Digitalisierung für Druckluft-Anlagen Kampf dem Druckluft-Energiefresser: Drei-Punkte Digital-Agenda sorgt für Durchblick

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Druckluft ist nützlich: Nicht nur, dass sie als Prozessmedium genutzt wird, sie ist in vielen Anlagen auch ein nicht wegzudenkender Energieträger für pneumatische Antriebe. Allerdings sind Druckluftsysteme als notorische Energiefresser bekannt, insbesondere aufgrund von Leckagen. Aber es ginge auch anders, intelligent und vorausschauend. So sorgt die digitale Transformation für mehr Nachhaltigkeit und präventive Instandhaltung von Druckluftanlagen.

Auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit in der Industrie spielt die digitale Transformation eine entscheidende Rolle: Intelligente Lösungen sorgen für effizientere Produktion, verringerte Emissionsausschüttung und einen optimierten Energieverbrauch. Aufgrund des intensiven Einsatzes von Pneumatik (Einsatz von Druckluft) in der Massenproduktion, leistet die Reduzierung der mit Druckluft verbundenen Energieverschwendung einen wesentlichen Beitrag zur Energieersparnisse. Schätzungsweise verwenden einige Industriebetriebe fast ein Drittel ihres Energiebedarfs für die Erzeugung von Druckluft.

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Bei schlecht gewarteten und betriebenen Industrieanlagen kann ein großer Teil der Druckluft entweichen und Druckluftlecks verursachen. Prozesse mit unzureichendem Druck wiederum haben einen überhöhten Druckluftverbrauch, was sich negativ auf die Wiederholgenauigkeit und Qualität der Prozesse auswirkt.

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Hier können Maßnahmen zur präventiven Instandhaltung helfen: Maschinen-Komponenten, die kurz vor dem Ausfall stehen oder undicht werden, können so rechtzeitig ausgetauscht. Indem die richtigen Druckverhältnisse berechnet werden, können Druckluftlecks vermieden werden, und zwar ohne, dass die Zykluszeit beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck werden Echtzeitmessungen benötigt.

Die Druckluft-Instandhaltung ist zu reaktiv

In vielen Betrieben mangelt es aber an Ressourcen und Werkzeugen, um die richtigen Parameter im richtigen Zeitpunkt zu messen. Zwar können Techniker oder externe Wartungsfirmen manuell punktuelle Messungen des Anlagenzustands durchführen, aber diese Daten sind nicht unbedingt zeitnah und beinhalten das Risiko menschlicher Fehler.

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Auch wenn die manuelle Berichterstattung korrekt ist, sind die daraus resultierenden Tabellen oder einmaligen Berichte oft schon veraltet, wenn sie zur Entscheidungsfindung herangezogen werden. So wird der tatsächliche Zustand der Anlagen möglicherweise nie genau dokumentiert, so dass Lecks nicht erkannt werden und der Luftverbrauch unkontrolliert ansteigt.

Eine Wartung erfolgt dagegen meistens als Folge von Stillständen oder zur Reparatur von Anlagen, die ausgefallen sind, oder zum Austausch von Bauteilen nach Ablauf einer bestimmten Zeit und nicht aufgrund ihres tatsächlichen Zustands. Diese Vorgehensweise ist oft mit höheren Kosten und ungeplanten Ausfallzeiten verbunden und wirkt sich negativ auf die Gesamtenergieeffizienz und die Nachhaltigkeitsziele einer Anlage aus.

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Die heutige Technik bietet jedoch auch bessere Ansätze. Durch die digitale Transformation pneumatischer Systeme kann der Druckluftverbrauch nun in Echtzeit überwacht werden. Dadurch erhalten Betriebe Zugang zu aussagekräftigen Daten, die für eine effektive präventive Instandhaltung und die Optimierung pneumatischer Prozesse erforderlich sind. Die Betriebe können intelligente Technologien für bessere Entscheidungsfindung und sofortige Maßnahmen nutzen und damit ihren Druckluftverbrauch erheblich senken, präventive Instandhaltungsmaßnahmen durchführen und die Nachhaltigkeit verbessern.

Digitale Transformation in der Pneumatik

Die digitale Transformation ist ein Prozess, der einem Betrieb die Möglichkeit gibt, Echtzeitdaten zu sammeln, darauf basierende Entscheidungen zu treffen und dementsprechend zu handeln. Kurz gesagt: dank digitaler Transformation, ermöglichen intelligente Maschinen und Systeme intelligente Arbeitsabläufe. Dabei werden die richtigen Messdaten zur richtigen Zeit an die richtige Person weitergeleitet.

Durch die Integration und Verbindung intelligenter Sensoren und Werkzeugen können bis dato nicht verfügbare Messdaten erhoben und zur Verbesserung der Effizienz einer Anlage genutzt werden. Zum Beispiel werden durch eine Druckluftüberwachung mithilfe des Durchflusssensor Aventics AF2 von Emerson, Leckagen in Pneumatikanlagen frühzeitig erkannt und schnell beseitigt. Der Sensor liefert bisher nicht verfügbare Druckluftdaten, die Aussagen über den Zustand der Pneumatikanlage vermitteln.

