SAMS – Das Smart Automation und Monitoring System

Wie kommt das SAMS in die Fabrik und welche Wunschpunkte bringt es mit? 

Es war einmal ein optischer Sensor, der als zusätzliches Feature eine Verschmutzungsanzeige hatte…

Wenn das Fenster eines optischen Sensors durch äußere Einflüsse verschmutzt ist, „sieht“ der optische Sensor nicht mehr so gut und die Funktion kann beeinträchtigt werden. Im schlimmsten Fall fällt der Sensor plötzlich aus, da er ja zuvor versucht die Verschmutzung der Scheibe durch eine höhere Verstärkung der Signale bis zu einem bestimmten Limit auszugleichen. 

Ein Ausfall des Sensors während des Betriebs durch Verschmutzung oder Staub, kann natürlich durch eine regelmäßige Reinigung verhindert werden. Eine solche regelmäßige geplante Reinigung nennt man dann vorbeugende Instandhaltung.
Dies ist jedoch mit Aufwand verbunden und muss zu einem Zeitpunkt des geplanten Stillstands geschehen. Nicht immer sind die Umstände so, dass die Verschmutzung dann auch den erlaubten Grad erreicht. Dies ist z.B. abhängig von der Laufzeit der Anlage und dem verarbeitetem Material.

Deshalb wurde ein Sensor entwickelt, der selbständig eine Verschmutzung seiner Linse erkennen konnte und ab einem gewissen Verschmutzungsgrad ein Signal generiert. Dann wurde der Benutzer durch die Steuerung informiert, dass eine Reinigung notwendig ist, bevor der Sensor auf Grund der Beeinträchtigung nicht mehr korrekt funktioniert. Hier kann man bereits von zustandsbasierter Instandhaltung sprechen.

Schritt für Schritt zum Condition Monitoring

Es gibt jedoch auch viele weitere Einflüsse, im einfachsten Fall wird ein Sensor oder dessen Montageplatte durch äußere Einwirkung verstellt oder die Halterung verbogen. Dies kann der Sensor in der Regel selbst nicht erkennen. 
Hier wäre z.B. ein eingebauter Neigungssensor hilfreich, um eine solche Bewegung zu erkennen. Vor allem sind Daten wie Vibrationen aber auch Temperaturen sehr gut geeignet um Rückmeldung über den momentanen Anlagenzustand zu geben.

Um Sensoren mit genau solcher erweiterter Funktionalität geht es beim SAMS-System (Smart Automation & Monitoring System).

Hinter der Abkürzung SAMS versteckt sich bei Balluff zwar keine Figur mit Wunschpunkten wie bei dem kleinen Wesen aus dem bekannten Kinderbuch, aber einige Wünsche und Anforderungen von Maschinenbauern und Anwendern in der smarten Produktion können damit schon erfüllt werden. Weniger Maschinenstillstand und ein verbesserter OEE würde auch Herrn Taschenbier bestimmt begeistern

Steigerung der Overall Equipment Effektivität (OEE)

Was versteht man unter einem Smart Automation und Monitoring System?

In der Balluff Dokumentation steht dazu unter Anderem: 

„Das Smart Automation and Monitoring System (SAMS) steht für die umfassende Automatisierungsphilosophie von Balluff.
Durch sein einheitliches und standardisiertes Bedien- und Konfigurationskonzept gehören lange Inbetriebnahmezeiten, hohe Schulungsaufwände sowie eine zeitaufwendige Fehlersuche bei unerwartetem Geräteausfall, der Vergangenheit an. 
Ergänzend zu Prozess- und Zustandsdaten liefern Ihnen unsere intelligenten Komponenten wertvolle einheitliche Diagnosedaten. 
Damit eröffnen sie Ihnen völlig neue Möglichkeiten – von der Zustandsüberwachung der Maschinen und Anlagen (Condition Monitoring) über die zustandsbasierte/vorausschauende Wartung (condition-based/predictive maintenance) bis hin zu ganz neuen Geschäftsmodellen.“ 

Das innovative Smart Automation & Monitoring System für optimale Performance 

Die Effizienz von Maschinen und Anlagen zu steigern setzt leistungsstarke, multifunktionale Lösungen voraus, die neben der Maschinensteuerung auch Daten zum Maschinenzustand liefern. Mit daraus gewonnenen Condition Monitoring Informationen lässt sich die Performance jeder Maschine und damit der gesamten Anlage optimieren, sodass Sie Abläufe effizient und flexibel gestalten können.  

