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Bild: Grundfos; iStock, Luka Banda

Durchblick beim digitalisierten Pumpenbetrieb Endlich nicht mehr blind fahren!

07.03.2018

IE5-Motoren sind aktuell die Klassenbesten bei der Energieeffizienz. Pumpen mit Motoren dieser Klasse fahren vorausschauend und bilden die Basis für die Digitalisierung der Feldebene. Voraussetzung für die Pumpe 4.0: Intelligenz im Antrieb und smarte Add-ons.

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Betreiber chemischer Anlagen sind ambitioniert, Produktion und Energieeinsatz zu entkoppeln: Obwohl die Produktion laut einer Studie bis 2030 um 40 Prozent zulegen soll, werde der Energieverbrauch nur um 8 Prozent ansteigen. Das erfordert weitere Anstrengungen in Sachen Energieeffizienz, besonders durch Ertüchtigung bestehender Technik. Eine wichtige Rolle spielen Pumpen: Sie verbrauchen rund 25 Prozent der industriell genutzten Energie, zählen zu den besonders energiehungrigen Komponenten einer Anlage und sind damit auch ein Kostenfaktor.

Das Antriebskonzept bestimmt maßgeblich die Gesamtenergieeffizienz von Pumpen. Die Drehzahlregelung per Frequenzumrichter ist die effektivste Art, die Pumpenleistung bei einem variablen Förderstrombedarf anzupassen. Daneben beeinflusst auch der Motorwirkungsgrad die Effizienz. Der klassische MGE-Asynchronmotor von Grundfos erfüllt bis 22 kW die Wirkungsgradanforderungen von IE3 – die seit 2017 geforderte Efficiency-Klassifizierung gemäß Ökodesign-Richtlinie der EU. Mit dem MGE-PM hat Grundfos außerdem eine effiziente Permanentmagnet-Synchronmotoren-Baureihe entwickelt und liefert den Antrieb in der Leistungsklasse zwischen 0,75 und 11 kW mit der IE5-Klassifizierung aus – die weltweit höchste Energieeffizienzklassifizierung für E-Motoren gemäß IEC 60034-30-2 für drehzahlverstellbare Motoren. Pumpe und Motor sind symbiotisch verbunden, das eine hat ohne das andere keinen Nutzen.

Ist der Antrieb smart, bilden E-Pumpen sogar die Schnittstelle zum Gesamtsystem. Sie sorgen dafür, dass Anlagen jederzeit das erforderliche Fördermedium wie Prozesswasser, Kühlmedium oder Heizwasser erhalten, und die Förderleistung in Zeiten mit nur geringer Nachfrage gedrosselt oder ganz ausgesetzt wird. Sensoren erfassen Soll- und Ist-Werte, in Software hinterlegte Algorithmen werten den Bedarf aus und senden entsprechende Signale an regulierende Funktionen wie die Drehzahlanpassung oder die Verteilung des Mediums über Armaturen. Viele Pumpen stehen sowohl mit dem hocheffizienten IE5-Motor als auch mit smarten Add-ons zur Verfügung. Für Betreiber in der Prozessindustrie sind das insbesondere Norm- oder Blockpumpen sowie mehrstufige Hochdruckpumpen.

Bei Industrie 4.0 ist es wichtig, nicht nur über Vernetzung und das Internet der Dinge zu sprechen. Zu Systemen, die sich selbst regulieren, gehört im ersten Schritt das Erfassen von Informationen. Standardindustriepumpen werden vielfach noch immer „blind“ gefahren, unabhängig von den tatsächlichen Gegebenheiten in der Anlage. Moderne Industriepumpen können das bereits heute besser: Sie erfassen und nutzen reale Prozessparameter. Das gelingt mit der zunehmenden Intelligent Connectivity von Pumpen. Branchenbeobachter erwarten, dass in Zukunft wesentlich mehr Intelligenz und Funktionalität in die Feldebene wandern. Grundfos verfolgt hierbei eine mehrstufige Digitalisierungsstrategie mit unterschiedlichen Schwerpunkten je nach Zielgruppe. Basis für alle digitalen Angebote von Grundfos ist die Sysmon-Cloud-Plattform mit Funktionen wie Datenspeicherung und -export, Alarmmanagement und -weiterleitung, Verwaltung von Zugriffsrechten, Dokumentenmanagement oder Datenanalysator.