Durch den Einsatz von Technologie zur Automatisierung und Optimierung von Betriebsabläufen setzen Unternehmen einen kontinuierlichen Kreislauf in Gang. Dieser Kreislauf hat drei Phasen: Sehen – Entscheiden – Handeln. Bei Druckluftanwendungen sorgen unterschiedliche intelligente Lösungen für eine Automatisierung jeder Phase.

• Phase 1 – Sehen: Diese Phase steht am Anfang des Kreislaufs. Der erste Schritt ist ein Sensor, der kontinuierlich und zuverlässig die entsprechenden Daten mit der nötigen Wiederholgenauigkeit bereitstellt. In Pneumatikanlagen beinhaltet dieser Prozess die Erfassung von Beschleunigung und Zyklen der Pneumatikventile und Zylinderbetätigung sowie die Messung von Durchflussvolumen, Druck, Temperatur, Massendurchfluss und Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft. Solche Echtzeitdaten liefern rund um die Uhr Daten über den tatsächlichen Zustand und Energieverbrauch einer Anlage und bilden die Grundlage für frühzeitige, fundierte Entscheidungen.

• Phase 2 – Entscheiden: In dieser Phase liefert der Sensor die gesammelten Daten an eine Steuerung oder ein Gateway-Gerät, das die Daten kontinuierlich in Echtzeit zusammenfasst und Trends mit Hilfe eines einfach zu interpretierenden Visualisierungstools darstellt. Diese direkt verfügbare Expertise ermöglicht es Betreibern, schnellere und intelligentere Entscheidungen zu treffen und rascher angemessene Maßnahmen zu ergreifen.

• Phase 3 – Handeln: Die in dieser Phase eingesetzten mobilen Tools senden Meldungen an bestimmte Mitarbeiter, die klar vorgeben, welche Maßnahmen auf der Grundlage der aktuellen Betriebslage zu ergreifen sind. Dies kann zum Beispiel beinhalten, welche Zylinder sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern, eine zunehmende Beschleunigung im Laufe der Zeit aufweisen oder ihre angestrebte Laufzeit bereits überschritten haben. Mithilfe dieser Anweisungen kann das Personal Probleme lösen, bevor sie den Betrieb beeinträchtigen oder zum Stillstand bringen können.

Zusammen bieten diese Phasen wertvolle Einblicke; ihr endloser Zyklus erzeugt einen technologischen Kreislauf, der sowohl eine präventive Instandhaltung als auch eine kontinuierliche Optimierung von Know-how und Energieeffizienz ermöglicht.

So lassen sich ungeplante Stillstände vermeiden

Instandhaltung ist ein fester Bestandteil aller Industrieanlagen. In Pneumatikanlagen verschleißen die Ventile mit der Zeit und verursachen Leckagen, die zu einem übermäßigen Druckluftverbrauch führen. Manche Anlagen haben so viele Ventile, dass es schwierig wird, ein fehlerhaftes Ventil zu identifizieren. Die Behebung von Leckagen kann zeitaufwändig sein, und angesichts des anhaltenden Arbeitskräftemangels und des Fachkräftemangels ist das Instandhaltungspersonal möglicherweise sowieso schon überlastet.

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Das Personal reicht unter Umständen nicht aus, um die anstehenden Aufgaben zu bewältigen, und das nötige Erfahrungswissen ist möglicherweise gar nicht mehr vorhanden. Produktionsstillstände wegen Reparaturen können sehr kostspielig sein. Ungeplante Stillstände in einem mittelgroßen Unternehmen der Lebensmittelindustrie kosten um die 30. 000 Euro pro Stunde.

Daher sollten Probleme möglichst vermieden werden, bevor sie überhaupt auftreten. Und genau hier kommt die präventive Instandhaltung ins Spiel. Die präventive Instandhaltung kann wesentlich zur Reduzierung von Betriebs- und Wartungskosten beitragen und ungeplante Stillstände ganz eliminieren.

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Wenn man diesen Phasenkreislauf von Sehen-Entscheiden-Handeln kennt, kann man sich gut vorstellen, dass die digitale Transformation einer Pneumatikanlage die Grundlage für präventive Instandhaltung ist. Betrachten wir nun die Wartung von Druckluftanlagen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Druckluft wird hier in großem Umfang zur Betätigung von Hilfs- und Hygieneventilen durch diskrete Pilotventile oder Ventilsysteme eingesetzt.

Hilfs- und Hygieneventile können zum Erhitzen, Kühlen, Dosieren oder Abfüllen von Zusatzstoffen und Zutaten in hygienischen Ventilen eingesetzt werden, die Verbrauchsgüter oder Getränke transportieren. Vernetzte intelligente Sensoren, Steuerungen und Edge-Gateways erfassen ein vollständigeres Bild des Ventilzustands. Dadurch kann das System erkennen, wenn Ventile abgenutzt sind oder sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern. Wird ein solches Ventil entdeckt, sendet das System sofort eine Meldung an das Wartungspersonal, das eine entsprechende Instandhaltung einplant.

