In der Druckluftstation kommunizieren die einzelnen Komponenten zur Drucklufterzeugung mit der übergeordneten Steuerung.

Bild: Kaeser Kompressoren

Erweiterte Möglichkeiten der Drucklufttechnik Druckluft fit für Industrie 4.0

23.08.2018

Druckluft ist einer der wichtigsten Energieträger in der produzierenden Industrie. Häufig wird sie aber nach wie vor nicht energetisch optimal und effizient eingesetzt. Der Einzug von Industrie 4.0 ermöglicht nicht nur eine Echtzeitüberwachung und -übertragung von Daten, sondern öffnet auch der Verbesserung einer Druckluftstation, der vorrausschauenden Instandhaltung und dem Life-Cycle-Management die Tür.

Als 2015 in der Drucklufttechnik auf der Hannover Messe erstmals der Begriff Industrie 4.0 auftauchte, übersahen viele, dass das Thema mit der Vernetzung eines einzelnen Kompressors noch lange nicht umfassend angegangen wurde. Viel wichtiger sind die Interaktion aller Komponenten und entsprechende Dienstleistungsangebote für die Kunden. Bezahlt machte es sich, wenn Betriebe bereits in der Vergangenheit vorausschauend geplant und auf Komponenten gesetzt hatten, die nicht nur die Einzelkomponente überwachten, sondern auch das System optimierten.

Wenn überhaupt, hatten viele Erzeuger in der Drucklufttechnik in der Vergangenheit hauptsächlich nur an den einzelnen Drucklufterzeuger bei der Überwachung und Steuerung mit modernen Medien nachgedacht. Dass Druckluftsysteme jedoch aus kompletten Systemen mit mehreren Drucklufterzeugern, Rohrleitungen, Aufbereitungssystemen, Filtern und Steuereinheiten bestehen und dass dahinter noch ein nahezu unkalkulierbar schwankender Verbraucher hängt, hatten viele bei dieser Thematik nicht bedacht.

Datentransport und Kommunikation

Betriebe, die jedoch schon seit längerem das Thema Druckluftmanagement mit übergeordneten Systemen hochhielten, konnten relativ schnell den Industrie-4.0-Gedanken aufnehmen und Systeme aufzeigen, die miteinander kommunizierten und dadurch eine Optimierung von Energieverbrauch, Betriebssicherheit und Wartungskosten ermöglichten und letztendlich auch noch die Fachkompetenz des Menschen mit einbeziehen, wenn diese nötig war.

Relativ schnell zeigte sich auch, dass mitunter die Frage des Datentransportes nicht immer einfach zu lösen ist, da hier Netze von Drucklufterzeugern und -nutzern miteinander verbunden werden oder die Datenengstellen von
öffentlichen Netzen genutzt werden müssen. Dies ist heute noch eine der größten Herausforderungen von Industrie 4.0.

Anlagen schnellstmöglich anpassen

Auf der anderen Seite ist die Entwicklung in der Zwischenzeit deutlich vorangeschritten. Industrie 4.0 bedeutet, dass sämtliche Komponenten einer Druckluftstation aufeinander abgestimmt und gesteuert und am Bedarf des Kunden orientiert arbeiten. Aus dem Prozess werden durch Echtzeitüberwachung Daten gewonnen, übertragen und ausgewertet. Die Ergebnisse dienen dazu, potenzielle Störungen frühest möglich vorauszusehen und ihnen durch rechtzeitiges Eingreifen zuvor zu kommen.

Außerdem ermöglichen die Daten eine weitere Verbesserung der Produkte und – falls sich beim Kunden in der Produktion Veränderungen ergeben – eine möglichst schnelle Anpassung und Optimierung der Anlage. Dies erfordert vor allem eines: Kommunikation. Sowohl zwischen Menschen, als auch zwischen Maschinen, und – im Fall von Industrie 4.0 – zwischen Maschine und Mensch.

Maschinenübergreifende Steuerung

Zentraler Angelpunkt eines solchen modernen Druckluftsystems ist eine maschinenübergreifende Steuerung, wie der Sigma Air Manager 4.0. Diese Steuerung agiert ähnlich wie ein Dirigent bei einem Orchester. Auf der einen Seite koordiniert sie die einzelnen Komponenten und sorgt dafür, dass immer der am aktuellen Bedarf orientierte Druck und das Druckluftvolumen erzeugt wird, auf der anderen Seite ist sie in der Lage mit der Leittechnik oder – wenn gewünscht – mit einem Anbieter von Dienstleistungen aus dem Bereich vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance) zu kommunizieren.

