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Motorsteuerung und IIoT-Systeme einfacher realisieren

Elektromotoren
Motorsteuerung und IIoT-Systeme einfacher realisieren

Die Digitalisierung verspricht gerade im Zusammenspiel mit dem Industrial Internet of Things (IIoT) einen Mehrwert für Anlagenbetreiber und Komponentenhersteller. Um Services wie Predictive Maintenance anbieten zu können, sollten sich die Daten aber einfach erfassen lassen. Leichter gesagt als getan, aber genau hier setzt die Dunkermotoren GmbH aus Bonndorf an und bietet unter der Marke nexofox nun Softwarelösungen, mit denen sich Antriebssteuerung und Datenerfassung sehr leicht umsetzen lassen, wie Markus Weishaar, Head of Systems & Services, im Gespräch mit KEM Konstruktion erläutert.

Interview: Johannes Gillar und Michael Corban, Chefredaktion KEM Konstruktion

Inhaltsverzeichnis

1. Digitale Dienste erleichtern Inbetriebnahme und Betrieb
2. Steuerungsprogrammierung wird einfacher – insbesondere in verteilten Systemen
3. Kommunikation bevorzugt offene Standards
4. Mehr aus den Sensordaten herausholen
5. Security ist obligatorisch

KEM Konstruktion: Unter der Marke nexofox bündelt Dunkermotoren das Lösungsangebot rund um smarte Motoren – welche Zielsetzung steckt dahinter?

Markus Weishaar (Dunkermotoren/nexofox): Digitalisierung beginnt jetzt – unsere Kunden wollen durchstarten. Nexofox bietet dazu Unterstützung von der Motorkonfiguration und -programmierung über die Feld-IIoT-Kommunikation bis zur Device Cloud und Smartphone Apps mit intelligenten Lösungen und Services. Unsere BLDC-Motoren lassen sich mit dem nexofox-Angebot konfigurieren – auch ohne Programmierkenntnisse –, programmieren und überwachen – vom Schreibtisch aus. Der Anwender kann auf diese Weise sehr einfach Konfigurationen, Firmware und Motion-Code managen, ohne vor Ort sein zu müssen. Dennoch ist sichergestellt, dass Motoren und Anlagen die notwendige Aufmerksamkeit erfahren – und im Falle des Falles alle Informationen schnell und einfach verfügbar sind.

KEM Konstruktion: Wird damit der Hersteller von Elektromotoren austauschbar?

Weishaar: Kurzfristig sicher nicht – nach wie vor sind die Antriebe die entscheidenden Maschinenelemente. Software und IIoT ergänzen diese, etwa um Remote-Funktionalitäten und dezentrale Steuerungstopologien. Perspektivisch ist aber sicher richtig, dass es gerade bei den letztgenannten Themen die größeren Fortschritte geben wird. Genau das ist für uns der Grund gewesen, unser Angebot zu zukunftsweisenden Softwarelösungen unter der Marke nexofox zusammenzufassen und ein ganzheitliches Lösungsangebot zu schaffen – rund um den Einsatz und die Vernetzung smarter Motoren bis hin zu den Roboter- und Automationsanlagen des Tochterunternehmens EGS Automation.

Digitale Dienste erleichtern Inbetriebnahme und Betrieb

KEM Konstruktion: Lässt sich das nexofox-Portfolio denn auch für Antriebe von Drittherstellern einsetzen?

Weishaar: Das ist eine Option – unsere Regelelektronik kann sicher auch andere Motoren steuern. Ziel ist aber zunächst, den Nutzern unserer Antriebe deren Einsatz zu erleichtern – indem es via nexofox eben sehr einfach ist, IIoT-Funktionalitäten zu realisieren. Mit nexofox wollen wir digitale Dienste zu unseren Motoren anbieten und die Kunden dabei unterstützen, den Motor zu betreiben sowie verfügbare Daten zu sammeln und automatisiert in übergeordneten Systemen bereitzustellen.

Gleichstrommotoren von Dunkermotoren mit Profinet- und Ethercat-Schnittstelle

So kann etwa nicht nur der Servicetechniker live sehen, ob der Motor in Ordnung ist, sondern mit den zur Verfügung gestellten Daten lassen sich auch digitale Dienste aufbauen. Eines der interessantesten Themen ist hier sicherlich die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), aber mit nexofox legen wir auch die Grundlagen für deutlich darüber hinausgehende Anwendungen. Der Ideenvielfalt, welche das sein werden, sind damit keine Grenzen gesetzt – niemand muss sich aber mehr darum kümmern, wie sich die Daten digital aus dem Motor auslesen lassen, das können wir standardisiert zur Verfügung stellen. Unsere Elektromotoren können auf diese Weise in digitale Tools integriert werden und die zielgerichtete Interaktion mit den Maschinen im Sinne der Industrie 4.0 unterstützen.

Steuerungsprogrammierung wird einfacher – insbesondere in verteilten Systemen

KEM Konstruktion: Sie zielen mit nexofox ja sowohl auf die Steuerungsprogrammierung als auch auf Aspekte des IIoT – dominiert dabei das Thema IIoT?

Weishaar: Für uns sind beide Themen gleich wichtig und beide gehören zusammen. So sehen wir neben dem Thema IIoT gerade auch kurzfristig große Chancen in der Steuerungstechnik und der Frage, wie ‚einfach‘ sich die Antriebssteuerung realisieren lässt, gerade in verteilten Anlagen. Große Synergien lassen sich aber vor allem durch die Kombination beider Themen erschließen.

KEM Konstruktion: Können Sie das an einem Beispiel greifbar machen?

Weishaar: Ja – wenn man an kleinere Maschinen oder Geräte denkt, etwa eine Umreifungsmaschine. Diese verfügen meist über 4 bis 5 Achsen, das lässt sich schon heute komplett auf unseren Motoren programmieren, jede Achse für sich. Dafür ist keine übergeordnete Steuerung mehr erforderlich. Man kann sich aber dennoch über ein Laptop einwählen und die Maschine diagnostizieren. Das alles lässt sich auch gut übertragen etwa auf AGVs oder generell Maschinen und Anlagen mit begrenzter Komplexität. Bezüglich der Steuerungsarchitekturen sind wir komplett variabel – so lässt sich etwa alles auf dem Motor programmieren, so dass die SPS entfallen kann. Interessant wird es natürlich bei verteilten Systemen entsprechend der IEC 61499, bei denen dann der Motion-Code über mehrere Motoren verteilt läuft oder auch die Edge ein Teil der Steuerung ist – und damit auch die Prozesslogik abbilden kann. Auch das Thema Safety wird abgedeckt – Safe Torque Off (STO) können wir heute schon, zukünftig werden auch Safe Speed und Anderes hinzukommen.

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„Im IIoT-Bereich stellen wir Daten im MQTT-Format bereit. Hier legen wir Wert darauf, dass das alles OI4-konform ist und damit alle Integrationsmöglichkeiten offen stehen“, sagt Markus Weishaar, Head of Systems & Services, Dunkermotoren GmbH, Bonndorf.
Bild: Dunkermotoren

Wenn man dann das Thema IIoT hinzunimmt und sich etwa bei einem AGV einen Servicefall vorstellt, so genügt es, wenn der Servicetechniker den QR-Code auf dem Antrieb scannt – er bekommt dann alle Informationen zum Antrieb aus der Cloud auf sein mobiles Gerät. Das Szenario lässt sich dann auch beliebig in Richtung Predictive Maintenance erweitern. Dabei geht es uns aber nicht primär um den Elektromotor – gerade unsere bürstenlosen Motoren sind wartungsfrei. Jeder Motor ist aber Teil einer Antriebseinheit, vielfach kommen ein Getriebe und weitere Mechanik hinzu. Tritt nun in der ganzen Einheit ein Fehler auf, lässt sich das auch an den Motordaten ablesen – etwa wenn ein Rad schwergängiger wird oder gar ganz blockiert. Hilfreich ist dann natürlich, frühzeitig zu erkennen, dass es schwergängiger wird – und man damit vor einem Ausfall für Abhilfe sorgen kann.

Kommunikation bevorzugt offene Standards

KEM Konstruktion: Nutzt nexofox zur Kommunikation proprietäre Schnittstellen oder werden die Daten in offenen Formaten zur Verfügung gestellt?

Weishaar: Offenheit ist unsere Zielsetzung – auf der Steuerungsseite unterstützen wir ja schon lange CANopen genauso wie Profinet, Ethercat und Ethernet/IP, über die die Kommunikation zwischen den Motoren läuft. Mit dem Motion-Code auf den Motoren wird eine Tür geöffnet: Entweder gebe ich jedem Motor sein eigenes Programm mit oder ich sende Befehle zwischen ihnen hin und her, wobei einer als Master arbeiten kann oder alle Motoren auch als gleichwertige Partner agieren können. Für die Kommunikation in Richtung der übergeordneten Prozesslogik kommt aktuell meistens CANopen oder Profinet zum Einsatz, aber auch die anderen Schnittstellen sind hier möglich

Dunkermotoren bietet Elektromotor der BG-95-Baureihe in neuer Baulänge

Im IIoT-Bereich holen wir die Daten unserer Motoren ebenfalls über CANopen und Profinet ab, lesen sie dann über einen Software-Adapter auf der Edge aus und stellen sie im MQTT-Format bereit. Hier legen wir Wert darauf, dass das alles OI4-konform entsprechend den Vorgaben der Open Industry 4.0 Alliance ist und damit alle Integrationsmöglichkeiten offen stehen. Der Kunde kann dann die Infos via OI4-MQTT-Bus abholen oder wir setzen noch unseren Cloud-Adapter oben drauf, um das alles in die Cloud zu übertragen. Hierbei setzen wir bewusst ebenfalls auf die Asset Administration Shell (AAS) und damit wiederum ganz klar auf offene Standards. Wir sind nicht der Nabel der Welt – aber unsere Motoren sollen sich über die nexofox-Lösungen sehr leicht in verschiedene Ökosystem einbinden lassen.

Mehr aus den Sensordaten herausholen

KEM Konstruktion: Sie hatten erwähnt, dass sich Störungen im Antriebsstrang – wie etwa ein schwergängiges Rad – auch in den Motordaten bemerkbar machen. Wie viel Sensorik ist damit am Ende erforderlich und welche setzen Sie ein?

Weishaar: Konkret können wir die Phasenströme sowie Drehzahlen, Positionen, Positionsabweichungen oder auch die Temperatur erfassen. Ebenso lassen sich die Fehlerregister auslesen – da gibt es also schon eine Reihe von Daten. Wir sind auch dabei, Versuche mit der Erfassung von Vibrationen zu machen – um per Analytik dann wiederum Rückschlüsse auf den Antriebsstrang ziehen zu können. Hier lässt sich mit physikalischem Verständnis und Mathematik – beziehungsweise Machine Learning, KI und Data Science – einiges an Informationen herausziehen. Übrigens auch einer der Gründe, warum wir im Sinne der Offenheit in Richtung verschiedener Ökosysteme sehr aktiv sind – sei es die MindSphere World, zukünftig die IDTA (Industrial Digital Twin Association) oder die Open Industry 4.0 Alliance, der wir uns Ende 2019 angeschlossen haben. Nur wenn in diesen Ökosystemen alle Teilnehmer eine Sprache sprechen und eine aufwändige Integration entfällt, lassen sich die Chancen der Digitalisierung nutzen. Deswegen entsteht hier auch mehr und mehr eine herstellerübergreifende Zusammenarbeit im Sinne einer Coopetition.

Autonomer mobiler Roboter fährt mit Antriebstechnik von Dunkermotoren

KEM Konstruktion: Gewinnt damit auch der digitale Zwilling an Bedeutung?

Weishaar: Ja, weil ich darüber die grundlegenden Daten des Antriebs als digitalen Zwilling so ablegen kann, dass sie für weitere Aufgaben abruf- und nutzbar sind. Konkret etwa Angaben zum CO2-Footprint, die dann in die Zahlen für die komplette Maschine einfließen. Das kann dann sowohl Werte aus der Herstellung des Antriebs umfassen sowie solche aus dem Betrieb – solche Daten bereitzustellen, wird zunehmend wichtiger.

Security ist obligatorisch

KEM Konstruktion: Wie geht nexofox mit dem Thema der IT-Security um?

Weishaar: Ohne Berücksichtigung der IT-Security kann man heute keine Softwarelösungen anbieten – IT-Security ist für uns obligatorisch. Wir berücksichtigen das bereits bei der Entwicklung unserer Lösungen und setzen gängige Security-Mechanismen ein – etwa um Anomalien zu erkennen. Zudem bietet auch unsere Edge Software einen entsprechenden Zugriffsschutz und wir planen, uns entsprechend zertifizieren zu lassen, etwa nach IEC 27001.

KEM Konstruktion: Parallel zu den Antrieben von Dunkermotoren bauen Sie das Angebot von nexofox innerhalb der Gruppe ja auch mit Blick auf die Roboter und Anlagen von EGS Automation aus – wie sehen hier die weiteren Schritte aus?

Weishaar: Wir bauen uns natürlich nach und nach Know-how auf, das wir auch auf das Portfolio von EGS Automation anwenden können. Eine erste Demo wird es im Herbst geben, mit der wir zeigen, dass wir die Digitalisierung nicht nur auf der Ebene der Antriebe unterstützen können, sondern eben auch auf Maschinen- und Anlagenebene. Am Ende ist das aber auch immer eine Frage der konkreten Anwendung, weswegen wir das derzeit mit ersten Kunden von EGS zusammen untersuchen.

www.dunkermotoren.de

Weitere Informationen zu dem Angebot von nexofox

Dunkermotoren stellt auf der Hannover Messe 2022 aus in Halle 6, Stand F47



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