Die Predictive-Maintenance-Technologie (PdM), die Datenanalyse und maschinelles Lernen (ML) nutzt, spielt eine entscheidende Rolle in der Industrie 4.0, da sie eine proaktive Geräteverwaltung, Effizienzoptimierung, Wartungsplanung und die Minimierung von Ausfallzeiten ermöglicht und so eine stärkere Nachhaltigkeit gewährleistet. Eine rechtzeitige und genaue Datenerfassung ist der Schlüssel zum erfolgreichen Einsatz von PdM.
Die Daten müssen außerdem Integrität aufweisen. Das Netzteil kann Gleichspannung (VDC) und Gleichstrom (IDC), Spitzenstrom (IPEAK), Betriebszeit und Austauschzeit überwachen. Zur Überwachung von Parametern wie Vibration, Temperatur, Strom und Isolationswiderstand (Erdschluss) ist der Einsatz eines Motorstatusmonitors erforderlich.
Viele Geräte wie Hochspannungsschalttafeln, Leistungstransformatoren, hydraulische Geräte, Motoren und Lager, Getriebe usw. erfordern Geräte zur Überwachung des thermischen Zustands, und alle diese Stromquellen, Motoren und thermischen Überwachungsgeräte müssen Daten über Ethernet/IP- oder Modbus TCP-Verbindungstechnologie für Echtzeitanalysen senden.
In diesem Artikel werden zunächst kurz PdM und seine zahlreichen Vorteile sowie die Integration in die Industrie 4.0-Systemarchitektur vorgestellt. Dann tauchen Sie ein in die zahlreichen PdM-Geräte und Software von Omron. Erkunden Sie abschließend, wie Sie künstliche Intelligenz (KI) nutzen können, um die PdM-Leistung zu optimieren.
PdM ist eine der drei Methoden zur Geräte- und Anlagenwartung. Im Hinblick auf den Ausgleich von Umwelt- und Geschäftskosten liegt dieser Ansatz zwischen reaktiver Wartung und vorbeugender Wartung (Abbildung 1). Eine wichtige Überlegung bei der Wahl zwischen diesen drei Optionen ist die Frage, wie die relative Bedeutung zwischen Umweltkosten und kommerziellen Kosten ausgeglichen werden kann.
PdM liegt zwischen reaktiver Wartung und vorbeugender Wartung
Abbildung 1: PdM liegt zwischen reaktiver Wartung und vorbeugender Wartung und gleicht geschäftliche und umweltbezogene Faktoren aus. (Bildquelle: Omron)
Bei der reaktiven Wartung geht es darum, Fehler nach ihrem Auftreten zu beheben, was sowohl die Umwelt- als auch die Geschäftskosten erhöht. Die vorbeugende Wartung erkennt drohende Ausfälle durch regelmäßige manuelle Inspektionen und priorisiert dabei die niedrigsten Umweltkosten. Dies kann jedoch zu längeren Ausfallzeiten der Geräte und übermäßigen Geschäftskosten führen. Diese Wartungsmethode gilt als eine weitere Form der reaktiven Wartung, die eher auf voreingestellten und subjektiven Plänen als auf direkten Geräteausfällen basiert.
Das Aufkommen fortschrittlicher Sensoren sowie KI- und ML-Tools hat die Entwicklung der PdM-Technologie vorangetrieben. Diese Technologie kann technologische Mittel nutzen, um Umwelt- und Geschäftskosten auszugleichen.
Flexibel und skalierbar
Bei der PdM-Technologie gibt es keine einheitliche Lösung. Die PdM-Technologie ist skalierbar und flexibel und eignet sich für die zentrale Überwachung einzelner kritischer Geräte, mehrerer Geräte oder der gesamten Anlage. Auf diese Weise können Unternehmen mit der Einführung von PdM in kleinem Maßstab beginnen und diese schrittweise ausweiten, wobei Produktionsunterbrechungen, die durch die Nachrüstung bestehender Anlagen verursacht werden, so weit wie möglich minimiert werden.