• Eine Steigerung des OEE (Overall Equipment Efficiency) und damit verbundener Kosteneinsparung 

• Reduzierung von sowohl geplanten als auch ungeplanten Anlagenstillständen

• Zustandsorientierte bzw. vorausschauende Wartung 

Bei der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) handelt es sich im Gegensatz zur zustandsbasierten Wartung um die Erweiterung um einen weiteren Schritt.
Mit Hilfe der gewonnenen Daten über den aktuellen Zustand einer Anlage und aus früheren Ereignissen, werden mittels industrieller IoT Lern-Algorithmen genutzt, um auftretende Ereignisse wie z.B. der Ausfall von Anlagenteilen vorherzusagen. Damit werden aus vorsorglichen Maßnahmen und ungeplanten Ereignissen beherrschbare und planbare Wartungsaktivitäten mit entsprechen geringeren Kosten. Maschinenschäden können so vermieden werden.

Smarte Sensoren mit Zusatznutzen für das Condition Monitoring

Um mit wenig Aufwand möglichst umfassende Daten über eine Anlage zu gewinnen, bieten sich smarte Sensoren wie sie das SAMS Sensor-Portfolio bietet an. Sensoren die zur Steuerung einer Maschine eingesetzt werden sind an verschiedenen Stellen montiert und verdrahtet. Daraus zusätzliche Informationen zu gewinnen ist mit geringem Aufwand möglich. Mit IO-Link können diese zusätzlichen Daten ohne weiteren Hardwareaufwand einfach über die bereits vorhandenen Leitungen an die Steuerung oder eine übergeordnetes System übertragen werden.

Mehr Informationen zu den Smart Sensor Funktionen in diesem Beitrag

Natürlich können an weiteren prädestinierten Stellen zusätzliche Sensoren angebracht werden, wie zum Beispiel dieser Condition Monitoring Sensor, der neben Vibrationen auch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck erfasst.

Ursprünglich wurde das Balluff SAMS-System für den Einsatz in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie geplant, findet jedoch mittlerweile in weiten Teilen der Automatisierungstechnik seine Anwendung.

Mehr Effizienz und Effektivität mit dem SAMS System

Nachfolgend sind einige Antworten auf Fragen die öfters zum Smart Automation und Monitoring System gestellt werden als FAQ zusammengefasst:

FAQs – Was Sie schon immer über SAMS wissen wollten…

1. Ist SAMS ausschließlich für die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie einsetzbar?
   NEIN!! Die Funktionalitäten und Zusatzinformationen im SAMS System sind für ALLE Industrien einsetzbar. Reduzierung der Stillstandzeiten und hierüber die Verbesserung der Effektivität von Maschinen und Anlagen ist ein Industrieübergreifendes Thema. Dass einige SAMS Komponenten im Washdown-Gehäuse realisiert wurden heißt, dass sie besonders gut im Reinigungsumfeld eingesetzt werden können, aber nicht ausschließlich.
   
2. Brauche ich für SAMS immer einen IO-Link Master?
   NEIN!! Alle SAMS Devices lassen sich auch in den SIO- (Standard Input/Output) Modus versetzen und können somit auch in Topologien ohne IO-Link verwendet werden. Grundsätzlich wird noch nicht einmal ein Feldbus-System benötigt. Die SAMS Geräte können alle auch direkt z.B. an E/A Karten einer SPS angeschlossen werden.
   
3. Kann ich auch ohne IO-Link Kommunikation die Zusatzfunktionen der SAMS Geräte nutzen?
   JA!! Konfiguriert wird zwar immer über eine IO-Link Einheit (z.B. USB Master), damit kann jedoch der Pin 4 des SAMS Gerätes in den SIO Modus geschaltet werden und eventuelle Zusatzinformationen wie Alarme zur Vibration, Neigung, Signalqualität usw. können auf den Pin 2 digital ausgegeben werden. Falls tatsächliche Werte benötigt werden (Neigungswert, Signalqualität, usw.) können diese auch analog über den Pin 2 ausgegeben werden.
   
