Condition Monitoring leicht gemacht – mit IO-Link

Condition Monitoring gilt als hochkomplex und immer mit hohen Investitionen verbunden. Nicht so mit IO-Link. Wie Sie mit IO-Link ein von der Maschinensteuerung unabhängiges Monitoring-Netzwerk leicht aufbauen können, ist Thema dieses Beitrags. In anderen Worten: Hier erhalten Sie Ihr „Condition Monitoring Starter-Kit“.

Was ist Condition Monitoring?

Bevor es darum geht, wie Sie ein grundlegendes Condition Monitoring-System in Ihrer Produktion aufbauen können, ist zu klären, was Condition Monitoring ist und wie es funktioniert.

Definition

Eine allgemein gültige, verständliche Definition von Condition Monitoring bietet das Onlinelexikon des Elektronik Kompendium:

“Condition Monitoring bedeutet entweder kontinuierliche Zustandsüberwachung oder zustandsorientierte Instandhaltung. Ziel ist es, Zustände von Maschinen und Abläufen kontinuierlich zu erfassen, zu übertragen und auszuwerten. Dabei werden laufend Daten erzeugt, verarbeitet und übertragen. In größeren Condition Monitoring-Systemen (CMS) müssen Daten global übertragen und zusammengeführt werden, was eine entsprechende Bandbreite voraussetzt.”

Die Übertragung großer Datenmengen ist eine Herausforderung, die innovative Lösungen braucht. Vielversprechend ist in dieser Hinsicht das neue 5G-Netzwerk, das in den nächsten Jahren in Deutschland (besonders) für das Industrial Internet of Things (IIOT) aufgebaut werden soll. Den Fortschritt dieses Vorhabens verfolge ich mit Spannung. Aber zurück zum Thema…

Was unterscheidet Condition Monitoring von herkömmlichen Methoden?

Herkömmliche Inspektionen an Maschinen und Anlagen finden in regelmäßigen Zeitabständen statt. Das bedeutet, eine Inspektion findet statt, obwohl eigentlich (noch) keine notwendig ist. Im umgekehrten Fall wäre eine Inspektion notwendig, doch mangels Kenntnis über den Zustand der Anlage wird sie nicht durchgeführt. Mit dieser Methode können weder langfristige Entwicklungen noch kurzfristige oder vorübergehende Ereignisse erfasst werden.

Condition Monitoring hingegen erfasst Zustandsinformationen ständig und in Echtzeit. Es erlaubt das Aufzeichnen und die lückenlose Dokumentation von langfristigen und auch sprunghaften sowie transienten Zustandsänderungen. Eventuelle Ausfälle lassen sich frühzeitig erkennen und die Kosten gegenüber länger ausfallenden Anlagen reduzieren.

Klassische Messgrößen des Condition Monitoring sind Temperatur, Schwingung, Lage, Füllstand, Feuchtigkeit, Frequenz.

Condition Monitoring erlaubt die Wartung während des Betriebs einer Anlage, indem der Zustand der Anlage permanent überwacht wird. Dadurch, dass man Abschaltzeiten („Downtime“) minimiert, Personal bedarfsgerecht und gezielter einsetzen kann, werden in erheblichem Umfang Kosten eingespart.

Open Source versus proprietäre Software

CMS können auf verschiedene Weise umgesetzt werden. Diese Lösungen lassen sich unterscheiden in proprietäre Lösungen, also an ein System oder einen Hersteller gebunden, und in Open-Source-Lösungen. Letztere ermöglichen die Zusammenstellung von Hard- und Software unterschiedlicher Anbieter. Vorteile dieser Open-Source-Lösungen sind skalierbare Konzepte, die große Auswahl an Herstellern und Komponenten sowie geringere Lizenzgebühren.

Der Kommunikationsstandard IO-Link unterstützt Open-Source-Lösungen. Mit IO-Link können unterschiedliche Prozessdaten aus der Sensorebene zur Auswerteeinheit transportiert werden.

Vom Sensor bis zur Visualisierung – Komponenten eines Condition Monitoring Starter-Kits

Wie einfach Sie ein CM-System für Industrieanwendungen zusammenstellen können, demonstrieren wir an folgenden Komponenten. Kernstück ist der IO-Link-Master, über den sich ein von Maschinensteuerung unabhängiges Monitoring-Netzwerk aufbauen lässt. Dieser liefert Daten aus der unteren Feldebene an das Gateway Ihrer Wahl und ermöglicht Ihnen so ein verlässliches Condition Monitoring. Setzen Sie zusätzlich intelligente Sensorik ein, erhalten Sie durch kontinuierliche Diagnosen noch detailliertere Ergebnisse.

