Digitalisierung in der Produktion dank intelligenter Antriebstechnik: Getriebe, Motor und Frequenzumrichter verfügen über eine sichere Coud-Anbindung.

Bild: Nord Drivesystems; iStock, helovi

Digitalisierung der Produktion Intelligent vernetzt

09.04.2018

Antriebstechnik ist eine der Grundvoraussetzungen für die Digitalisierung der Produktion. So sieht es ein Hersteller für Getriebemotoren. Das Unternehmen entwickelt deshalb vernetzte, aber autarke Antriebslösungen. Sie bestehen aus Getriebe, Motor und Frequenzumrichter, die über eine sichere Cloud-Anbindung verfügen.

Die Digitalisierung der Antriebstechnik und der Produktion erfordert das Zusammenspiel von Sensorik, virtueller Sensorik, den Schnittstellen zu Bussystemen und intelligenter Software. Getriebemotoren in Produktions- oder Logistikanlagen werden meist über Frequenzumrichter gesteuert. Die Umrichter ermitteln standardmäßig wichtige Betriebsdaten wie Stromaufnahme, Spannung, Drehzahl und Betriebstemperatur, die sich für die intelligente Zustandsüberwachung der Antriebe und die Steuerung der Anlage verwenden lassen.

Mittels virtueller Sensorik, die auf mathematischen Algorithmen basiert, und der in die Nord-Drivesystems-Umrichter integrierten PLC können die Geräte Größen ermitteln, die sie nicht direkt messen können: Aus den elektrischen Daten berechnet sich die Antriebsleistung, die in Kombination mit den bekannten physikalischen Parametern des Getriebeöls hinreichend genau auf die Öllebensdauer schließen lässt. So wird der Ausnutzungsgrad des Getriebeöls und damit der voraussichtliche Ölwechseltermin zugänglich.

Mithilfe der integrierten PLC können die Antriebe außerdem selbständig Aufgaben lösen und Signale auswerten, um lokale Fehler zu erkennen. Durch Kommunikation in der lokalen Antriebsgruppe können die intelligenten Antriebe bestimmte Probleme autark lösen: Sie schalten eine Bypass-Strecke in der Förderlinie und können bei Erkennung eines Hardware-Defekts via Bussystem eine Meldung an die zentrale Anlagensteuerung senden, beziehungsweise bei Bedarf direkt über ein Internet-Gateway kommunizieren. Die integrierte PLC auf der Antriebsebene und die Kommunikationsfähigkeit mit der Außenumgebung sind zwei Voraussetzungen für Industrie-4.0-fähige Antriebssysteme. Der intelligente Antrieb ist vernetzbar, autark sowie in Funktion und Leistung skalierbar.

Neue Möglichkeiten dank Datenanbindung

Durch die Bildung intelligenter Antriebsgruppen, die miteinander kommunizieren können, wird die Vernetzung ganzer Fabriken möglich. Die Anbindung an eine sichere Cloud-Lösung ermöglicht die Bildung beliebig vieler und beliebig großer Antriebsnetzwerke in Paketversandzentren, Flughäfen und Intralogistikanlagen, die aus der Ferne überwacht werden können. Servicemitarbeiter in Europa können Betriebszustände von Anlagen in Australien beurteilen und umgekehrt.

Damit sich Industrie 4.0 und Cloud-Lösungen weltweit durchsetzen können, bedarf es einheitlicher Sicherheitsstandards und einer anerkannten Standardarchitektur für die Automatisierungsbranche, die alle Anforderungen aus Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik berücksichtigt. Hier wurde mit der fortlaufenden Entwicklung des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0 (RAMI 4.0) und der Industrie-4.0-Komponente bereits ein vielversprechender Weg eingeschlagen. Gleiches gilt für die Bussysteme, die die Kommunikation der einzelnen Antriebe untereinander und mit der Steuerung ermöglichen.

Hier können Interoperabilitätsstandards wie OPC Unified Architecture künftig eine einheitliche Basis für die Kommunikation vom Feldsensor bis in die Cloud bilden. Solche Standards sind eine Grundvoraussetzung für Industrie 4.0 und echte Machine-to-Machine-Kommunikation bis hin zum Internet der Dinge.

