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Der Realität ganz nah

01 Das Applikationstestfeld bei Nord Drivesystems besteht aus einem Förderband-Oval mit Steigung und Gefälle sowie einer Bypass-Strecke mit Ein- und Ausschleusungsweichen zur Hauptstrecke. Über Drehgeber und Lichtschranken erhalten die Experten tiefere Einblicke in das tatsächliche Verhalten der Antriebe im Praxisbetrieb

01 Das Applikationstestfeld bei Nord Drivesystems besteht aus einem Förderband-Oval mit Steigung und Gefälle sowie einer Bypass-Strecke mit Ein- und Ausschleusungsweichen zur Hauptstrecke. Über Drehgeber und Lichtschranken erhalten die Experten tiefere Einblicke in das tatsächliche Verhalten der Antriebe im Praxisbetrieb

02 Die Zustands- und Betriebsdaten der Beispielanlage lassen sich in der Cloud analysieren, auswerten und in einer webbasierten Browserdarstellung übersichtlich visualisieren, sodass Aktivität, Zustandsdaten und Fehlermeldungen der Antriebe sichtbar werden

02 Die Zustands- und Betriebsdaten der Beispielanlage lassen sich in der Cloud analysieren, auswerten und in einer webbasierten Browserdarstellung übersichtlich visualisieren, sodass Aktivität, Zustandsdaten und Fehlermeldungen der Antriebe sichtbar werden

03 Intralogistiklösungen, wie der Feldverteiler Nordac Link, können wichtige Zustandsdaten des Antriebs für vorbeugende Wartungskonzepte in eine Cloud übertragen

03 Intralogistiklösungen, wie der Feldverteiler Nordac Link, können wichtige Zustandsdaten des Antriebs für vorbeugende Wartungskonzepte in eine Cloud übertragen

Förderstrecken in großen Intralogistik-Anlagen wie Paketzentren oder der Gepäckabfertigung von Flughäfen erstrecken sich oft über mehrere Kilometer. In solchen komplexen Anlagen sorgen Hunderte von Getriebemotoren für Bewegung. Um genauere Erkenntnisse über das Betriebsverhalten sowie die Steuerung der Antriebstechnik in solchen Applikationen zu gewinnen und neue Produkte und Technologien zu testen, hat Getriebebau Nord am Standort Bargteheide ein spezielles Testfeld eingerichtet.