  1. Netzteil
    • Intelligente Heartbeat®-Netzgeräte von Balluff mit IO-Link-Schnittstelle errechnen anhand von Belastung und Laufzeit ihre Lebensdauer, die an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Anhand dieser Lebensdauer kann ein Netzteil zur richtigen Zeit ausgetauscht werden. Spannung und Strom sind ebenfalls über IO-Link auslesbar und können Rückschlüsse auf den Zustand angeschlossener Aktoren liefern.
  2. Sensorik
    • Durchflusssensoren: Sensoren wie der thermische Durchflusswächter BFF0001 erkennen eine nachlassende Pumpenleistung oder einen sich zusetzenden Filter. Dieser kann ab einem bestimmten Wert gezielt gereinigt oder ausgetauscht werden.
    • Drucksensoren: Sie erkennen die Leckage an Leitungen, erfassen somit einen Verlust von Flüssigkeit und ermöglichen die gezielte Wartung.
    • Temperatursensoren: Die Sensoren erfassen kontinuierlich die Temperatur beispielsweise eines Motors. Weichen die gemessenen Temperaturen von der vorgeschriebenen Betriebstemperatur ab, können Gegenmaßnahmen getroffen werden, die einen Maschinenstillstand verhindern.
    • Sensorik mit Selbstdiagnose: Der optoelektronische Multifunktionssensor BOS 21M ADCAP  beispielsweise erfasst Betriebszustände, sammelt und verarbeitet Informationen und liefert über IO-Link weit mehr Daten als nur das reine Schaltsignal. Er erkennt dank eingebauter Diagnosefunktion Unregelmäßigkeiten wie Verschmutzung oder Frequenzunregelmäßigkeiten frühzeitig.
  3. Feldbus-Modul
    • Netzwerk-Module, wie der Balluff IO-Link-Master mit Profinet und Ethernet/IP, sammeln die Signale der Feldebene. Über den integrierten Webserver des Balluff Masters können die Daten mit jedem Rechner im verbundenen Netzwerk ausgetauscht werden.
  4. Gateway-Hardware
    • Raspberry Pi o.ä.: Ein handelsüblicher Raspberry-Pi empfängt die Daten der Auswerteeinheit und verwertet diese weiter. Auf der Recheneinheit können mithilfe von Software die empfangenen Daten visualisiert und archiviert werden. Außerdem können Sensoren und Aktoren angesteuert und parametriert werden.
    • Windows-PC: Ebenso möglich ist die Anbindung an einen Personal Computer mit Windows Betriebssystem. Vorteil: Die bekannte Microsoft-Umgebung mit Programmen wie MS Excel.
    • Server (virtuelle Maschine): Vorhandene Server können ebenfalls als Gateway genutzt werden, sie lassen einen Zugriff aus dem ganzen Netzwerk zu.
  5. Datenverarbeitung und -visualisierung
    • NodeRed (Software): Das webbasierte Programmierwerkzeug erledigt Datenverarbeitung und -visualisierung in einem. Mit dem Vorteil, dass viele Schnittstellen zu Cloudservices, Datenbanken, Hardware, OPCUA und vielen weiteren APIs bedient werden. Das grafische Entwicklungswerkzeug ermöglicht es, individuelle Dashboards nach dem Baukastenprinzip aufzubauen. NodeRed ist zudem eine Open-Source-Software, für die keine Lizenzgebühren anfallen. Der NodeRed-Server kann beispielsweise auf einem Raspberry Pi gestartet werden.
    • Microsoft Excel/Microsoft Power BI (Software): Mit dem wohl bekanntesten Kalkulationsprogramm Excel lassen sich einfache Dashboards entwerfen. Mit Power Query können Daten vom IO-Link-Master empfangen/angefordert werden. Mit Power BI hingegen lassen sich professionelle Dashboards entwerfen.
  6. Signalleuchte (Hardware)
    • Die Signalleuchte Balluff SmartLight ist via IO-Link parametrierbar und eignet sich dank ihrer verschiedener Modi hervorragend zur Visualisierung von Zuständen.

 

Visualisierung von Produktionsprozessen

 

Zustandsüberwachung und Visualisierung kompakt im Demonstrations-Koffer

Eigene Condition Monitoring Applikation bauen

Für den leichten Einstieg ins Condition Monitoring stellen wir Ihnen zusätzlich ein Video zur Verfügung. Sehen Sie hier, wie leicht Sie mit IO-Link-Komponenten und einem Windows-basierten Rechner eine kontinuierliche Zustandsüberwachung via Microsoft Excel aufbauen können. Programmierkenntnisse sind dafür nicht notwendig.

 

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=u8h6nW9d40A]

 

Wie setzen Sie Condition Monitoring in Ihrem Unternehmen um?
Welche Erfahrungen haben Sie bereits gemacht? Schreiben Sie mir gerne Ihre Meinung und Berichte in die Kommentare.

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