4. Aber dann kann ich ja nur noch eine Zusatzinformation über den Pin 2 ausgeben, oder?
   NEIN!! Über die integrierten Logik-Blöcke in jedem SAMS Gerät können sämtliche im Gerät verfügbaren Informationen über Boolsche Verknüpfungen (AND, OR, NOR,XOR) miteinander verschaltet und damit neue Informationen erzeugt werden.
   
5. Kann ich außer dem neuen Washdown IO-Link Master auch andere IO-Link Master verwenden?
   JA!! Der neue Washdown Master (BNI00EK) bietet zwar zusätzliche Condition Monitoring Funktionen und eine sehr hilfreiche Visualisierung der CM Werte der angeschlossenen SAMS Geräte im Web-Server, ist aber nicht zwingend zum Betrieb eines SAMS Systems notwendig. Alle SAMS Geräte sind 100%ige IO-Link Devices und folgen uneingeschränkt der IO-Link Spezifikation. Damit ist gewährleistet, dass die SAMS Geräte mit jedem im Markt verfügbaren IO-Link Master betrieben werden können. Also auch mit allen anderen IO-Link Mastern aus dem Balluff Programm.
   
6. Können auch andere Geräte zusammen mit SAMS verwendet werden?
   JA!! Es kann eine Topologie aus SAMS-Geräten, Standard-IO-Link Geräten und auch Geräten ohne IO-Link Schnittstelle aufgebaut werden. Auch Fremdgeräte von anderen Herstellern sind hier ebenfalls möglich. Die Standard-IO-Link-Geräte von Balluff oder auch Wettbewerbern liefern natürlich keine Zusatzinformationen (Vibration, Signalqualität, …) und haben auch nicht die zusätzlichen Funktionen (Ping, Logik-Blöcke, …) an Bord. Genauso wie die Geräte, die ganz ohne IO-Link Schnittstelle ausgestattet sind. Trotzdem können diese Geräte in einer gemeinsamen Topologie auch mit SAMS Geräten betrieben werden.
   
7. Brauche ich für SAMS immer auch eine SAMS Software?
   NEIN!! Eine SAMS Software in dieser Form gibt es gar nicht. In Verbindung mit SAMS, aber auch mit den Standard-IO-Link-Lösungen von Balluff, wird immer das Balluff Engineering Tool (BET) beworben. Dies ist ein äußerst leistungsstarkes Werkzeug, um IO-Link Geräte zu konfigurieren und zu diagnostizieren. Das BET ist aber nicht ausschließlich nur für SAMS Geräte verwendbar und auch nicht zwingend zum Betrieb der Geräte notwendig. Parametrierung, Diagnose und Konfiguration von IO-Link Geräten (also auch SAMS) kann, wie gewöhnlich, auch über andere Werkzeuge erfolgen. Z.B. innerhalb der übergeordneten SPS mithilfe von Funktionsbausteinen oder der GSD Datei des IO-Link Masters, oder auch innerhalb des integrierten Web-Servers z.B. eines Balluff IO-Link Masters.
   
8. Ohne eine Visualisierung macht doch SAMS garkeinen Sinn, oder?
   Auch ohne dass Balluff eine Visualisierungslösung anbietet, entfaltet das SAMS seine komplette Leistungsfähigkeit. Das SAMS ist zunächst der Datengenerator für alle übergeordneten IIoT Aufgaben. Alle Informationen, die im IIoT Umfeld visualisiert, analysiert und ausgewertet werden müssen zunächst erst einmal erzeugt werden.
   Genau das ist eine der Kernaufgaben des SAMS. Anwender, die bereits über eine übergeordnete IIoT Plattform verfügen, können diese Daten direkt über die integrierte REST-API-Schnittstelle im IO-Link Master nutzen. Visualisierungen können auch sehr leicht mit offenen Werkzeugen wie NODE-RED erstellt werden. Außerdem können die SAMS Devices auch am CMTK (Condition-Monitoring-Tool-Kit) betrieben und darüber die Werte direkt visualisiert werden.
   
