Absicherungssystem für die Automatisierung Bringt das Frühwarnsystem für die Prozessanlage die vorausschauende Instandhaltung?

Autor / Redakteur: Robert Eimer* / Dominik Stephan

Eingreifen, bevor es zu spät ist – Für eine vorausschauende Instandhaltung ist es nötig, während eines Prozesses kontinuierlich Informationen zu sammeln und auszuwerten. Doch diese Daten zu erfassen, sicher und in Zusammenhang zu setzen, ist gar nicht so einfach. Jetzt vereint eine neue Sicherheitslösung Sensorik, Datentransfer und -auswertung zu einem ganzheitlichen Anlagenfrühwarnsystem ab dem ersten Moment.

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Anwendung mit der Gerätekombination elektronischer Sicherungsautomat ESX50D, IO-Link Device CPC10IO und Stromverteiler SVS201
Anwendung mit der Gerätekombination elektronischer Sicherungsautomat ESX50D, IO-Link Device CPC10IO und Stromverteiler SVS201
(Bild: E-T-A)

Bereits kleine Störungen können hohe Kosten zur Folge haben. Dabei geht es zum einen um die reinen Stillstandszeiten, in denen keine Produktion möglich ist, aber auch um zerstörte Werkstücke und Maschinen. Auch falsch gemischte Rohstoffe, die aufwändig aus Leitungen entfernt werden müssen, können die Folge sein. Und auch, wenn sich diese recyceln und wieder dem Prozess zuführen lassen, entstehen in jedem Fall hohe und vermeidbare Kosten.

Bei einer konventionellen Wartung tauscht das Personal Anlagenteile unabhängig vom tatsächlichen Zustand aus. Durch eine kontinuierliche Überwachung ist hingegen bekannt, welche Anlagenteile besonderer Aufmerksamkeit bedürfen. Dies macht es – bezogen auf den Verschleiß – möglich zu erkennen, ob ein Anlagenteil schon früher als vorgegeben ausgetauscht werden muss oder, ob er sogar länger als geplant in Betrieb verbleiben kann.

In jedem Fall bedeutet dies eine Kosten­ersparnis: Entweder durch Vermeidung des Ausfalls oder aber durch den längeren Einsatz des Anlagenteils. Die Anlagenverfügbarkeit und die Prozesssicherheit erhöhen sich außerdem.

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Das Control-Plex-System von ETA ist ein flexibles Absicherungssystem für die DC 24 V-Ebene. Es besteht aus dem elektronischen Sicherungsautomaten ESX50D, der auf dem Stromverteiler SVS201 mit acht, 16 oder 24 Plätzen gesteckt wird. Der Sicherheitsautomat sammelt Daten für die Absicherung, die anschließend zu Statusinformationen verarbeitet an den Bus-Controller übergeben werden.

Das IO-Link Device CPC10IO überträgt kontinuierlich Laststrom und Statusinformationen. Die Bus-Controller CPC10PB und CPC10PN übermitteln stetig Laststrom, Lastspannung und Statusinformationen. Lastspannung und Laststrom sind analoge Werte, die Statusinformationen wie „Lastspannung ein“, „Kurzschlussauslösung“, „Überlastauslösung“ oder „Warnschwelle überschritten“ dagegen binäre Signale.

Vorausschauende Wartung

Bei der vorausschauenden Instandhaltung werden unterschiedliche Daten während des Prozesses gesammelt. Diese nutzt der Instandhalter einzeln oder miteinander verknüpft um so detaillierte Rückschlüsse auf den Zustand einzelner Komponenten abzuleiten. Das Control-Plex-System liefert Daten, die zur Auswertung verwendet werden, sozusagen schon als Nebenprodukt mit und kann diese auf unterschiedliche Arten aufzeichnen und speichern.

Eine Möglichkeit ist, diese von der Steuerung an ein übergeordnetes System weiterzugeben. Eine andere Alternative nutzt spezielle Datensammler unabhängig vom Steuerungssystem. Diese kollektivieren die Daten vom Bussystem und speichern sie ab. Unabhängig davon, welche Art der Aufzeichnung verwendet wird, ist zur Auswertung eine genaue Kenntnis des Prozesses nötig. Zuerst muss der reguläre Prozessverlauf festgelegt sein.

Dann ist es wichtig, die Abweichungen zu definieren. Je detaillierter die Information, desto genauer lässt sich der richtige Wartungszeitpunkt festlegen. Es ist auch möglich, den Wartungsumfang zu definieren. Manche eingesetzten Systeme können aus diesen Informationen automatisch Wartungspläne mit den durchzuführenden Aufgaben erstellen.

Ohne Cloud geht's auch

Auch ohne Aufzeichnung der Daten in der Steuerung oder einer Cloud-Lösung bietet Control Plex die Möglichkeit, bereitgestellte Informationen vorausschauend zu nutzen. Am Beispiel eines Transportbandes lässt sich das sehr gut verdeutlichen: Durch die kontinuierliche Ermittlung des Laststroms lassen sich Veränderungen direkt erkennen. Wir beobachten dazu bei der Inbetriebnahme eines Transportbandes den Laststrom, der sich zwischen, 2 A und 1,5 A bewegt. Der Auslösestrom des Schutzschalters beträgt 2 A.

Die Warnschwelle wird in Prozent vom Nennstrom angegeben. Zum ermittelten Maximalstrom kommt noch eine Sicherheit von 15 %. Das Ergebnis (abgerundet 86 %) speichert der Schutzschalter als Warnschwelle. Überschreitet der Laststrom die Grenze während des Prozesses, so erhält der Nutzer eine Warnung noch bevor der Lastkreis wegen Überlast abschaltet. Die zuständige Person kann eine Wartung im nächsten Wartungsfenster oder bei Schichtwechsel durchführen, bevor das Transportband tatsächlich ausfällt.

Fehler frühzeitig erkennen

Mit den genannten Möglichkeiten ist eine frühzeitige Erkennung möglicher Fehler direkt im Automatisierungssystem möglich. Eine aufwändig zu realisierende Daten­erhaltung ist dabei überflüssig. Das ist vor allem bei der Nachrüstung bestehender Anlagen inte­ressant, da sich die Erweiterung schrittweise durchführen lässt. Von den Vorteilen kann das Unternehmen bereits ab dem ersten Erweiterungsschritt profitieren.

* * Der Autor ist Applikationsspezialist für Automatisierungstechnik bei E-T-A, Altdorf.

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