KI-Konzept für Rotating Equipment So einfach kann Digitalisierung sein – Beispiel Pumpen

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp* / Dr. Jörg Kempf

An Daten mangelt es an einem Chemiestandort sicher nicht. Aber wie lassen sich diese in nutzbare Informationen verwandeln und dies ohne allzu viel Aufwand? Eine Antwort für Pumpen und anderes rotierendes Equipment gibt dieser Beitrag. Entdecken Sie, wie einfach Digitalisierung sein kann.

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Mithilfe des KSB Guard und der dazugehörigen Datenschnittstelle erhalten Betreiber schnell wertvolle Zustandsinformationen z .B. über Pumpen.
Mithilfe des KSB Guard und der dazugehörigen Datenschnittstelle erhalten Betreiber schnell wertvolle Zustandsinformationen z .B. über Pumpen.
(Bild: KSB)

In der chemischen Industrie gibt es viele Anlagen, die seit Jahrzehnten sicher und effizient arbeiten. Ihr einziges Manko: zum Zeitpunkt ihrer Errichtung war man von einer Digitalisierung noch weit entfernt. Im Wiesbadener Industriepark Kalle-Albert hat man sich daher auf den Weg gemacht, neue Ideen und Konzepte zu entwickeln, um gerade diese Anlagen ins Digitalzeitalter zu überführen. Dies ist umso wichtiger, da es sich um einen stark vernetzten Standort handelt.

Der Industrieparkbetreiber Infraserv Wiesbaden versorgt die Standortunternehmen mit Energien, wie Strom, Druckluft, Kälte und Dampf, und betreibt eine biologische Abwasserreinigungsanlage. Dabei ist es notwendig, alle verschiedenen Anlagen in einem gemeinsamen System im Blick zu behalten, um die Verfügbarkeit zu erhöhen, ungeplante Stillstände zu vermeiden und die Systeme übergreifend zu optimieren. Stillstände erzeugen hohe Kosten, da der Betrieb der 75 Standortunternehmen maßgeblich daran gekoppelt ist.

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„Die neu entstehenden Digitalisierungsprojekte sollen die jetzigen Betriebe entlasten, gerade wenn es um Wartungs- und Instandhaltungsaufgaben geht“, begründet Andreas Kronisch, Leiter des Innovationsmanagements bei ISW-Technik, eine Tochtergesellschaft der Infraserv, den Einsatz. Dafür werden u. a. alle Daten im Industriepark auf einer Gesamtplattform zusammengeführt. Hier hat ISW-Technik im Schulterschluss mit IT-Experten des GES Systemhauses, ebenfalls eine Tochtergesellschaft der Infraserv, das „KI Konzept“ entwickelt. Auf der eigenen IoT-Plattform des GES Systemhauses werden die Anlagen im Industriepark digitalisiert und überwacht. Damit sind u. a. neue digitale Geschäftsmodelle im Bereich Pumpenüberwachung im Wiesbadener Industriepark möglich. Seit 2018 kooperiert ISW-Technik auch mit KSB. So wurden neue vorausschauende Instandhaltungsansätze (Predictive Maintenance) für Pumpen mithilfe innovativer Technologien wie der smarten Überwachungslösung KSB Guard entwickelt.

Intelligente Überwachung der Pumpen

Mittels KSB Guard lassen sich die Betriebs- und Zustandsdaten von Maschinen jederzeit und überall mobil im Blick behalten. Die Überwachungslösung hilft, ungeplante Wartungen zu vermeiden, und erhöht die Verfügbarkeit, da Abweichungen zum Normalbetrieb frühzeitig erkannt werden. Gleichzeitig können alle vorgenommenen Maßnahmen in einer Wartungshistorie dokumentiert werden, so dass man den Überblick für zukünftige Kontrollen behält.

Der große Vorteil für die praktische Umsetzung: Montage und Inbetriebnahme sind extrem einfach. „KSB Guard wird außen auf die Pumpe geklebt und dann einfach über zwei, drei Tasten in Betrieb genommen, das war’s“, beschreibt Kronisch die Installation. Die Sensoreinheit misst u. a. die Schwingungen an der Pumpe; die Daten werden im Anschluss über die Sende- und Batterieeinheit an das KSB Guard Gateway gesendet. Dieses schickt wiederum die Daten in die Cloud von KSB.

Anbindung an die zentrale IoT-Plattform

Nun sollten die im Kraftwerk durch KSB Guard überwachten Pumpen auf der zentralen IoT-Plattform eingebunden werden. „Dafür müssen die Daten über eine Datenschnittstelle online übermittelt werden, um auch in der Gesamtplattform zeitnah auf diese Daten zugreifen zu können. Wir haben die Anbindung über einen Python-Dienst auf einem Linux-Server umgesetzt“, erklärt Gerrit Hoyer, verantwortlich für das Datenmanagement beim GES Systemhaus.

Über die von KSB entwickelte Datenschnittstelle (im Standard REST-API-Format) lässt sich auf die gemessenen Daten, Informationen und Benachrichtigungen zugreifen. Für die Integration in die Plattform KI Konzept müssen diese regelmäßig abgeholt und an den zentralen MQTT-Broker im Rechenzentrum des GES Systemhaus übermittelt werden. Daher entwickelte GES hierfür ebenfalls eine standardisierte REST-API-Datenschnittstelle – quasi das Gegenstück dazu.

