Hellsehen mit System

Die deutsche Industrie befindet sich im Wandel. Im digitalen Zeitalter ist es wichtig, schnell, individuell und vor allem flexibel zu fertigen. Wegen des weltweit stetig steigenden Konkurrenzdrucks digitalisiert und vernetzt die Prozessindustrie ihre Produktionsschritte.

Die deutsche Industrie befindet sich im Wandel. Im digitalen Zeitalter ist es wichtig, schnell, individuell und vor allem flexibel zu fertigen. Wegen des weltweit stetig steigenden Konkurrenzdrucks digitalisiert und vernetzt die Prozessindustrie ihre Produktionsschritte. Das Know-how, das alles zu vereinen, verbirgt sich hinter dem Begriff Condition Monitoring.

In diesem Zimmer wird also die Zukunft vorausgesagt. Die Luft in dem Raum sollte durch einen penetranten Geruch von Räucherstäbchen geprägt sein, der nicht nur in die Nase dringt, sondern auch die Sinne vernebelt. Der sterile Geruch beim Eintreten lässt allerdings nichts davon erahnen. Eine Frau, die mit starrem Blick in eine Glaskugel schaut und darin die Zukunft sehen kann, sucht man hier vergeblich. An Hexerei glaubt in diesem Kämmerchen wohl niemand. Es sind meist Männer in teuer aussehenden Anzügen, die aber nicht weniger gespannt auf einen Monitor mit Zahlen und Werten starren. Es gibt sie wohl doch, die Wahrsagerei für Realisten. Dass dieses Szenario auf einer Fachmesse für elektrische Automatisierung, Systeme und Komponenten nichts mit Zauberei zu tun hat, ist selbsterklärend.

Probleme frühzeitig erkennen

Störungen oder gar Ausfälle von Anlagen ziehen hohe Folgekosten nach sich. Die Basis für den ökonomischen Erfolg eines Unternehmens und somit die Arbeitsplätze der Belegschaft hängen von innovativen Technologien ab. Für die kontinuierliche Überwachung von Prozessen und Produktionsanlagen ist das Condition Monitoring System (CMS) zuständig. Das ermöglicht, produzierenden Unternehmen drohende Zwischenfälle in der Fertigung frühzeitig zu erkennen. Die durch die Kontrolle gewonnenen Daten optimieren zudem die Fertigung. Messen wie die SPS IPC Drive in Nürnberg nutzen Betriebe, um ihre Condition Monitoring Systeme vorzustellen.

Eines dieser Unternehmen ist die Weidmüller GmbH & Co. KG, die den Demonstrator „Energieeffiziente Prozessoptimierung durch Condition Monitoring und Diagnose“ präsentierte. Anhand einer herkömmlichen Spritzgussmaschine, ausgestattet mit zusätzlichen Applikationen, wird deutlich, wie Condition Monitoring-Lösungen die Produktion transparent machen. Aus den gewonnenen Daten lassen sich wichtige Vorsorgemaßnahmen treffen, die die Fertigung verbessern. Bei der von Weidmüller eingesetzten Spritzgussmaschine stellte das Unternehmen eine Zyklusoptimierung von rund zehn Prozent fest. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass die Anlage vor der Umrüstung nur zu 90 Prozent ausgelastet war. Die Maschine produziert im Mehrschichtbetrieb, was die Investitionskosten schnell relativiert. Bei Weidmüller wurden daraufhin mehr Spritzgussmaschinen mit dieser Technologie eingerichtet, jedoch ist eine pauschale Kostenabschätzung nicht möglich. „Jeder Fall wird individuell geprüft, um die Wirtschaftlichkeit zu errechnen“, erklärt der Referent für Fachpresse, Horst Kalla.

Übertragung und Sicherheit brisanter Daten

Beim Demonstrator sind kommunikationsfähige Komponenten in ein Industrial Ethernet Produktions- und Fertigungsnetzwerk eingebunden. Dennoch gibt es einige Herausforderungen bezüglich der Informationstransparenz. Speziell die Datenübertragung auf höhere Ebenen ist schwierig, da häufig nicht alle verfügbaren Informationen transferiert werden. Um dieses Problem zu lösen, setzt die Firma auf offene, herstellerunabhängige Übertragungsstandards. ACT20C-Module stellen die Daten durch Kommunikations-Schnittstellen in Standard-TCP/IP-basierte Netze bereit.

