Schon heute lassen sich auf bestehende Antriebssysteme Predictive-Maintenance-Technologien mit einem überschaubaren Invest aufsetzen. Ein Beispiel für den effektiven Aufbau einer neuen Infrastruktur ist der ABB Ability Smart Sensor für Motoren, ein Baustein aus dem Produktportfolio ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang. Maschinenbauer integrieren im Laufe der Zeit typischerweise Elektromotoren unterschiedlicher Hersteller in ihre Maschinen und Anlagen, etwa fünf Jahre von Lieferant A, bei der nächsten Serie sind es Motoren von Lieferant B und möglicherweise ist noch ein Sonderprojekt darunter, in das Spezifikationen des Endkunden eingeflossen sind. Das heißt, im Grunde lassen sich die Antriebsdaten der einzelnen Maschinen nicht miteinander vergleichen. Die Idee ist nun, den einzelnen Motor für den Maschinenbauer transparent zu machen. Dadurch kann er zwei Rückschlüsse ziehen: Erstens kann er herstellerunabhängig ein Servicemodell für den Endkunden entwickeln. Und zweitens lässt sich nach der Auswertung der Daten viel über das Betriebsverhalten des Antriebs im Kontext der Maschine lernen, das dann wieder in die Entwicklung und Konstruktion einfließen kann. Endanwendern mit installierten Motoren von ABB sowie von Drittherstellern bietet sich eine ähnliche Chance.
Einfacher Einstieg mit smarten Sensoren
Bislang werden Daten zur Zustandsüberwachung von Niederspannungsmotoren im Rahmen des Condition Monitoring überwiegend für die Trendanalyse gesammelt. Der Ability Smart Sensor für Motoren erlaubt darüber hinaus einen detaillierteren Einblick in den Zustand der überwachten Geräte. Die cloudbasierten Sensoren werden direkt am Gehäuse der Elektromotoren angebracht. Sie liefern Informationen zu Betriebs- und Zustandsparametern der rotierenden Aggregate, wie Vibrationen, Temperatur oder auch daraus berechnete Indikatoren, wie etwa den Zustand der Wälzlager, mitunter die häufigste Schadensquelle. Der Smart Sensor ist der erste Schritt zur Digitalisierung des elektrischen Antriebsstrangs. Er ermöglicht den einfachen Einstieg in das Thema, weil er beispielhaft und überschaubar alle relevanten Funktionen und Features bietet. Dazu gehört die Anbindung an die Cloud, eine App, aber auch intelligente Algorithmen. Damit können Anwender von Null aus direkt starten und erste Erfahrungen an beispielhaften Maschinen sammeln, ohne ein Vorab-Projekt samt Aufwand in die Wege zu leiten.
Condition Monitoring auf verschiedenen Niveaus
Condition Monitoring von Niederspannungsmotoren mit den smarten Sensoren lässt sich auf verschiedenen Niveaus betreiben. Das Angebot von ABB reicht von Trendanalysen zur Überwachung einzelner Motoren über den Rohdatenabruf bis zu einer Flottenüberwachung als externe Dienstleistung mit Hinweisen, wo in welchen Maschinen sich ein Problemfeld ergibt und was Abhilfe leisten kann. Mithilfe der Trendanalyse kann der komplette Motorenbestand eines Unternehmens auf der Basis standardmäßiger, stündlicher Messintervalle überwacht werden. Dabei werden sowohl Gesundheitsparameter (Gesamtvibration, Lagerzustand, Temperatur) als auch Betriebsparameter (z.B. dreidimensionale Vibration, Drehzahl, Einspeisefrequenz, Zeit bis zur Nachschmierung) beobachtet. So lässt sich bereits eine präventive Wartung betreiben.
Allein mit der Beobachtung der Trendanalyse ist aber keine detaillierte Fehlerursache des fernüberwachten Geräts möglich, wie dies bei der Schwingungs- und Lageranalyse der Fall ist. Dafür müssen weitere Details gemessen und betrachtet werden. Für eine genauere Fehlerdiagnose z.B. hinsichtlich Unwucht, Ausrichtfehler, Getriebeschäden, Lagerdiagnose und Feldfehler sowie für einen genaueren Überblick über den Wartungsbedarf des überwachten Motors müssen dessen Rohdaten abgerufen werden. Mit Hilfe des Smart Sensors lassen sich per Knopfdruck über eine getriggerte Rohdatenmessung das Frequenz- bzw. Amplitudenspektrum, das Hüllkurvenspektrum und das Zeitsignal der Maschine für eine genauere Fehlerdiagnose anzeigen.