Das Dienstleistungspaket „Digitale Lösungen“ richtet sich an Betreiber und Wartungsfirmen von iSolutions-Systemen, also abgestimmten Lösungen aus Pumpe und Antrieb sowie Steuerungs- und Überwachungstechnik bis hin zu Mess- und Kommunikationseinheiten. Die für das Dienstleistungspaket erforderliche Hardware wird bereits ab Werk in das jeweilige iSolutions-System eingebaut. Der Betreiber kann zwischen fünf vorkonfigurierten Online-Servicemodulen wählen. Das Modul Überwachung stellt anlagenrelevante Betriebsparameter schnell und übersichtlich in Kachelform auf dem Bildschirm dar.

Die Werte lassen sich in Skalierung und unterschiedlichen Zeitfenstern darstellen und schnell und unkompliziert exportieren. Über das Modul Fernbedienung lassen sich Basiseinstellungen aus der Ferne vornehmen. Bei Anomalitäten an der Anlage bietet das Modul Alarme und Lösungen zu jeder Meldung eine ausführliche Ursachenbeschreibung und Hinweise zur Behebung des Problems und stellt eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicher. Mit dem Modul Optimierung kann die Anlage anhand von realen Einsatzbedingungen und Lastprofilen optimiert werden. Diverse Energiesparfunktionen in Steuerungen lassen sich so an das reale Lastprofil der Anlage anpassen. Ebenso können Warnhinweise nach längerem Anlagenstillstand bei Druckerhöhungsanlagen gemeldet werden, um Stagnation und bakterielle Verkeimung zu vermeiden.

Mit der Fehlerfrüherkennung lassen sich aus Anlagendaten in der Steuerung eventuell anbahnende Probleme früh erkennen und beheben, dazu gehören defekte Rückschlagventile, fehlerhafte Vorpressdrücke oder gerissene Membranen von Membrandruckbehältern. Als modulare Hardware bietet Grundfos ein M2M-Cloudgate. Es kann mit verschiedenen Einschubkarten an unterschiedliche Schnittstellen, wie Feldbussen, RS485 oder Wifi, von Pumpen oder übergeordneten Steuerungen von Kundenanlagen adaptiert werden. Ein eingebautes GPS-Modul bestimmt zudem den aktuellen und exakten Standort der IoT-Anlage.

Mit der gleichen Hardware und Cloud-Plattform, jedoch mit flexibleren Möglichkeiten richtet sich das Paket „Cloud-as-a-Service“ an industrielle OEM-Kunden und Anlagenbauer. Dazu wird das Digitale-Lösungen-/Online-Services-Konzept mit dem Modulkonzept auf Kundenanlagen von OEM und Anlagenbauern adaptiert und mit Zusatz-Apps abgerundet. Aus dem Pumpen-Know-how von Grundfos und dem Anlagen-Know-how des Industriekunden entstehen so interessante Geschäftsmodelle für den OEM/Anlagenbauer. Ein Beispiel dafür ist die Chemicals-App für Kunden aus der Wasseraufbereitung und Chemikaliendistribution: Damit Gebinde beim Anschluss an Dosierpumpen nicht verwechselt werden, stellt die App sicher, dass die Dosierpumpe nur zuvor über die Grundfos-Cloud freigegebene Gebinde akzeptiert. Zudem überwacht sie den Gebindefüllstand und steuert die Nachlieferung neuer Gebinde.

Damit der Pumpenbetrieb durch intelligente Vernetzung einfacher und sicherer wird, muss die Basis stimmen, das konstruktive Design und der Werkstoff. Und es macht einen Unterschied, ob die Pumpe einem wechselnden Teillastbetrieb genügen muss oder permanent unter Volllast arbeitet. In jedem Fall müssen wie bei den Grundfos-Lösungen Hardware und smarte Add-ons zusammenpassen.

Bildergalerie

  • Pumpen-Baureihen mit dem neuen IE5-MGE-PM-Motor: Inline-Trockenläuferpumpen für Heiz- und Kühlkreisläufe, Norm- und Blockpumpen in den Ausführungen nach EN 733 sowie nach DIN EN ISO 2858, mehrstufige vertikale Hochdruckpumpen CRE, Druckerhöhungsanlagen der Baureihen Hydro MPC.

    Bild: Grundfos

  • Über die Sysmon-Cloud-Plattform und mit der Chemikalien-App kann der Betreiber seine Dosierstation verwechslungssicher betreiben.

    Bild: Grundfos

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