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Predictive Maintenance

So gelingt mit Sensorik, IPCs und Cloud-Services die smarte (Er-)Wartung

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Mit Sensoren, IPCs und Cloud-Services die Daten zum Fließen bringen

Drei aktuelle Entwicklungsströme aus der Informations- und Kommunikationstechnik forcieren die Umsetzung dieser Automatisierungsszenarien. Der Leistungszuwachs und die Miniaturisierung auf Seiten der Hardware erlauben es, Verarbeitungslogik dicht an die Anlagenkomponenten zu führen und Funktionen von Automatisierungssystemen als Softwarelösung umzusetzen. Der verstärkte Einsatz Ethernet-basierter Technologien legt die Basis für eine schrankenlose Interoperabilität der Komponenten untereinander. Die Einbindung von Cloud-Umgebungen schafft die Voraussetzung, Austausch und Kombination von Daten einschließlich als Fernzugriff auf Aktoren, Sensoren und Geräte zu organisieren.

Moderne embedded Systeme wie die Spectra Powerbox-Serie 3000 oder Nife 300 von Spectra-Partner Nexcom sind mit einer offenen universellen Architektur und verbauten Mehrkern-Intel-Prozessoren geeignet, die Aufgabe der Daten-Integration und –Aufbereitung zu übernehmen. Bestückt mit den Intel-Core-Prozessoren der sechsten Generation i5-6500TE und i7-6700TE (Skylake-S) und AVX-Unterstützung (Advanced Vector Extensions) verfügen die IPCs über ein ausreichendes Leistungsvermögen, die Aufgaben einer Steuerungs-und Kontroll-Einheit der Bewegungsregelung, eines Fieldbus-Controllers und eines IoT-Gateways zu übernehmen. Spezialisierte IoT-Gateways wie das Nexcom Nio 100 oder extrem kleine, lüfterlose Mini-PC wie die Spectra Powerbox 100 sollen den Datenaustausch für einfache Sensorik auf den Weg bringen. Sie dienen als Bindeglied zwischen Produktionsdaten und übergeordneter Auswertungslogik auf Servern im eigenen Rechenzentrum und/oder Cloud-Umgebungen wie Microsoft Azure oder IBM Bluemix. Dazu sammeln die IoT-Gateways oder Mini-PCs die Daten in unterschiedlichen Feldbus-Formaten ein, verdichten und bereiten diese gegebenenfalls in aggregierter Form für die Standard-Ethernet-Kommunikation auf und transportieren sie über den Internet-Zugang eines Unternehmens oder per Mobilfunk weiter an die Cloud-Services. In kleineren Modbus-Infrastrukturen lässt sich diese Aufgabe auch an einfache IoT-Controller wie dem Wise-5231 von ICP DAS delegieren, über den Feldbussysteme ihre Sensordaten an die Cloud schicken.

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Intelligente Modellierung der Daten notwendig

Beachtet werden sollte, dass jede Kombination von Daten auch eine intelligente Modellierung voraussetzt. Neben der präzisen Festlegung, welche Daten in welchem Intervall verarbeitet werden sollen, muss z.B. die vergleichbare Uhrzeit beachtet werden. Für eine korrekte Auswertung ist entscheidend, dass ein IoT-Controller wie der Wise-5231 über aktive Sendemechanismen (Modbus TCP Master, SNMP Trap und MQTT Publish) verfügt, um ereignisbezogen bei Schwellwert-Überschreitungen oder in festen Intervallen Daten zu melden. Mit diesen Eigenschaften kann der Controller, ähnlich wie Gateways und IPCs, die zeitsynchrone Kombination der Daten aus unterschiedlichen Kanälen unterstützen. Ansonsten droht die Gefahr einer Fehlinterpretation wie sich anhand des Beispiels vorsorgliche Wartung verdeutlichten lässt. Werden hohe Vibrationswerte einer Anlage nicht mit der zur selben Zeit vorherrschenden hohen Rotationsgeschwindigkeit in Korrelation gebracht, sondern mit niedrigeren Werten aus der Nacht zuvor, initiiert das Wartungsmanagement vielleicht automatisch einen Service-Auftrag. Der Grund: Die nicht-synchronisierte Datenzusammensetzung (hohe Vibration, niedrige Rotation) entspricht dem Muster eines potenziellen Störfalls. Die Betrachtung der zeitsynchronen Kombination (hohe Rotation, hohe Vibration) hätte dagegen keine Abweichung vom Normalbetrieb bedeutet. Doch wenn die intelligente Modellierung beachtet wird, kann der Aufbau einer smarten Infrastruktur, die alle Produktionskomponenten in den Informationsfluss einbindet, mit den beschriebenen Mitteln bereits heute gestartet werden.

* Uwe Hollarek, Produktmanager Messtechnik/Automation, Spectra

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