Die skalierbare Technologielösung wird durch die Kompatibilität mit mehreren Komponenten, darunter Sensoren, Überwachungseinheiten und Steuerungen, umgesetzt, die je nach Bedarf erweitert und abgerufen werden können. Der Einsatz industrieller Kommunikationsprotokolle wie Ethernet/IP und Modbus TCP vereinfacht die Integration in bestehende Systeme und unterstützt zahlreiche erweiterte Funktionen, wie beispielsweise die gleichzeitige Fernüberwachung mehrerer Geräte.
Nutzen Sie entsprechende skalierbare Software zur Datenanalyse und verwalten Sie Geräte von verschiedenen Standorten aus im zentralen Büroleitstand oder Werkstattgelände.
Diese Lösungen können in bestehende Geräte integriert werden, ohne dass größere Reparaturen erforderlich sind, was die Flexibilität erhöht. Nach der Optimierung können diese Lösungen in nahezu allen Branchen eingesetzt werden, beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Automobilindustrie, der Herstellung medizinischer Geräte, der Halbleiter- und Elektronikindustrie, dem Militär und der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Logistik und Lagerhaltung usw.
Diese Flexibilität wird durch eine breite Palette von PdM-Geräten unterstützt, die mehrdimensionale Lösungen wie Leistungsüberwachung, Motorbetriebsbedingungen (Strom, Vibration, Temperatur, Isolationswiderstand) und thermodynamische Betriebsbedingungen abdecken. Darüber hinaus können Standard-Softwarefunktionsbausteine (FBs) für die Datenerfassung, Kommunikation, Datenverarbeitung und -analyse, das Setzen von Alarmen und das Versenden von Benachrichtigungen, die Datenaufzeichnung und -berichterstattung sowie die Implementierung kundenspezifischer PdM-Analysen auf Basis von KI und ML verwendet werden.
Zustandsmonitore ersetzen einfache Sensoren
Der Einsatz von Zustandsmonitoren anstelle einfacher Sensoren zur Überwachung der Geräteleistung und zur Erzielung einer proaktiven Wartung ist ein wesentlicher Unterschied zwischen PdM und anderen Methoden. Ebenso wie Sensoren werden auch Zustandsmonitore zusammen mit den überwachten Geräten installiert.
Allerdings können Sensoren über relativ einfache Protokolle wie IO-Link eingesetzt werden, während Zustandsmonitore komplexere Verbindungstechnologien wie EtherNet/IP oder Modbus TCP erfordern. Zustandsmonitore können lokale Datenverarbeitung durchführen und typischerweise Zustände anzeigen, die normalerweise nicht mit Sensoren zusammenhängen.
Über einen oder mehrere Kommunikationsknoten kann der Statusmonitor mit übergeordneten Geräten verbunden werden, beispielsweise mit Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI), die eine zentrale Datenvisualisierung ermöglichen, oder mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) oder zentralisierten Überwachungssystemen mit umfassenderen Datenanalysetools (einschließlich KI und ML) (Abbildung 2).
Omron PdM-Lösungssuite, die separat bereitgestellt werden kann (zum Vergrößern klicken)
Abbildung 2: Die PdM-Lösungssuite von Omron kann separat bereitgestellt werden, beginnend mit der Überwachung kritischer Anlagen in kleinem Maßstab und schrittweise auf den gesamten Produktions- oder Logistikstandort ausgeweitet, um eine umfassende Lösung bereitzustellen. (Bildquelle: Omron)
Erkunden Sie gründlich
Omron bietet eine Reihe von PdM-Geräten und Software an. Beispielsweise kann das mit Ethernet verbundene intelligente Netzteil S8VK-X mehrere Leistungsparameter messen, darunter Vout und Iout zur Überwachung des Energieverbrauchs sowie IPEAK zur Bestimmung von Überlastbedingungen.
Diese Art von Netzteil kann die tatsächliche Betriebszeit messen. Diese Art von Stromversorgung verwendet auch die Arrhenius-Gleichung, um die verbleibende Lebensdauer von Elektrolytkondensatoren abzuschätzen. Diese besagt, dass sich die Lebensdauer des Kondensators bei jedem Anstieg der Kondensatortemperatur um 10 °C ungefähr halbiert. Durch die Kombination der tatsächlichen Betriebstemperatur des Geräts werden die vorhergesagten Ergebnisse letztendlich in Form der verbleibenden Jahre oder des Prozentsatzes der Lebensdauer angezeigt.
