oder das Netz ausfällt, wird dies erkannt und der Wechselrichter sowie die Brennstoffzelle werden gestartet. Der Wechselrichter beginnt sofort ein 400-Volt-Drehstromnetz aus Pufferbatterien zu erzeugen. Sobald dieses vorhanden ist (Zeitraum <1 Sek.) werden die angeschlossenen Verbraucher wieder mit Energie versorgt. Zur gleichen Zeit wird die Brennstoffzelle angefahren. Ist diese bereit, wird nach einer eingestellten Warmlaufzeit die Brennstoffzellenspannung auf den Wechselrichter geschaltet. Ab jetzt versorgt die Brennstoffzelle direkt den Wechselrichter und somit auch die Verbraucher.
Bei der Netzwiederkehr wird die eigens konstruierte „Zero-Crossing“ -Platine eingeschaltet, welche Signale an den Wechselrichter überträgt. Der Wechselrichter synchronisiert sich auf das Signal. Sind die Netze synchron, werden sie für kurze Zeit parallel aufeinander geschaltet. Das Notnetz wird abgeschaltet, die Verbraucher werden wieder mit Netzspannung versorgt. Die Anlage befindet sich nun wieder im Überwachungsbetrieb.
Bei dieser Rückschaltung gibt es keinerlei Unterbrechung der Stromversorgung an den Verbrauchern.
Eine Patentanmeldung ist eingereicht.

Mehr Infos auf Anfrage: C. Eller, J. Gommermann, M. Keimling



Die Brennstoffzelle hat den 1. Platz beim xplore-New-Automation-Award in der Kategorie „Ecology“ im internationalen Vergleich erzielt!!!
Herzlichen Glückwunsch an das H2-Team!

Projektteam:
Christian Eller
Jens Gommermann
Marcus Keimling

Solarturm

Mit Sonnenenergie in eine saubere Zukunft

Projektidee:

Auf unserer Erde werden die zur Erzeugung elektrischer Energie genutzten fossilen Brennstoffe immer knapper und durch ihren CO2 Ausstoß geraten sie immer mehr in Kritik. Ständig steigende Belastungen der Umwelt und die damit verbundenen klimatischen Veränderungen auf unserer Erde haben uns zu unserem Abschlussprojekt „Der Solarturm“ bewogen. Damit wollen wir einen Beitrag zur ökologisch verträglichen Energieerzeugung und zur Verbesserung der Umwelt leisten. Mit unserem Projekt haben wir eine bereits bestehende Methode zur Solarenergie-Gewinnung aufgegriffen, als Modellanlage nachgebaut und durch ein Profinet-Bussystem mit einer Profinet-SPS automatisiert.

Aufgabenstellung:

Ein selbst gebautes Spiegelfeld aus sechs rechteckigen Heliostaten wird vollautomatisch immer so ausgerichtet, dass die Sonnenstrahlen den Receiver in der Turmspitze treffen. Hier kann mit dem gebündelten Sonnenlicht Wasser zum Sieden gebracht und so über eine Turbine elektrischer Strom erzeugt werden.
Für die Nachführung waren vorab genaue geometrisch mathematische Berechnungen notwendig.

Im Brennpunkt in der Turmspitze ist ein Temperatursensor zur Bestimmung der eingehenden thermischen Energie angebracht, der den Absorber (Receiver) simulierte. In einer reellen Anlage würde Wasser im Absorber verdampft werden, um eine Turbine und einen Generator anzutreiben.

Dank der großen Unterstützung durch unsere Schule und vieler Sponsoren sowie durch die Chance, mit unserer Idee beim „xplore-New-Automation-Award“ der Firma Phoenix Contact teilzunehmen, konnten alle notwendigen Materialien umgehend gekauft, verarbeitet und eingehend getestet werden.

Wir danken allen unseren Sponsoren, namentlich der Goethe Universität Frankfurt am Main, der Fa. Schott AG, der Fa. Schindler Aufzüge und Fahrtreppen GmbH, Phoenix Contact sowie der Werner-von-Siemens-Schule für die große Unterstützung.
Dieses Projekt hat am xplore-award der Firma Phoenix Contact teilgenommen:

Der Solarturm hat den 3. Platz in der Kategorie „Ecology“ im internationalen Vergleich erzielt!!!
Herzlichen Glückwunsch an das Solar-Team!

