Solution Insights

Motormanagement für Industrie 4.0

Die Zeiten von Königswelle und Kurvenscheiben sind endgültig vorbei. Längst zählen elektrische Antriebe zur Grundausstattung industrieller Anlagen und ermöglichen in perfekter Orchestrierung selbst den Betrieb komplexester Maschinen. Insbesondere im Bereich der Verpackungstechnik sind elektrische Motoren und Motorsteuerungen heute nicht mehr wegzudenken. Dabei erfreut sich vor allem der Asynchronmotor – auch Drehstrom-Asynchronmaschine genannt – wegen seiner geringen Anschaffungskosten, der soliden Robustheit sowie seiner einfachen Installation und Wartung höchster Beliebtheit. Er zählt derzeit wohl zu den am häufigsten verwendeten elektrischen Antrieben in der deutschen Industrie und entsprechend groß ist die Auswahl an spezifischen Schutz- und Steuerungskomponenten. Doch das ist nicht unbedingt ein Vorteil. In Sachen Konfiguration und Auslegung von Motorsteuerungslösungen bedeutet die teils unübersichtliche und komplexe Angebotslage nicht nur einen erheblichen Mehraufwand für Planung und Inbetriebnahme, sondern auch, dass gute Chancen auf eine kostensparende Effizienzsteigerung häufig verspielt werden. Denn bevor viel Zeit und Aufwand in neue Lösungen gesteckt wird, ist bei vielen Basis-Anwendungen sicherheitshalber lieber „Business as usual“ angesagt.

Hauptsache, es läuft

Praxischeck: Damit ein Anlagenteil, wie z.B. ein Förderband fehlerfrei funktioniert, werden Stellgerät, Elektromotor, Übertragungselement und Antriebselement häufig sehr „“großzügig““ aufeinander abgestimmt. Heißt: Oft wird zu viel elektrische Energie oder ein zu leistungsstarker Antrieb verwendet, um bestimmte Mechaniken auszuführen – ganz nach dem Motto: Hauptsache es läuft! Langfristig macht sich das nicht nur auf der Stromrechnung bemerkbar, sondern auch beim Verschleiß des Materials. Würden schon zum Zeitpunkt von Planung und Auslegung eines Antriebsstrangs genug Detailinformationen über die Bewegungsmomente einer bestimmten Mechanik vorliegen, ließen sich dank präziserer Konfiguration erhebliche Einsparpotenziale nutzen. Eine konsequente digitale Anbindung von Motoren sowie die Einbindung von deren Daten in umfassende Managementsysteme und Digital Twin Applikationen ist deshalb ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu mehr Flexibilität, „effizienterer“ Sicherheit und weniger Verbrauch. Insbesondere in komplexen Anlagen mit vielen unterschiedlichen Motoren besteht riesiges Optimierungspotenzial.

Welche Lösungen gibt es, um bestehende Anlagen zu digitalisieren?

Technische Innovationen müssen demjenigen, der sie nutzt, einen konkreten Vorteil bringen. Nach diesem Motto – und entsprechend der europäischen Ökodesign-Richtlinien – hat Schneider Electric sein ganzheitliches Portfolio für das Motormanagement zusammengestellt. Für alle Grade der Maschinenkomplexität und digitalen Reife der Produktionsprozesse umfasst das Schneider Sortiment Schalt-, Schütz-, Schutz- und Steuerungslösungen, mit deren Hilfe auch einfache und zuvor oft unberücksichtigte Lasten in ein IIoT-fähiges Datennetzwerk integriert werden können. So zum Beispiel das digitale Lastmanagementsystem TeSys island. Es schaltet, schützt und verwaltet Lasten bis zu 80 A und macht deren Daten für übergeordnete Managementsysteme zugänglich. So lassen sich beispielsweise Zustand, Energieverbrauch und Leistungsfaktor von einfachen Asynchronmotoren sehr granular messen, vorhersagen und optimieren.

Ein anderes Beispiel sind die Frequenzumrichter der Altivar Machine Baureihe. Gerade in High-Performance Anwendungen, wie sie im CPG- oder Material Handling-Umfeld zu finden sind, bieten die leistungsstarken ATV 340-Geräte mit einem Drehzahlbereich bis 599 Hz eine zuverlässige und robuste Motorsteuerung. Diese spart nicht nur Energie, sondern wartet auch mit digitalen Features auf. Entweder direkt am Gerät oder aber remote über einen Webserver können alle relevanten Motordaten erfasst und überwacht werden. Modell ATV 930 geht in dieser Hinsicht sogar noch einen Schritt weiter und verfügt als vollständig service-orientierter Umrichter neben Tools für vorausschauende Wartung und Prozessüberwachung auch über ein integriertes Dashboard zur Energieverbrauchsmessung.