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Diese Fähigkeit, potenzielle Probleme zu erkennen, bevor sie tatsächlich eintreten, trägt dazu bei, ungeplante Stillstände zu minimieren. Gleichzeitig gibt die Ursachenforschung in Echtzeit klar die zu ergreifenden Maßnahmen vor. Die automatisierte Fehlersuche und -analyse verkürzt Wartungszeiten, erhöht die Anlagenverfügbarkeit, verbessert die Produktivität und spart im Falle von Leckagen Energie.

Geringerer Energieverbrauch zahlt auch auf Nachhaltigkeitsziele ein

Die heutigen intelligenten Pneumatikgeräte bieten ein vollständigeres Bild der Leistung einer Pneumatikanlage. Betriebe können dieses tiefere Verständnis zur effektiven Steuerung ihres Energieverbrauch nutzen, indem sie Leckagen schnell lokalisieren und diagnostizieren und den Druck in Kompressorsystemen optimieren.

Der Energieverbrauch von Kompressoren ist hoch und übersteigt oft den Bedarf unter normalen Betriebsbedingungen. Schätzungen zufolge entfallen 20 bis 30 Prozent des Energieverbrauchs eines typischen Betriebs auf die Drucklufterzeugung. Wenn mittelgroße Betriebe jährlich oft 2,5 Millionen Euro für Energie ausgeben, kann jede Verringerung des Druckluftverbrauchs erhebliche Einsparungen bedeuten. Je besser eine Einrichtung Leckagen verfolgen und betätigte Ventile regulieren kann, desto mehr Kontrolle hat sie über ihren Energieverbrauch. Wenn es gelingt, den Druckluftverbrauch eines Ventils zu optimieren und gleichzeitig die geforderte Zykluszeit einzuhalten, muss der Kompressor weniger Arbeit leisten und verbraucht nur die tatsächlich benötigte Energie.

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Wenn Betriebe eine digitale Transformation ihrer Pneumatikanlagen zur Diagnose von Leckagen und zur Berechnung der richtigen Druckverhältnisse durchführen, profitieren sie in der Regel von einer Senkung des Druckluftverbrauchs und der Energiekosten.

So setzen Sie die Digitale Transformation um

Die digitale Transformation ist ein fortlaufender Prozess. Unabhängig davon, wie viel intelligente Technologie ein Betrieb in seine Produktionssysteme eingeführt hat, bildet ein Upgrade der Systeme auf die neueste Generation digitaler Pneumatik die Grundlage für einen besseren Einblick und eine bessere Kontrolle des Druckluftverbrauchs. Eine Möglichkeit, die digitale Transformation der Pneumatik voranzutreiben, ist ein Workshop mit einem Anbieter umfassender Pneumatiklösungen, der bewährtes Fachwissen, Sensoren und Hardware bietet.

Fachkundige Lösungsanbieter können mit einem Betrieb zusammenarbeiten, um Probleme zu identifizieren und Prioritäten für die Einführung von Lösungen zu setzen. Jedes Produktionssystem und jede Anlage ist anders; eine digitale Transformation funktioniert am besten, wenn sie von Fall zu Fall in enger Zusammenarbeit mit einem bewährten Anbieter konzipiert wird.

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Einige Unternehmen schrecken vor der digitalen Transformation zurück, oder verzögern sie, weil sie die Kosten oder Probleme bei der Implementierung scheuen. Die Antwort auf diese Bedenken ist einfach: „Klein anfangen und schnell hochskalieren“. Ein niedrigschwelliger Ansatz für die digitale Transformation kann sich auf einen Schlüsselbereich oder eine einzige Herausforderung konzentrieren, oder sogar auf nur eine Maschine, und dann die gewonnenen Erkenntnisse für den weiteren Ausbau nutzen.

Gemeinsam den Wandel meistern

Es gibt Technologieanbieter, die komplette, vertikal integrierte Lösungen aus Komponenten, Sensoren und Steuerungen sowie Analysepakete anbieten, die es Betrieben ermöglichen, genau in dem Maß von der digitalen Transformation zu profitieren, wie es ihren individuellen Anforderungen am besten entspricht. Für bereits weiter fortgeschrittene Betriebe bieten Anbieter Lösungen an, die die vorhandene Sensor- und Steuerungsinfrastruktur mit Edge-Analytics kombinieren.

Präzise Echtzeitmessungen und eine bessere Entscheidungsfindung dank digitaler Transformation können schnell eine erhebliche Rentabilität erzielen. Der pragmatische Ansatz Sehen-Entscheiden-Handeln hilft den Betrieben, die digitale Transformation anzugehen. Das Ergebnis: Echtzeitdaten werden gesammelt und in nützliche Analysen und Erkenntnisse umgewandelt, mit denen sich präventive Instandhaltungspraktiken steuern und der Energieverbrauch optimieren lassen.

* Der Autor ist Marketing-Manager, Digitale Transformation bei Emerson

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