Projektteam:
Daniel Bänsch
Daniel Funke
Marcel Stein


Wasserversorgung

Ein Hochbehälter kann aus drei unterschiedlichen Brunnen befüllt werden. Es gibt einen Sauerbrunnen und einen Salzbrunnen. Die Ansteuerung der Brunnenpumpen muss immer so erfolgen, dass im Hochbehälter gewisse Grenzwerte für das Wasser nicht überschritten werden und der Füllstand nicht zu sehr absinkt. Wenn ein Brunnen ausfällt, wird die Förderleistung der anderen Brunnen über Pulsweitenmodulation stufenlos angepasst, um den vorgegebenen Wasserstand auch bei unterschiedlicher Entnahme zu gewährleisten.
Dieses Projekt hat am xplore-award der Firma Phoenix Contact teilgenommen:


Das Projekt Wasserversorgung hat den 3. Platz in der Kategorie „Buildings“ im internationalen Vergleich erzielt!!!
Herzlichen Glückwunsch an die Wassermänner!

Projektteam:
Florian Pietschmann
Jan Tieke

Eine gesicherte Wasserversorgung und die automatische Überwachung der Wasserqualität ist eine wichtige Infrastrukturaufgabe für alle Kommunen und Unternehmen. Auch global hat dieses Thema große Bedeutung und wird durch die Klimaveränderungen zunehmend für viele Regionen, besonders in den Entwicklungsländern, mit lebensentscheidend werden.
Unser Projekt/Abschlussarbeit trägt durch die Beschäftigung mit dem Thema Wasseraufbereitung dazu bei, die Kenntnisse und Techniken der Wasserversorgung und Wasseraufbereitung weiter zu entwickeln und technische Lösungen aufzuzeigen.

Die Wasserversorgung und die Abwasserentsorgung sind typische Feldbusanwendungen, weil aufgrund der räumlichen Ausdehnungen der Anlagen eine parallele Verdrahtung unwirtschaftlich und störanfällig ist. Die zentrale Erfassung von analogen Parametern der einzelnen Brunnen wäre ohne Feldbus technisch kaum möglich.
Wir haben das echtzeitfähige Feldbussystem Interbus für unser Modell einer Wasserversorgungsanlage ausgewählt, um so eine übersichtliche Struktur, einen modularen Aufbau der Anlage und die Möglichkeit der Teillauffähigkeit bei Ausfall einer Pumpstation zu realisieren.

Wasseranalyse im Hochbehälter
Um eine ständige Überwachung der Wasserqualität zu gewährleisten wurde eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung und eine pH-Wert – Messeinrichtung installiert. Die Messwerte werden an der Leitstation mittels Messumformer angezeigt sowie über Analog-Eingabeklemmen in das Bussystem eingebunden. Um eine Drahtbruchüberwachung zu ermöglichen, wurden auch hier Geräte installiert die den eingeprägten Strom von 4 – 20mA ausgeben.

Sortiermaschine

Im Rahmen der Weiterbildung zum staatlich geprüften Techniker in Abendform an der Werner-von-Siemens-Schule FFM wurde als Abschlussprojekt der Aufbau und die Automatisierung einer Sortiermaschine gewählt.

Eine bereits in der Schule vorhandene Sortiermaschine bildet dabei die Grundlage. Darauf aufbauend wurden nach den Vorgaben aus dem Lastenheft verschiedene Umbaumaßnahmen vorgenommen und die Anlage mit Komponenten von Phoenix Contact automatisiert.

Weiterhin hat das Projektteam an der Ausschreibung Xplore des New Automation Awards 2008 von Phoenix Contact teilgenommen.

Funktionsprinzip:

Gibt man mehrere zuvor definierte Werkstücke in die Anlage werden sie einzeln in den Sortierprozess eingeführt. Durch einen Metallinitiator und eine Waagezelle werden die verschiedenen Werkstücke nach ihrem Material und Gewicht durch Sensoren voneinander differenziert. Die durch die Sensoren gewonnenen Informationen werden über Ein- und Ausgabebaugruppen an die speicherprogrammierbare Steuerung mittels Profinet, einer Ethernet-Technologie, übermittelt.
Anschließend werden die Werkstücke über ein Förderband und motorbetriebene Schieber in die dafür bestinmmten Behälter nach den programmierten Vorgaben sortiert. Die Werkstücke bestehen z.B. aus Metall und Kunststoff in zwei verschiedenen Größen.


Optional kann die Anlage noch mit einem Farbsensor ausgestattet werden um Werkstücke anhand der Farbeigenschaften zu differenzieren.

Informationen erhalten Sie unter: T. Schiefer, C. Hempel


Projektteam:
Christian Hempel
Thomas Schiefer

Aufzugsteuerung

Es wurde das Modell eines Aufzugs gebaut und mit Simatic-SPS über Profibus gesteuert.

Die Anlage wird über Simatic S7-314C-2DP, eine Profibusklemme ET200M und einen feldbusfähigen Frequenzumrichter Micromaster 420 gesteuert.
Die Bewegung der Kabine wird über Anfahr- und Bremsrampen so realisiert, dass größtmöglicher Fahrkomfort für die Benutzer gewährleistet ist.
Alle Fahrwünsche werden gespeichert und nacheinander abgearbeitet.