Wissen, welche Bedeutung ein Messwert hat

Bei der Entwicklung von solchen Schnittstellen hat man zwei Möglichkeiten: „Entweder man nutzt Standard-Schnittstellen, wie Modbus, SQL oder OPC UA, oder verwendet eine eigene“, erklärt Hoyer. Der Vorteil von der KSB Guard Datenschnittstelle liegt aus seiner Sicht in den strukturierten Datenformaten. „Man weiß einfach, welche Bedeutung ein Wert hat. Bei Standard-Schnittstellen muss der Verantwortliche immer wissen, was die erzeugten Zahlencodes eigentlich bedeuten. Bei der KSB Guard Datenschnittstelle ist die Interpretation einfacher. Wir wissen sofort, ob Temperatur oder Schwingung in Ordnung sind oder ob ein Maximalwert überschritten wurde, und ob es sich um eine Status- oder Warnmeldung handelt“, führt Hoyer aus.

Die Daten werden mit weiteren Stillstands- und Produktionsdaten verknüpft, um daraus dem Instandhalter und Anlagenbetreiber relevante Handlungsempfehlungen zu geben.

Auf die Daten haben sowohl die Produktionsleitung, die ISW-Techniker als auch die KSB-Experten Zugriff. „Wir haben zwar die Schnittstelle, über die wir nun auch eigene Alarme definieren und worüber wir dann beispielsweise spezifische Mails hinausschicken könnten. Aber KSB hat einfach mehr Erfahrungen mit Pumpen“, ist Hoyer überzeugt. „Wir sind froh, dass die Pumpenexperten unser System mit ihrem Know-how anreichern.“

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Drohender Lagerschaden rechtzeitig erkannt

Im Industriepark Kalle-Albert wird die Druckluftversorgung in einem speziellen Technikgebäude über insgesamt vier Turboverdichter gesteuert. Diese liefern rund um die Uhr im Durchschnitt 22 Tausend Kubikmeter Druckluft pro Stunde mit 5 bar Überdruck – pro Jahr summiert sich dies auf etwa 200 Millionen Kubikmeter. Die Luftverdichter erzeugen im Betrieb erhebliche Abwärme und sind zur Begrenzung ihrer Betriebstemperatur mit einem Kühlsystem verbunden. Die Kühlwasserversorgung übernehmen seit 2015 zwei Etanorm-Pumpen aus dem Hause KSB. Diese arbeiten im Redundanzbetrieb, d. h. sie sind parallel geschaltet, um beim Ausfall einer Pumpe die Versorgung durch das Zweitgerät sicherzustellen. Seit Oktober 2019 sind diese beiden Pumpen mit je einem KSB Guard ausgestattet. Bereits zwei Monate später detektierte KSB Guard einen sich anbahnenden Lagerschaden, so dass rechtzeitig und ohne Hektik die Reparatur eingeleitet werden konnte.

Reibungslose Zusammenarbeit

„Es hat lediglich zwei Wochen gedauert, bis die Datenschnittstelle realisiert und getestet war, das hat alles problemlos funktioniert“, beschreibt Hoyer die Arbeiten. Dabei schätzt der Datenexperte insbesondere die detaillierte Schnittstellenbeschreibung seitens KSB, so dass die Anbindung an die IoT-Plattform schnell umgesetzt werden konnte. „Bei Fragen konnten wir auf die Unterstützung von KSB zählen, die Zusammenarbeit ist einfach sehr gut gelaufen“, fasst Hoyer zusammen.

Im Übrigen ist diese Anbindung der Pumpen an die ISW-eigene IoT-Plattform „KI Konzept“ keine Einzellösung. ISW-Technik entwickelte ein Dashboard für unterschiedlichste Anlagenkomponenten der Unternehmen, die sie am Standort betreut. Auf diesem laufen im Bereich Smart Maintenance alle wichtigen Informationen für die Anlagenbetreiber und Instandhalter ein. Auch automatisierte Meldungen, wie sie im Schadensfall KSB Guard liefern würde.

Ausblick: Dank KSB Guard ist ein direkter Zugriff auf Daten, Informationen oder Benachrichtigungen möglich. Dabei lassen sich die Informationen sowohl in unterschiedlichste Kundensysteme integrieren und visualisieren, wobei auch eine Kombination mit anderen Daten möglich ist. Der erste ungeplante Stillstand konnte durch die Überwachung mit KSB Guard schon verhindert werden. Und auch in Zukunft werden Kronisch und sein Team weiter nach Lösungen suchen, um Brownfieldanlagen am Standort fit für das Digitalzeitalter zu machen. „Der Bedarf an Sensornachrüstung steigt. Dabei geht es nicht darum, alles um jeden Preis zu digitalisieren, aber gute Lösungen, mit denen man ältere Anlagen intelligent macht, sind immer gefragt“, so Kronisch.

* Die Autorin ist freie Fachjournalistin für Chemie und Technik.

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