Der Weg führt zum Ziel

Grundsätzlich ist eine Cloud-Anbindung selbst beim Retrofitting bestehender Anlagen nicht schwer umzusetzen. Alle Antriebe haben eine eigene IP-Adresse, über die sie mittels eines Routers erreicht werden können. Drehzahl, Stromaufnahme und Umrichtertemperatur jedes einzelnen Antriebs in der Anlage lassen sich abfragen ohne in die Gerätesteuerung oder die Software einzugreifen. Die intelligenten Antriebskomponenten übertragen die Werte über ein Internet-Gateway an eine sichere Cloud.

Dort stehen sie für die Auswertung mit Filter- und Analyse-Tools zur Verfügung. Datenabgriff und Speicherdauer lassen sich individuell wählen. An einem beliebigen anderen Ort kann also ein Techniker die Daten übersichtlich aufbereitet in einem browserbasierten Webinterface analysieren und die Anlage auf jedem mobilen Endgerät in einer übersichtlichen 3D-Darstellung mit einem Blick überschauen.

Es gilt: Safety first

Das vernetzte Arbeiten im Sinne von Industrie 4.0 steht und fällt mit dem Thema Sicherheit. Speziell wenn Antriebe direkt an die Cloud angebunden sind, ist die Datensicherheit ein bestimmendes Thema, um Manipulationen, Sabotage oder Wissensdiebstahl vorzubeugen. Deshalb muss der intelligente Antrieb einen sicheren Datentransfer gewährleisten. Eine Möglichkeit ist die sichere Kommunikation über Lösungen wie ProfiSafe.

Manipulationen früh bemerken

Der Empfänger einer Datenmenge vergleicht dabei die genaue Anzahl der Bits und Bytes mit den Informationen des Senders. Erst wenn die Informationen von Sender und Empfänger übereinstimmen, können die Daten weiterverarbeitet werden. Wenn also jemand Informationen auf dem Weg vom Sender zum Empfänger manipuliert hat, merkt das der Anwender frühzeitig, bevor die Daten in die Steuerung eingespeist werden. Der Prozess kann gestoppt werden. Die derzeitigen Cloud-Lösungen bieten diese Möglichkeit bereits an. In Zukunft wird es dafür weitere Lösungen und Konzepte geben.

Langfristig sehen die Nord-Drivesystems-Experten den Trend zu cyber-physikalischen Systemen, die verteilt und dezentral, herstellerunabhängig und standortübergreifend zusammenarbeiten. Eine beliebige Kombination aus Steuerungen, SPS und Kommunikationsprotokollen wird ihre Betriebsdaten in diesem Szenario an die jeweilige Steuerungs-
ebene übertragen. Die ERP-Ebene steuert dann die Feldebene auf Basis der bekannten Felddaten. Für die komplett vernetzte und virtuell abgebildete Produktion werden mit RAMI 4.0 und der Industrie-4.0-Komponente derzeit die erforderlichen Standards erarbeitet.

Digitalisierung in der Produktion – Feldverteiler Nordac Link

Der Umrichter für die Intralogistik

In der Fördertechnik und Intralogistik sind Antriebssteuerungen gefragt, die einfach zu installieren und während des Betriebes und der Wartung leicht zugänglich sind. Für diese Aufgabe hat Nord Drivesystems den Nordac Link entwickelt:

  • Flexibel in Ausstattung und Funktion

  • Frei konfigurierbar je nach Anforderung und Anwendung

  • Als Frequenzumrichter bis 7,5 kW und als Motorstarter bis 3 kW

  • Schnelle und sichere Inbetriebnahme und einfache Bedienung

  • Alle Anschlüsse sind sicher und einfach steckbar

  • Kompatibel mit allen marktüblichen Bussystemen

  • Integrierter Wartungsschalter und lokale Handbedienmöglichkeit

  • Variantenreduzierung auf drei vielseitige Grundmodelle

Bildergalerie

  • Mithilfe der integrierten PLC können die Feldverteiler der Antriebe selbständig Aufgaben lösen und Signale auswerten, um lokale Fehler zu erkennen.

    Bild: Nord Drivesystems

  • Das Logidrive-Konzept mit dem Feldverteiler Nordac Link, einem zweistufigen Kegelradgetriebe und einem IE4-Synchronmotor bildet die Grundlage für Industrie-4.0-Lösungen in der Intralogistik.

    Bild: Nord Drivesystems

  • Über ein Internet-Gateway können die Betriebsdaten jedes Antriebs weltweit ausgewertet und analysiert werden.

    Bild: Nord Drivesystems

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