Projektgruppe:
Kabir Massoud
Marijan Novak
Issayas Tecleab

Egg-o-mat

Projektidee

Wir haben das Eierkochen automatisiert. Mit unserem Drei-Achsen-Tisch haben wir eine Automatisierungsanwendung entworfen, die als eigenständige Maschine Frühstückseier mit individuell gewählter Kochzeit und Farbe herstellt. Sie ist in der Lage gleichzeitig mehrere Eier mit unterschiedlicher Einfärbung und Kochzeit durch ihren selbständigen Programmablauf effizient zu produzieren.
Die Lern- und Projektmöglichkeiten im Bereich der Automatisierungstechnik werden an unserer Schule durch diese Anlage verbessert.

Automatisierungstechnik in der Gastronomie

Spätestens seit dem Sketch „Das Ei ist hart“ mit Loriot sollte jeder wissen, wie sensibel manche Menschen auf falsch gekochte Eier reagieren. Das kann insbesondere in Hotels der oberen Preisklasse zu Unannehmlichkeiten mit den Gästen führen. Gerade beim Frühstücksbuffet werden auch in diesen Hotels gerne einheitlich glibberige Eier angeboten. Hier kann die Automatisierung helfen, schwierige Hotelgäste zufrieden zu stellen. Der Gast hat die Möglichkeit sein Frühstücksei nach seinen individuellen Bedürfnissen anfertigen zu lassen. So wird jedes langweilige Frühstücksbuffet zu einem aufregenden Erlebnis, welches der Gast nicht so schnell vergessen wird.

Automatisierungstechnik an Schulen

Leider muss in vielen Schulen oft aus finanziellen Gründen auf veraltete Technik zurückgegriffen werden. Mit dem modular aufgebauten „Drei-Achsen-Tisch“ können nun Studierende an der Werner-von-Siemens-Schule mit modernster Technik ihre Projekte aufbauen, da für andere Anwendungen nur die Arbeitsplatte und die Speicherkarte ausgetauscht werden muss und schon steht die Anlage für eine neue Aufgabe bereit. Das ist praxisorientiertes Lernen mit Kostenoptimierung.

Dieses Projekt hat am xplore-award der Firma Phoenix Contact teilgenommen und wurde für die Endausscheidung ausgewählt!

Projektteam:
Lars Wappler
Mirko Gans
Tobias Funke


Pfannkuchenmaschine

Wir haben das Pfannkuchenbacken automatisiert!
Unsere Maschine backt selbständig Pfannkuchen mit individuell wählbarem Belag.
Wer kennt es nicht: Man sitzt im Büro zur Pausenzeit und hat zu wenig Zeit, um sich schnell etwas zum Essen zuzubereiten. Und wenn man mal schnell in die Stadt geht, oder in die Küche rennt, um dort etwas in die Mikrowelle zu schieben, erwartet einen, wenn man zurück an seinem Arbeitsplatz ist, der Schrecken beim Blick auf die Uhr. Die Pause ist schon wieder vorbei.
Wie schön wäre es doch, wenn man bequem von seinem Arbeitsplatz aus eine Bestellung aufgeben könnte. Am besten über den PC. Damit spart man viel Zeit und muss die Bestellung nur noch abholen. Und das wird durch die Pfannkuchenmaschine möglich, die z.B. in Büros zum Einsatz kommen könnte. Jeder Mitarbeiter kann seine Bestellung vom PC via W-LAN oder Intranet verschicken und wenig später seinen Pfannkuchen fertig abholen.

Die Maschine kann nicht nur den Teig für die Pfannkuchen herstellen, sondern auch die Pfannkuchen mit dem gewünschten Belag spiralförmig verzieren.
Es wurden vier Behälter installiert in denen die Zutaten Mehl, Milch, Eier und Zucker vorhanden sind. Die Zutaten werden über Pumpen, Förderschnecken oder Ventile in den Mischbehälter befördert und dort gemischt. Eine Waage unter dem Mischbehälter erfasst die Menge der einzelnen Zutaten und übermittelt diese Werte an die Steuerung. Wenn der Teig fertig gemischt ist wird er über ein pneumatisch betätigtes Kugelhahnventil portioniert auf das Backeisen abgelassen. Nach dem Backvorgang wird der fertige Pfannkuchen mittels Klappmechanismus auf einen Teller geklappt. Die Teller werden mit einer motorisierten Laborhebebühne automatisch nachgehoben. Anschließend wird der Teller zusammen mit dem Pfannkuchen durch einen pneumatischen Zylinder auf einen Drehteller geschoben und die Beilagen werden auf dem Pfannkuchen spiralförmig verteilt. Dies geschieht durch die Rotation des Drehtellers und dem seitlichen Verfahren des Beilagenwagens.
Nun kann der fertig gebackene und belegte Pfannkuchen entnommen und verzehrt werden.