9. Ersetzen die SAMS Produkte nun den Condition Monitoring Sensor BCM?
   NEIN!! Die Idee hinter dem SAMS ist, eine Basisinformation der Maschinensituation an jeder beliebigen Stelle der Maschine zu erzeugen. Wenn an einer bestimmten Stelle zusätzlich zur eigentlichen Automatisierungsaufgabe, wie z.B. dem Erkennen von Objekten, noch eine oder mehrere Zusatzinformationen benötigt werden, kann dies mit der Komponente realisiert werden, die sowieso an dieser Stelle, eben zur Objekterkennung, eingesetzt wird. Z.B. einem optischen Sensor. Die Informationen sind jedoch eher grundlegender Art wie z.B. Vibration überschreitet einen festgelegten Grenzwert, Signalqualität unterschreitet ein bestimmtes Maß oder Feuchtigkeit in der Komponente wurde detektiert. Wenn genauere Informationen wie z.B. Vibrationsausrichtung in verschiedenen Achsen oder Analysen notwendig sind, ist z.B. der BCM die bessere Wahl. Auch für eine Nachrüstung an bestehenden Anlagen, um Condition Monitoring Informationen zu erzeugen, ist der BCM sicher die bessere Lösung.
   
10. Sind in den SAMS Geräten nicht viel zu viele Funktionen enthalten?
    NEIN!! Alle Zusatzinformationen und Zusatzfunktionen sind Optionen in den Geräten, die genutzt werden können, aber nicht zwingend verwendet werden müssen. Der Anwender kann speziell auf seine Anforderungen zugeschnitten die Funktionen auswählen, die für seine Automatisierung notwendig sind. Hierbei braucht er sich überhaupt keine Gedanken darüber machen, welche Komponente er für welche Zusatzinformationen benötigt, da der SAMS-Gedanke besagt, dass alle Informationen und Funktionen einheitlich in allen Geräten verfügbar sind.
    
11. Sind die SAMS Komponenten nicht viel zu teuer?
    NEIN!! Gemessen an der unglaublichen Masse an Information und Funktion ist der Preis der Komponenten eher niedrig angesiedelt. Für die Preisfindung wurden Produkte der Wettbewerber mit der höchstmöglichen Funktionalität als Vergleich herangezogen. Die SAMS Produkte wurden preislich im gleichen Rahmen angesiedelt, obwohl die Funktion und Zusatzdaten um ein Vielfaches höher liegen als in den Wettbewerbsprodukten.
    
12. Wie viele SAMS Geräte gibt es schon und welche sind noch geplant?
    Stand heute sind eine Reihe von optischen und induktiven Sensoren verfügbar, sowie der Washdown Master, Analog-Hubs, Digital Position Indicator und eine Reihe von RFID Schreib-/Leseköpfen. In Kürze erwarten wir noch die digitalen E/A-Hubs und eine kapazitive Tauchsonde mit SAMS Funktionalität. Weitere optische und induktive Sensoren sowie ein BIC System und auch Prozess-Instrumente zur Durchfluss- oder Temperaturmessung sind in Planung.
    
13. Werden in Zukunft weitere SAMS Geräte erhältlich sein?
    SAMS ist eine Ideologie, eine Automatisierungsphilosophie! Um übergreifend und komplett Automatisierungslösungen auf der Basis von IIoT support und Effizienzsteigerung anbieten zu können muss das SAMS System zum Standard Balluff Portfolio gehören und somit auch in Zukunft mehr und mehr Lösungen für diese Art von Anwendungen bereitstellen.
    
14. Gibt es vergleichbare Systeme vom Wettbewerb?
    NEIN!!! Auf dem gesamten Markt ist momentan kein vergleichbares System vorhanden.
    Es wird zwar mit Schlagworten wie „Digital Transformation“ oder „IIoT Plattform“ geworben, bei genauem Hinsehen stellt man fest, dass die Komponenten nur einen Bruchteil der Funktionen mitbringen, die im SAMS verfügbar sind.
    
15. Wie steht die IO-Link Community zu dem Thema SAMS?
    Es ist zu erwarten, dass in Zukunft weitere Anbieter solche leistungsstarken Systeme anbieten werden.
    Im IO-Link Konsortium wird bereits die Notwendigkeit eines möglichen Condition-Monitoring-Profils diskutiert, um die Abbildung der Zusatzinformationen innerhalb eines Devices für den Anwender einheitlich zu gestalten.
    

Ein weiterer Beitrag in diesem Blog beschäftigt sich mit den Smart-Sensor Funktionen des SAMS

Eine aktuelle Übersicht über das SAMS System gibt es auch in diesem Video der Fachpressetage 2023 in Stutensee.

Mehr zum Thema Smart Automation und Monitoring System und Condtion Monitoring auf unserer Balluff-Homepage. Wenn Sie weitere Fragen haben kontaktieren Sie mich gerne