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antriebstechnik 5/2018

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VERNETZTE

VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK I SPECIAL Intelligente Vernetzung nutzen Der Antrieb der Zukunft ermöglicht die vollständige Digitalisierung der Produktion Nord Drivesystems sieht die Antriebstechnik als eine Grundvoraussetzung für die Digitalisierung der Produktion. Deshalb setzt das Unternehmen seine Kompetenz in der Mechanik, Elektrotechnik und Elektronik für die Entwicklung vernetzter, aber autarker Antriebslösungen ein. Diese intelligenten Antriebe bestehen aus optimal abgestimmten Kombinationen aus Getriebe, Motor und Frequenzumrichter, die über eine sichere Cloud-Anbindung verfügen. Dr. Omar Sadi ist Technischer Geschäftsführer der Getriebebau Nord GmbH & Co. KG in Bargteheide Die Digitalisierung der Antriebstechnik und der Produktion erfordert das Zusammenspiel von Sensorik, virtueller Sensorik, den Schnittstellen zu Bussystemen und intelligenter Software. Getriebemotoren in Produktions- oder Logistikanlagen werden meist über Frequenzumrichter gesteuert. Die Umrichter ermitteln standardmäßig wichtige Betriebsdaten wie Stromaufnahme, Spannung, Drehzahl und ihre Betriebstemperatur, die sich für die intelligente Zustandsüberwachung der Antriebe und die Steuerung der Anlage verwenden lassen. Mittels virtueller Sensorik, die auf mathematischen Algorithmen basiert, und der in die Nord-Umrichter integrierten PLC kann mit der aus den gemessenen elektrischen Daten berechneten Antriebsleistung, und in Kombination mit den bekannten physikalischen Eigenschaften des Getriebeöls, hinreichend genau die Öllebensdauer ermittelt werden. So wird der Ausnutzungsgrad des Getriebeöls und damit der voraussichtliche Ölwechseltermin zugänglich. Mithilfe einer integrierten PLC können die Antriebe zudem selbstständig Aufgaben lösen und Signale auswerten, um lokale Fehler zu erkennen. Durch Kommunikation in der lokalen Antriebsgruppe können die intelligenten Antriebe bestimmte Probleme autark lösen: Sie schalten eine Bypass-Strecke in der Förderlinie und können bei Erkennung eines Hardware-Defektes via Bussystem eine Meldung an die zentrale Anlagensteuerung senden bzw. bei Bedarf direkt über ein Internet-Gateway kommunizieren. Eine integrierte PLC auf der Antriebsebene und die Kommunikationsfähigkeit mit der Außenumgebung sind zwei Voraussetzungen für Industrie-4.0-fähige Antriebssysteme. Der intelligente Antrieb ist vernetzbar, autark sowie in Funktion und Leistung skalierbar. Neue Möglichkeiten dank Datenanbindung Durch die Bildung intelligenter Antriebsgruppen, die miteinander kommunizieren können, wird die Vernetzung ganzer Fabriken möglich. Die Anbindung an eine sichere Cloud-Lösung ermöglicht die Bildung beliebig vieler und beliebig großer Antriebsnetzwerke in Paketversandzentren, Flughäfen oder Intralogistikanlagen, die aus der Ferne überwacht werden können. Servicemitarbeiter in Europa können Betriebszustände von Anlagen in Australien beurteilen und umgekehrt. Damit sich Industrie 4.0 und Cloud- Lösungen weltweit durchsetzen können, bedarf es einheitlicher Sicherheitsstandards und einer anerkannten Standard architektur für die Automatisierungsbranche, die alle 56 antriebstechnik 5/2018