Sicherheit geht vor – Mit digitaler Vernetzung Sicherheitsfeatures produktiv und effizient in das Motormanagement einbinden

Bei der Digitalisierung von elektrischen Antrieben geht es aber nicht nur um Produktivität und Effizienz. Auch in Bezug auf die in der europäischen Maschinenrichtlinie festgelegten industriellen Sicherheitsstandards ergeben sich eine ganze Reihe an Vorteilen. Sind entsprechende Sicherheitsfeatures, wie zum Beispiel „Safe Stop“, „Safe Limited Speed“ oder „Safe Maximum Speed“ direkt in einen Frequenzumrichter implementiert (oder per „Safety Card“ nachgerüstet), kann auf weitere redundant eingesetzte Sicherheitstechnik verzichtet werden. Sicheres Runterführen, Drehzahllimitierungen oder weitere Sicherheitsfunktionen werden dann nicht nur digital eingestellt, geregelt und überwacht, sondern lassen sich auch besser in den laufenden Maschinenbetrieb integrieren (was z.B. in kürzere Taktzeiten bei der Mensch-Maschine-Interaktion resultiert). Eine permanente Zustandsüberwachung von Antrieben und Maschinen ermöglicht zudem passgenaue und vorausschauende Wartungsprozesse, die vor Ausfällen und Unfällen schützen sowie die Lebenszyklen des verbauten Materials verlängern. Auf diese Weise lassen sich Sicherheitsfeatures effizienzsteigernd und gewinnbringend in das Motormanagement integrieren.

Daten in einer ganzheitlichen Lösungsarchitektur – Betrieb und Wartung von elektrischen Antrieben softwarebasiert optimieren

Sind alle „“weißen Flecken““ in Sachen digitaler Vernetzung nach und nach von der Landkarte einer Industrieanlage verschwunden und jeder Motor, Anlasser, Frequenzumrichter, Safety Controller und Schütz digital erfasst, dann gilt es, aus den vielen in Echtzeit erhobenen Daten Mehrwert zu generieren. Gerade im Fall komplexer Anlagen ist das ohne intelligente Softwaretools nicht zu leisten. Dafür ganz wichtig: Die in das digitale Netz integrierten mechatronischen Komponenten müssen sich datentechnisch „verstehen“. Schneider Electric hat zum Beispiel mit EcoStruxure Machine eine ganzheitliche, offene und IIoT-fähige Lösungsarchitektur für die Industrie entwickelt, innerhalb der vernetzte Geräte – wie beispielsweise digital erfasste Asynchronmotoren, Frequenzumrichter und Leistungsschalter – zu durchgängiger Datenkommunikation mit Steuerung und Software befähigt sind. Auf dieser Basis lassen sich die erfassten Daten mithilfe entsprechender Digital Services wie Line Monitoring, Advisor- oder KI-Lösungen für Maschinenüberwachung, Planung und Durchführung von Wartungseinsätzen nutzen – und das entweder direkt vor Ort in der Werkshalle oder aber remote (cloudbasiert) über entsprechende mobile Endgeräte. Zudem dienen die Ergebnisse als Grundlage für Betriebsoptimierungen und strategische Geschäftsentscheidungen.

Präzise Simulationen vermeiden böse Überraschungen und erhöhen die Flexibilität

Ein weiterer Anwendungsbereich für den Mehrwert von digital erhobenen Motordaten betrifft die Simulation im Kontext von Digital Twin Applikationen. Sowohl für Planung und Engineering als auch für Echtzeit-Überwachung und vorausschauende Lebenszyklusbetrachtung macht es Sinn, auf ein möglichst genaues, datenbasiertes Modell einer Maschine oder Anlage zurückzugreifen. Denn: Können zum Beispiel bereits in der Software alle Momente der Bewegung für jede beliebige Mechanik entlang eines Antriebsstrangs bestimmt werden, sind Komponentenauswahl und Auslegung einer entsprechenden Anlage erheblich vereinfacht. Da klar ist, welcher Antrieb für welche Aufgabe der richtige ist, erspart man sich aufwändige Recherchearbeiten und kann direkt die ideale und effizienteste Variante auswählen. Gleichzeitig gestalten sich Engineering und Konfiguration des Antriebsstrangs dank exakter Simulationen weniger fehleranfällig und weniger zeitraubend. Und auch während des laufenden Betriebs lässt sich vom digitalen „Zwilling“ profitieren: Indem die realen Motordaten mit den Sollwerten des virtuellen Modells verglichen werden können, lassen sich wertvolle Erkenntnisse zu Verschleißprozessen, Materialabnutzung und Ineffizienzen im Energieverbrauch ableiten.

Erfahren Sie mehr zur Digitalisierung von elektrischen Antrieben.


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