Die Signalkonverter vom Typ ACT 20C digitalisieren analoge Daten und senden diese an eine Cloud, welche die gespeicherten Datensätze anschließend auswertet. Neben den herkömmlichen Funktionen zeigt der Signalkonverter umfangreiche Diagnosefunktionen auf. Das heißt, dass die Cloud Produktions- und Fertigungsdaten verarbeitet und zusätzlich auf aktuelle Energiepreise zurückgreift. Durch die Kombination der einzelnen Komponenten sind die Produktionsdaten zugänglich.

Mit wachsender Digitalisierung erhöht sich auch die Gefahr, dass die Industrie zunehmend Opfer von Cyberangriffen wird. Unternehmen müssen deshalb die wertvollen Daten sichern. Weidmüller hat den Gigabit Security Router entwickelt, der eine „zuverlässige Kommunikation zwischen ethernetbasierten Anlagen sowie übergeordneten Netzwerken bietet“, um sich gegen Cyberkriminalität zu schützen, betont Kalla. „Des Weiteren bietet der Router eine integrierte stateful-inspection Firewall und weitere Securityfunktionen“, bekräftigt er. Eine ergänzende Sicherheitsmaßnahme ist, dass der Zugriff auf die Anlagen nur über sichere VPN-Tunnel erfolgt. Die Verschlüsselungsverfahren SSL und TLS sowie in Deutschland positionierte Server unterstützen zusätzlich die Datensicherheit und verhindern den illegalen Zugriff.

Schieflage vermeiden mit Monitoring

Auch der mittelständische Betrieb Mesco Engineering GmbH verfügt über großes Know-how. Zwar hat das Unternehmen keine eigenen Condition Monitoring-Systeme, ist jedoch an der Entwicklung von Condition Monitoring-Sensoren beteiligt. Deren Einsatzgebiete sind breit gefächert.

Bei starkem Wind können selbst Windkraftanlagen umkippen. Das Condition Monitoring schaltet die Anlage bei zu großer Turmschwingung ab, um dies zu verhindern.

Bei starkem Wind können selbst Windkraftanlagen umkippen. Das Condition Monitoring schaltet die Anlage
bei zu großer Turmschwingung ab, um dies zu verhindern.     Fotos: Pixaby.com

Das „Safety Design Package für Embedded Applikationen“ von Mesco schließt das Condition Monitoring mit einem Hardware- und Software-Paket für sichere Signalverbreitung ein. Sensoren überwachen unter anderem den Zustand eines Motors, die Turmschwingung einer Windkraftanlage sowie den Istzustand einer Gasturbine. Die dezentrale Intelligenz ist eine eigene Logik und Filterfunktion der Sensoren, welche Abweichungen vom Sollwert berücksichtigt. Zum reinen Monitoring kann der Sensor auch höhere Ebenen bedienen, um Standardwerte zu regeln und aktiv in den Prozess einzugreifen. Deshalb ist es bereits möglich, präventive Maßnahmen und Wartungen vorzunehmen, damit es erst gar nicht zum Maschinenausfall kommt. „Bevor eine Windkraftanlage bei zu starkem Wind umkippt, schalte ich sie lieber aus. Dafür benötigt man intelligente Sensoren, die ständig den Zustand einer Anlage kennen und gegebenenfalls eingreifen, um Schlimmeres zu verhindern“, verdeutlicht Alexander Grossmann, Account Manager bei Mesco.

Um Schäden an Anlagen und Maschinen vorzubeugen, ist es erforderlich, die Parameter für eine Schadensanalyse richtig zu wählen. Geeignete Überwachungskonstanten von Motoren wären die Temperatur, auftretende Vibrationen oder die Drehzahlanalyse. Dabei ist es nicht immer einfach, eine passende Umgebung für die Befestigung zu finden. Raue Bedingungen wie Wind, Feuchte und Vibrationen erschweren ebenso die Befestigung wie elektromagnetische Einstrahlung oder Überspannung. Wurden die Überwachungskonstanten richtig gewählt, lassen sich dadurch Wartungsintervalle besser planen und unvorhergesehene Ausfallzeiten reduzieren.

Das Condition Monitoring avanciert in Produktionsketten zu einem bedeutenden Thema. Das Spektrum reicht von hochentwickelten Sensoren bis hin zur bloßen Sensordiagnose. Dadurch schützt man nicht nur Mensch und Umwelt vor Katastrophen, sondern steigert auch durch effizientere Produktionsschritte den wirtschaftlichen und ökologischen Erfolg eines Unternehmens. Mit Condition Monitoring kann man schon jetzt Einfluss auf die industrielle Zukunft nehmen, die schneller, vernetzter und transparenter sein wird. Die Vision der vierten Industriellen Revolution ist dadurch in Teilbereichen realisierbar.

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