SPECIAL I VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK Anforderungen aus Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik berücksichtigt. Hier wurde mit der fortlaufenden Entwicklung des Referenzarchitekturmodells RAMI 4.0 und der I-4.0-Komponente bereits ein vielversprechender Weg eingeschlagen. Gleiches gilt für die Bussysteme, die die Kommunikation der einzelnen Antriebe untereinander und mit der Steuerung ermöglichen. Hier können Interoperabilitätsstandards wie OPC UA künftig eine einheitliche Basis für die Kommunikation vom Feldsensor bis in die Cloud bilden. Solche Standards sind eine Grundvoraussetzung für Industrie 4.0 und echte Machine-to-Machine-Kommunikation bis hin zum Internet der Dinge. 01 Über ein Internet-Gateway können die Betriebsdaten jedes Antriebes weltweit ausgewertet und analysiert werden PROFINET UDP PLC IoT Gateway Cloud Der Weg führt bei Industrie 4.0 zum Ziel Grundsätzlich ist eine Cloud-Anbindung selbst beim Retrofitting bestehender Anlagen nicht schwer umzusetzen. Alle Antriebe haben eine eigene IP-Adresse, über die sie mittels eines Routers erreicht werden können. Drehzahl, Stromaufnahme und Umrichtertemperatur jedes einzelnen Antriebes in der Anlage lassen sich abfragen, ohne in die Gerätesteuerung oder die Software einzugreifen. Die intelligenten Antriebskomponenten übertragen die Werte über ein Internet-Gateway an eine sichere Cloud. Dort stehen sie für die Auswertung mit Filter- und Analyse-Tools zur Verfügung. Datenabgriff und Speicherdauer in der Cloud lassen sich individuell wählen. An einem beliebigen anderen Ort kann also ein Techniker die Daten übersichtlich aufbereitet in einem browserbasierten Webinterface analysieren und die Anlage auf jedem mobilen Endgerät in einer übersichtlichen 3-D-Darstellung mit einem Blick überschauen. Lösungen in eigenen Prozessen erproben Auch Nord Drivesystems selbst erprobt und nutzt I-4.0-Prozesse zur Optimierung von Abläufen und zur Steigerung der Wertschöpfung. Dabei muss natürlich wie überall der Nutzen im Verhältnis zum Aufwand stehen, da über Jahrzehnte gewachsene Produktionsbetriebe nicht einfach in einem Greenfield-Projekt mit optimalen Rahmenbedingungen und kompletten I-4.0-Strukturen neu anfangen können. Konkret werden Montageprozesse im Projekt „Arbeitsplatz der Zukunft“ optimiert. Dort werden die Mitarbeiter mithilfe von Augmented Reality und 3-D-Animationen bei 02 Das Logidrive-Konzept mit dem Feldverteiler Nordac Link, einem zweistufigen Kegelradgetriebe und einem IE4-Synchronmotor, bildet die Grundlage für Industrie-4.0-Lösungen in der Intralogistik ihren Montageaufgaben unterstützt oder können durch Sprachsteuerung Bauteile beleglos kommissionieren (Pick-by-Voice). Ziel ist die papierlose Montage. Von der Auftragserteilung bis zum Montagearbeitsplatz soll am Ende kein Papier mehr zum Einsatz kommen. Zudem werden sich einige Produkte mithilfe von QR-Codes oder RFID selbstständig durch die Produktionsprozesse steuern. Im Bereich der elektronischen und mechanischen Fertigung setzt Nord Drivesystems testweise autarke Roboter ein, die ihren Weg durch den Produktionsprozess eigenständig suchen und z. B. auf Hindernisse reagieren können. Auch bei Industrie 4.0 gilt: Safety first Natürlich steht und fällt das vernetzte Arbeiten im Sinne von Industrie 4.0 mit dem Thema Sicherheit. Speziell wenn Antriebe direkt an die Cloud angebunden sind, ist die Datensicherheit ein bestimmendes Thema, um Manipulationen oder Wissensdiebstahl vorzubeugen. Deshalb muss der intelligente Antrieb einen sicheren Datentransfer gewährleisten. Eine Möglichkeit ist die sichere Kommunikation über Profisafe. Dabei vergleicht der Empfänger einer Datenmenge die Anzahl der Bits und Bytes mit den Informationen des Senders. Erst wenn die Informationen von Sender und Empfänger übereinstimmen, können die Daten weiterverarbeitet werden. Wenn also jemand die Informationen auf dem Weg vom Sender zum Empfänger manipuliert oder gehackt hat, merkt das der Anwender, bevor die Daten in die Steuerung eingespeist werden, und der Prozess kann gestoppt werden. Die derzeitigen Cloud-Lösungen bieten diese Möglichkeit bereits an. In Zukunft wird es dafür weitere Lösungen geben. Langfristig sehen die Nord-Experten den Trend zu cyber-physikalischen Systemen, die verteilt und dezentral, herstellerunabhängig und standortübergreifend zusammenarbeiten. Eine beliebige Kombination aus Steuerungen, SPS und Kommunikationsprotokollen wird die Betriebsdaten in diesem Szenario an die Steuerungsebene übertragen. Die ERP-Ebene steuert dann die Feldebene auf Basis der bekannten Feld daten. Für die vernetzte und virtuell abgebildete Produktion werden mit dem RAMI 4.0 und der I-4.0-Komponente derzeit die erforderlichen Standards erarbeitet. www.nord.com antriebstechnik 5/2018 57

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