Die Nennleistung des S8VK-X-Netzteils beträgt 30 W bis 480 W bei Ausgangsspannungen von 5 VDC, 12 VDC und 24 VDC. Diese Netzteilserie bietet auch Modelle mit integriertem Display, wie zum Beispiel das Netzteil S8VK-X48024A-EIP, das über eine Nennspannung von 24 VDC und eine Leistung von 480 W verfügt; oder Modelle ohne integrierte Displays, wie zum Beispiel das Netzteil S8VK-X03005-EIP, das über eine Nennspannung von 5 VDC und eine Leistung von 30 W verfügt.
Die Überwachung des Motorstatus ist ein wichtiger Aspekt der PdM-Technologie, und der Motorwartungsmonitor K6CM von Omron eignet sich für alle Arten von Wasserpumpen sowie für Motoren in HVAC, Landwirtschaft, Rolltreppen und den meisten anderen Motoranwendungen.
Mit dem Motorwartungsmonitor können Vibrationen und Temperatur, Isolationswiderstand und Motorstrom überwacht werden. Darüber hinaus gibt es Modelle, die für dreiphasige Eingangsspannungen von 100 V bis 240 VAC, 24 VAC oder 24 VDC geeignet sind.
K6CM-VBMD-EIP kann Vibrationen und Temperatur über 24 VAC/VDC-Spannung überwachen. Alle Temperaturwächter werden in Verbindung mit dem Vibrations- und Temperatursensor K6CM-VB1 verwendet, der aus einem am Motor angebrachten Sensorkopf und einem Vorverstärker besteht, der ihn mit dem Monitor verbindet.
Die Kombination aus K6CM-ISMD-EIP und K6CM-ISZBI52 Nullstromtransformator (ZCT) und Isolationswiderstandsumwandlungssensor (IRT), der mit 24 VAC oder 24 VDC Spannung betrieben wird, kann den Zustand des Isolationswiderstands überwachen. Die ZCT-Funktion dient zur Messung des Leckstroms in dreiphasigen Motorstromkreisen, während die IRT-Funktion zur Messung des Isolationswiderstands zwischen Motorwicklungen und Erde verwendet wird.
Die Kombination aus K6CM-CIMA-EIP mit einer Arbeitsspannung von 100 VAC bis 240 VAC und dem Stromsensor K6CM-CICB400 mit einem Nennstrom von 400 A kann auch den Motorstatus von Drehstrom-Induktionsmotoren erkennen. Es können auch andere Modelle von Stromsensoren mit einem Strombereich von 5 A bis 600 A verwendet werden.
Diese Monitore nutzen die vollständige Stromdiagnosetechnologie von Omron, die abnormale Zustände wie Lufteinschlüsse oder Luftverschmutzung erkennen kann, indem sie die Abweichung zwischen der idealen Sinuswelle und der gemessenen Stromwellenform quantifiziert. Durch die Analyse der Frequenzkomponenten der gemessenen Stromwellenform können Abweichungen, Lastungleichgewichte oder Fremdkörperanhaftungen quantifiziert werden.
Das System zur Überwachung des thermischen Zustands K6PM kann zur Implementierung der PdM-Technologie in verschiedenen Industrieanlagen wie Hochspannungsschalttafeln, Transformatoren, hydraulischen Geräten, Rechenzentren, Lagern, Getrieben usw. verwendet werden. Das System umfasst den Wärmebildcontroller K6PM-THS3232 und den Wärmebild-Infrarotsensor (IR) K6PM-THMD-EIP, der Temperaturen von 0 °C bis +200 °C überwachen kann.
Ein thermischer Zustandsregler K6PM kann bis zu 31 IR-Sensoren überwachen. Die kostenlose PC-Überwachungssoftware umfasst einen Algorithmus zur Erkennung abnormaler Temperaturen und einen dreistufigen Temperaturalarm. Die Software unterstützt auch benutzerdefinierte Alarmschwellen.