Dabei wird im besten Fall zunächst eine Analyse durchgeführt und der genaue Bedarf und die Bedingungen beim Betreiber ermittelt. Anhand dieser Analyse wird eine passgenaue Lösung erarbeitet. Anschließend wird die physische mit der virtuellen Welt über die maschinenübergreifende Steuerung anhand eines Strukturmodells verbunden. So entsteht parallel zur realen Konstruktion jeder einzelnen Druckluftanlage nach den Bedürfnissen des Betreibers ein digitaler Zwilling.

Durch die Echtzeitverfügbarkeit der Betriebsdaten durch die Steuerung ist es möglich, den Gesundheitszustand einer Druckluftanlage zu erkennen. Dadurch werden potenzielle Störungen schon im Voraus erkennbar und entsprechende Maßnahmen zur Prävention und gegebenenfalls Instandsetzung können automatisch eingeleitet werden.

Dies führt letztendlich zu deutlichen Kostenreduzierungen bei den Drucklufterzeugungs-Kosten und zur deutlichen Erhöhung der Druckluftverfügbarkeit.

Den Prozess genau kennen

Außerdem können Wartungen bedarfsgenau und zum passenden Zeitpunkt angesetzt werden. Dies spart unter anderem Kosten für Beschaffung, Schulung, Logistik, Wartung und eigenes Personal. In welchem Umfang das möglich ist, hängt davon ab, wie modern das Druckluftsystem selbst ausgestattet ist. Daten lassen sich aber nur dann generieren, wenn die Komponenten über Sensoren verfügen, die diese Daten auch erfassen können. Um eine Druckluftstation möglichst effizient überwachen und steuern zu können, ist es notwendig, so viel wie möglich über den Prozess, der in dem System abläuft, zu wissen.

Sensoren sind die Fühler dieses Prozesses, die Augen und Ohren, die das von ihnen „Gesehene“ an Steuerung, übergeordnete Steuerungen und eventuell die Leittechnik weitergeben, damit dann der Mensch die gewonnen Daten sinnvoll nutzen kann. Unterstützt wird er dabei von modernen Computersystemen, die die Daten vorsortieren, analysieren und
erste Aktionen einleiten. Der Mensch nimmt die übergeordnete Kontrollfunktion ein.

Netzwerkfähige Schnittstellen gefragt

Dreh- und Angelpunkt einer erfolgreichen Datenübermittlung sind die Schnittstellen, die netzwerkfähig sein müssen, und das an sie anschließende Netzwerk, welches die Daten übermittelt. Ethernet ist als künftiger Standard in der Prozessindustrie absehbar. Moderne IT-Netzwerke in der Druckluftversorgung basieren bereits darauf und sind entsprechend zukunftsfähig.

Sie sichern dem Anwender eine moderne, effiziente, versorgungssichere, leistungsstarke und energiekostensparende Druckluftversorgung bei gleichzeitig höchstem Komfort in Anwendung und Betrieb. Darüber hinaus sind sie zukunftsfähig im Hinblick auf kommende Kommunikationsstandards, Erweiterbarkeit, technische Entwicklung, Kapazität, Übertragungsgeschwindigkeit und für zukünftige Entwicklungen in der Drucklufttechnik.

Sparen über den ganzen Lebenszyklus

Nutzt ein Betreiber alle modernen Lösungen für seine Druckluftanlage, verfügt er dank der hocheffizienten Komponenten und der passgenauen Planung nicht nur über eine Anlage, die energetisch auf dem neuesten Stand ist und somit deutlich geringere Energiekosten möglich macht - Erfahrungen zeigen, dass diese bei bis zu 40 Prozent gegenüber alten Anlagen liegen können -, sondern spart durch die weiteren Dienstleistungen, wie Predictive Maintenance, über den gesamten Lebenszyklus weitere Kosten ein, die im Bereich des Services gegenüber den derzeit üblichen Kosten bis zu 30 Prozent betragen können.

Durch die Energieeffizienzüberwachung sind darüber hinaus auch bei hocheffizienten Komponenten über die Lebensdauer Einsparungen möglich, da durch kontinuierliche Anpassung an sich wechselnde Betriebsbedingungen die Anlage immer am optimalen Punkt betrieben werden kann.

Bildergalerie

  • Maschineübergreifende Steuerungen sind das Herzstück für ein Druckluftsystem, dass fit ist für Industrie 4.0.

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  • Auffälligkeiten werden sofort erkannt und mit Hilfe moderner Analysetools Prognosen erstellt und entsprechende Maßnahmen in die Wege geleitet.

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