Zur Steuerung der Anlage kommt eine Phoenix-SPS zum Einsatz, deren Komponenten dezentral in der Anlage platziert und über Profinet miteinander verbunden sind. Der Pfannkuchen und der gewünschte Belag werden über das Touchpanel ausgewählt, welches mit Visu+ programmiert wurde.
Zur Pfannkuchenproduktion sind zahlreiche mechanische Komponenten notwendig, die durch unterschiedliche elektrische und pneumatische Antriebe betrieben werden. Einige elektrische Antriebe benötigen kurzfristig eine große Energiezufuhr, die durch einen 1 Farad Power-Kondensator bereitgestellt wird.
Im Projektzentrum riecht es jetzt oft nach frischem Pfannkuchen, was in einer Elektroschule natürlich positiv auffällt. Und manchmal hat man Glück und wird als Testesser benötigt!

Dieses Projekt hat am Xplore-award der Firma Phoenix Contact teilgenommen und wurde für die Endausscheidung ausgewählt!

Projektteam:
Alex Raslan
Jürgen Littmann
Manfred Kwakye
Patrick Ries
Sascha Paul
Thomas Christ

Kaffeemaschine

Der Kaffeeautomat soll verschiedene Kreationen von heissen Kaffeegetränken herstellen.
z.B.:
- Kaffee einfach, ca.120ml
- Espresso ca 35ml
- Cappucino, leichtes Milchschaumhäubchen und ca.120ml (Kaffee)
- Latte Macchiatto grosser Anteil von Milchschaum und ca 35ml (Kaffee)

Die Steuerung der Maschine erfolgt über eine Simatic S7-314IFM, die mit einem Kommunikationsprozessor CP343 in ein W-Lan-Netz eingebunden ist.

Die Flüssigkeitsmengen werden mit einem Flowmeter (Durchflusssensor) kontrolliert. In dem Flowmeter sitzt ein Flügelrad mit Magneten, welches Impulse abgibt.
Da diese Impulse ziemlich schwach sind, werden sie durch eine Verstärkerschaltung verstärkt. Die von der SPS gezählten Impulse können so einer bestimmten Wassermenge zugeordnet werden.
Ein Espresso benötigt ja wesentlich weniger Wasser als ein Kaffee.
Der Füllstand in der Tasse wird zusätzlich mit einem Ultraschallsensor überwacht, was besonders beim Milchschaum wichtig ist.
Die Zubereitung des Milchschaums erfolgt mit Wasserdampf. Dazu fördert eine Pumpe tröpfchenweise das Wasser zur 130°C heissen Heizplatte und erzeugt so den Wasserdampf, der in den Cappucinatore geleitet wird.
Tritt der heisse Dampf jetzt in den Cappucinatore ein, wird in ihm ein Unterdruck erzeugt, welcher zur Folge hat, dass Milch ansaugt wird. Durch dieses Verfahren wird die Milch im Innern des Cappucinatores aufgeschäumt und läuft über den Ausgang direkt in die Tasse.
Über eine Lichtschranke erfolgt die Tassenerkennung. Ist keine Tasse unter den Ausläufen für Milch, Kaffee oder Milchschaum vorhanden, sperrt die SPS alle Vorgänge.

Die Programmierung des Touchpanel erfolgt mit der Software WinCC flexible und die Programmierung der gesammten Anlage mit der Software Step7 von Siemens.

Da der Kaffeeautomat über einen Wasser- sowie Milchtank verfügt, wird der elektrische Teil der Anlage mit Hilfe eines Plexiglasgehäuses vor direkten Kontakt mit den Flüssigkeiten abgegrenzt. Die beiden Heizplatten werden ebenfalls mit einem Plexiglasgehäuse vor direktem Berühren geschützt. Die Heizplatten sind zusätzlich über Thermosicherungen die direkt auf die Heizplatten montiert sind, abgesichert.
Falls trotz aller Sicherheitsvorkehrungen Probleme auftreten, kann ein Not-Aus-Taster die gesamte Maschine stilllegen. Dieser wird natürlich drahtbruchsicher in die Anlage integriert.

Die Maschine funktioniert bereits, so dass alle Projektteams im Projektzentrum der Werner-von-Siemens-Schule immer mit frischem Kaffee versorgt werden können.

Projektteam:
Christian Berger
Ole Görke
Patrick Elsener
Sebastian Tylla