Wie verhält sich ein Getriebemotor im Praxisbetrieb? Welche Rückschlüsse lassen sich aus den Betriebsdaten eines Frequenzumrichters für die Lebensdauer sowie die Wartung eines Antriebes ziehen? Wo müssen an einem neuen Antriebskonzept noch Optimierungen vorgenommen werden? Antworten auf diese Fragen sucht Getriebebau Nord am hauseigenen Applikationstestfeld (Bild 1). Es besteht aus einem Förderband-Oval mit Steigung und Gefälle sowie einer Bypass-Strecke mit Weichen zum Ein- und Ausschleusen zur Hauptstrecke. Angetrieben werden die einzelnen Förderbänder der Strecke mit verschiedenen Getriebemotoren und Frequenzumrichtern von Nord. Die 15 Antriebe sind über Standardschnittstellen vernetzt und lassen sich webbasiert überwachen. Die Ansteuerung der Frequenzumrichter und Motorstarter erfolgt über Profinet, wobei die Antriebstechnik von Getriebebau Nord aber auch alle anderen üblichen Bussysteme beherrscht.
Antriebsdaten in der Cloud
Die Antriebe des Applikationstestfeldes versenden ihre Zustandsdaten, wie Stromaufnahme, Drehzahl und Spannung, regelmäßig mit dem Kommunikationsprotokoll UDP auf der Busleitung, ohne die Steuerungskommunikation zu beeinträchtigen. Um das Datenvolumen gering zu halten, werden nur die Werte verschickt, die sich seit der letzten Übermittlung verändert haben. Die Anlagensteuerung überträgt die Zustandsdaten über ein Internet-Gateway in eine sichere Cloud, wo sie für die weitere Analyse und Auswertung zur Verfügung stehen (Bild 2). Über einen Browser lassen sich Fehlerzustände oder eine Überlastung der Antriebe visualisieren und erkennen. Darüber hinaus ist es möglich, die Zustandsdaten für Energiemanagement und Fernwartung auszuwerten.
Ein wichtiges Ziel des Testfelds ist es, auch für kleinere Getriebemotoren, die in Intralogistik-Installationen in großer Zahl verbaut sind, wirtschaftliche Konzepte für netzbasiertes Condition Monitoring und Predictive Maintenance zu entwickeln und anzubieten (Bild 3). Zusätzliche reale Sensoren für das Condition Monitoring, wie sie in Industriegetrieben zum Einsatz kommen, sind in diesen Anlagen oft zu kostenintensiv. Durch virtuelle Sensorik, also eine Vorverarbeitung der internen Zustandswerte lässt sich beispielsweise ohne einen Temperatursensor die Öllebensdauer für eine vorausschauende Wartung sensorlos ermitteln. Nord arbeitet intensiv an Lösungen zur Zustandsüberwachung mithilfe virtueller Sensorik und nutzt dazu alle Möglichkeiten des Applikationstestfeldes.
Qualifizierte Einblicke gewinnen
Weitere Applikationsdaten wie die Daten angeschlossener Sensoren und Aktoren können jederzeit in die Cloud gespeist werden. Unter anderem hat Nord die Antriebe im Testfeld mit Drehgebern ausgestattet, um tiefere Einblicke in das tatsächliche Verhalten der Antriebe zu erhalten. Beim Einschleusen eines kiloschweren Objekts auf ein laufendes Band ist Dynamik gefragt, um das erforderliche Drehmoment zu erreichen. Anhand der Drehgeber kann zum Beispiel ermittelt werden, ob die Getriebemotoren die vorgesehene Beschleunigung auch in der Realität und bei größeren Lasten auf den Förderbändern erreichen und die Vorgaben und Kundenanforderungen tatsächlich erfüllen. Gleichzeitig ermittelt Nord Zusammenhänge und Abhängigkeiten von Umgebungsbedingungen im realen Einsatz, die man bei einem reinen Prüfstandsbetrieb mit standardisierten Bedingungen nicht erhält – wertvolles Know-how für die Beratung, Fehlerbehebung und Wartung beim Kunden.
Soll- und Ist-Abgleich per Algorithmus
Über Lichtschranken an den Förderbändern des Applikationstestfeldes erkennt der Frequenzumrichter für sein Band, ob eine Last darauf liegt. Ist keine Last vorhanden, so misst er die elektrischen Daten und vergleicht diese Werte mit einem Referenzwert. Ist dieser überschritten, erkennt der Umrichter, dass sich am mechanischen System etwas verändert hat. Das kann durch stärkere Reibung, Verschleiß, ein beschädigtes Lager oder Getriebe sowie eingeklemmte Fremdkörper geschehen. Mit dem Abgleich zwischen virtuell ermittelten Zustandsdaten und realen Messwerten ist es möglich, mathematische Zusammenhänge der Anlage abzuleiten sowie Algorithmen für die Datenauswertung zu validieren und zu verbessern. Auch die Beanspruchung der Antriebe durch Dauerlauf oder häufiges Anlaufen und Bremsen kann ermittelt werden. Die Frage, welche Aussagen man mithilfe von Algorithmen aus den Messwerten ableiten kann und wie sich diese für Predictive Maintenance nutzen lassen, erprobt Getriebebau Nord zusammen mit Pilotkunden in der Praxis.
Förderaufgaben realitätsnah simulieren
Das Ziel ist es die Normalwerte für den Strom und die Last in einer Lernphase an der Kundeninstallation zu ermitteln. Im späteren Betrieb sollen Algorithmen überwachen, ob alle Betriebsparameter im Normalbereich sind. Rechenmodelle, die mithilfe des Applikationstestfeldes erstellt wurden, helfen Nord außerdem bei der Planung der Kundenprojekte: Anhand eines mathematischen Modells können die Eigenschaften eines Förderbands modelliert werden. Parameter wie die Bandreibung oder die Trägheit des Bandes sind bekannt. Zusammen mit den Werten aus den Praxisversuchen im Applikationstestfeld lässt sich eine Förderanlage hinreichend genau simulieren, um dem Kunden Auslegungsempfehlungen für Intralogistikprojekte zu erstellen – viel genauer, als sie bei reiner Kenntnis der geplanten Leistungsparameter möglich wäre. Zudem vermeidet man so teure Überdimensionierungen. Natürlich dient das Testfeld auch als anschauliche Demonstrationsanlage zum Thema Industrie 4.0. Dank der Cloudanbindung kann das Applikationstestfeld auch weltweit auf Messen und bei Vor-Ort-Terminen vorgeführt werden. (no)

Dr. Omar Sadi ist Technischer Geschäftsführer der Getriebebau Nord GmbH & Co. KG in Bargteheide. info@nord.com

Dr. Omar Sadi ist Technischer Geschäftsführer der Getriebebau Nord GmbH & Co. KG in Bargteheide. info@nord.com