Visualisierung und Fernüberwachung
Die Ergebnisse des Frequenzspektrums werden nach der Messung im Smart Sensor Portal als automatisiert generierter Bericht visualisiert. Unternehmen, die nicht mit einer gesonderten Übersicht arbeiten wollen, stellt ABB die notwendigen Schnittstellen für die Visualisierung der Daten in deren eigenem System zur Verfügung. Außerdem wird eine Fernüberwachung der Motorenflotte angeboten. Unternehmen können sich darüber einen Überblick über den Gesamtzustand der Flotte verschaffen und bekommen beispielsweise eine Handlungsempfehlung, wenn spontan eine Anomalie festgestellt wird. Einmal im Quartal erhalten sie einen Flottenbericht mit Empfehlungen für Wartungen, um Ausfälle zu verhindern.
Einfacher Support für FUs
Instandhalter und Maschinenbauer stellen sich auch bei Frequenzumrichtern die Frage, wie man die Zeit der Entstörung am besten verkürzen kann und im Supportfall effizienter reagiert. Dafür gibt es für diese Geräte mit ABB Ability Mobile Connect eine digitale Support-Unterstützung aus der Ferne. Bei dieser Cloud-Lösung können die Frequenzumrichter einfach per App diagnostiziert und Software-Einstellungen als ‚digitale Empfehlung‘ an den vor dem Antrieb stehenden Anwender gesendet werden. Es stellt somit eine einfache Fernunterstützung dar, um Support-Fälle auf cyber- und betriebssicherem Weg zu lösen. Das Endstück dieses Remote Service bildet die App Drivetune des Anwenders. Damit agiert er als Datenschleuse. Er hat volle Kontrolle über das, was er an den Support preisgibt und zugleich den schnellstmöglichen direkten digitalen Draht zu einem Problemlöser bei ABB. Durch einen schnellen und einfachen Zugang zu Wissen und Ressourcen werden Kosten und Ausfallzeiten reduziert.
Zustandsmonitoring und Vor-Ort-Analysen
Eine weitere Lösung, das ABB Drive Connectivity Panel, bietet Einblick in Frequenzumrichter-Daten, um das Zustandsmonitoring zu optimieren und Zugang zu Expertenwissen für die Analyse von Problemen vor Ort zu bekommen. Anwender können damit unter anderem auf Einstellungen des Motorverhaltens, Regelungsmakros, Diagnosen sowie Daten zur Energieeffizienz und zu Energieeinsparungen zugreifen. Dazu muss das Panel lediglich auf den Frequenzumrichter aufgesetzt und wenige Einstellungen vorgenommen werden. Anschließend kann es mittels Mobilfunk-Technologien wie NarrowBand IoT (NB-IoT) und Bluetooth Informationen in die Cloud senden. Das Bedienpanel beinhaltet auch eine SIM-Karte mit Mobilfunkverbindung, der Anwender muss sich also darum auch nicht kümmern. Zusätzliche Hardware und Verkabelungsaufwand entfallen ebenso. Der Nutzen dieser Lösung zeigt sich vermehrt im Einsatz bei dezentral installierten, teils weit entfernter Antriebe (zum Beispiel Pumpstationen), die so für die Instandhaltung trotzdem einen digitalen Anschluss erhalten.
Prüfen, ob die Lösung passt
Mit den beschriebenen digitalen Lösungen für Niederspannungsmotoren und Frequenzumrichter können Unternehmen im Kleinen testen, was sie perspektivisch im Großen vorhaben, und prüfen, ob die jeweilige Lösung passt und einen Mehrwert bringt. Es ist eine gute Hilfe, um herauszufinden, was das Unternehmen in der Instandhaltung wirklich will und ob sich eine größere Investition rechtfertigt. Verschiedene digitale Werkzeuge bringen damit einen unterschiedlichen Mehrwert. Eine leichte technische Integration und Prozessintegration dieser Lösungen können Skalierungseffekte mit sich bringen. Wenn es sich bewährt, wie gut und einfach solche digitalen Lösungen zu integrieren und zu handhaben sind, lassen sich diese auf benachbarte Maschinen oder die ganze Produktion ausweiten. n Artikelserie
Dies ist der zweite Teil unserer dreiteiligen Artikelserie. Im ersten Teil geht es darum, zu erkennen, wo digitale Lösungen in der Antriebstechnik derzeit besonders sinnvoll sind (erschienen in Ausgabe 5). Teil 3 richtet den Fokus auf den kurz- und langfristigen Nutzen und die Mehrwerte, die digitale Lösungen bieten können (erscheint in Ausgabe 7).
Hier geht’s zu Teil 1:
