Das Konzept der dezentralen Intelligenz auf der Feldebene gewinnt durch das Industrial Internet of Things (IIoT) zunehmend an Bedeutung. Intelligente Sensorik nah am Aktor kommuniziert immer häufiger direkt, ohne Umweg über die Maschinensteuerung, mit übergeordneten IT-Systemen. Anwender erhalten so in Echtzeit „actionable insights“, konkrete Handlungsempfehlungen, für eine höhere Energieeffizienz, die Optimierung von Prozessen und eine verbesserte Verfügbarkeit durch Condition Monitoring für pneumatische Systeme.
Auch wenn die Cloud in Zukunft nahezu unbegrenzte Rechenkapazitäten zur Verfügung stellen soll und zunehmend Künstliche Intelligenz gewaltige Datenmengen sinnvoll verarbeiten kann, so bleibt für industrielle Anwender die entscheidende Herausforderung, die Betriebsdaten wirtschaftlich zu erfassen und auszuwerten. Schon jetzt senden Dutzende von I/Os Statusdaten an die Maschinensteuerung, in Zukunft werden er mehrere hundert sein. Eine Verarbeitung dieser Daten in der SPS der Maschinensteuerung bindet immer höhere Rechenkapazitäten, die dem Prozess fehlen können. Das gilt besonders für bereits installierte Maschinen, deren Steuerungen dafür nicht ausgelegt sind.
Die dezentrale Vorverarbeitung umgeht diesen Flaschenhals und erschließt das Domänenwissen der Technologiezulieferer. Die technologiespezifische Auswertung steigert die Relevanz und die Validität der Informationen. Sie werden parallel zur SPS-Steuerung direkt an übergeordnete IT-Systeme gesendet und können lokal ausgewertet werden. Darüber hinaus sollte aber immer noch die Möglichkeit bestehen, ausgewählte prozesskritische Informationen über Ethernet oder IO-Link direkt in der Steuerung zu verarbeiten.
Intelligenter Drucksensor gibt tiefe Einblicke
Ein Beispiel für die praktische Umsetzung dieses Ansatzes in der Pneumatik ist der Aventics AF2-Drucksensor von Emerson. Er überwacht den Luftverbrauch nah an den Aktoren und ermöglicht durch die interne Datenauswertung schnelles Eingreifen im Falle von Leckagen. Das senkt Energiekosten, verhindert Maschinenausfälle und erschließt zusätzliche Potenziale zur Prozessverbesserung.
Der modulare Aufbau des Sensors gewährleistet eine einfache Installation und die geringen Abmessungen ermöglichen den Einbau bei beengten Platzverhältnissen. Der AF2 kann sowohl in Wartungseinheiten integriert als auch unabhängig davon als Einzelkomponente eingesetzt werden. Er eignet sich für nahezu alle Standardanwendungen mit den Prozessmedien Druckluft, Stickstoff, Helium und Kohlenstoffoxid.
Direkt-Verbindung zu IT-Systemen
Der Sensor misst die Betriebsparameter Durchfluss, Druck, Temperatur des Mediums, Flussgeschwindigkeit, Massenstrom, Masse, Energie und Volumen. Ein OLED-Display ermöglicht die lokale Anzeige aller relevanten Betriebs- und Diagnosedaten. Der Drucksensor ist als NO- und NC-Version erhältlich. Analoge Ausgänge können mit einem Signal von 4 bis 20 mA geschaltet werden. Diese Signale werden von vielen Steuerungen direkt interpretiert. Eine weitere Kommunikationsmöglichkeit ist die digitale Punkt-zu-Punkt-Verbindung über IO-Link-Fähigkeit. Als Industrie 4.0 fähiger Sensor verfügt das Gerät außerdem über eine Ethernet-Schnittstelle. Sie stellt einen Webserver mit Dashboard bereit und kommuniziert über OPC UA und MQTT parallel zur SPS-Steuerung mit übergeordneten IT-Systemen on Edge und in der Cloud. Die bereits integrierten weltweit akzeptierten Standardprotokolle verringern den Inbetriebnahmeaufwand erheblich und vereinfachen die Nachrüstung in bereits installierte Maschinen und Anlagen.
Das Gerät erfasst den Durchfluss und den Druckluftverbrauch in einem pneumatischen System und sendet bei Überschreitung der voreingestellten Werte ein Signal an die Steuerung oder an IT-Systeme. Das hilft dem Anwender, schnell zu reagieren und Energieverluste zu verringern. Immerhin liegt der Anteil der Energiestückkosten am Bruttoproduktionswert bei zwei bis drei Prozent. Mehr noch, durch die deutlich gesteigerte Energieeffizienz verringern Anwender ihre CO2-Emissionenen und tragen zum Erreichen ihrer Klimazielen bei.
Trendanalysen zeigen schleichende Veränderungen
Die integrierte Historie mit den Intervallen 60 Minuten, 24 Stunden und sieben Tage sowie statistische Auswertungen der Minimal-, Maximal- und Durchschnittswerte in diesen Perioden zeigen Trends auf. Dadurch erkennen Anwender auch kleine, schleichende Veränderungen der Prozessparameter. Sie wandelt der AF2-Drucksensor Daten bereits dezentral in nutzbare Informationen um.
Aus den Trendanalysen können Anwender neben entstehenden Leckagen in einem sehr frühen Stadium auch sich anbahnenden Verschleiß ableiten. Mit diesem Condition Monitoring vermeiden sie Überraschungen und Maschinenstillstände, weil sie zustandsorientiert Wartungsmaßnahmen und Komponententausch gezielt in Produktionspausen verlegen und damit die Verfügbarkeit des Gesamtsystems steigern. So zeigt eine Erhöhung der Medien-Temperatur beispielsweise eine verstärkte Reibung an.
Darüber hinaus eröffnen die Daten und Informationen auch Potenziale zur Qualitätsüberwachung und der Prozessoptimierung. Anwender können jeder einzelnen Pneumatikbewegung die entsprechenden Prozessparameter zuordnen und damit die Rückverfolgbarkeit weiter perfektionieren. Zusätzlich können sie kontinuierlich die Performance gleichartiger Pneumatiksysteme transparent miteinander vergleichen. Das ist die Basis für das Erkennen von Abweichungen in den einzelnen Systemen und eine Chance, die Prozessparameter mit der besten Performance auf alle Systeme zu übertragen.
Fazit
Intelligente Sensoren wie die Serie Aventics AF2 erschließen Anwendern mit geringem Aufwand die Vorteile von Industrie 4.0. Sie können auf Basis von actionable insights datenbasiert die Energieeffizienz steigern, Verschleiß erkennen, bevor er zu einem Maschinenstillstand führt und ihre Prozesse kontinuierlich optimieren.
