Klimawandel, CO2-Emissionen, globaler Wettbewerb, Handelskriege und hart umkämpfte Märkte – die Zeiten für die Wirtschaft sind derzeit wahrlich nicht rosig. Gerade dann gilt es aber auch für Unternehmen und Gewerbetreibende, ihre Produktionslinien, ihre Fabriken und Geschäftsgebäude sowie ihre Anlagen bestmöglich auszulasten, höchst effizient zu betreiben und sich über beste Qualität und Kontinuität in der Produktion einen Wettbewerbsvorteil zu sichern. Ein Schlüsselfaktor dabei ist die elektrische Antriebstechnik. Sie hilft dabei Prozesse zu optimieren, die Energieeffizienz zu maximieren, höchste Qualität in der Produktion zu gewährleisten – und das alles bei gleichzeitiger Senkung der Kosten über den gesamten Lebenszyklus von Anlage und produzierten Produkten. Von der ersten Anschaffung, über Einrichtung, Betrieb und Wartung bis hin zur Stilllegung, Austausch oder Modernisierung. Unterstützt wird dies alles durch moderne Frequenzumrichter, wie sie beispielsweise Danfoss, einer der führenden Hersteller und „Erfinder“ der elektronischen Drehzahlreglung im Seriengeschäft 1968, in seinem Produktportfolio anbietet.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, suchen Maschinen- und Anlagenbauer sowie die Betreiber immer leistungsfähigere Antriebe. Diese sollen neben der erhöhten Energieeffizienz, die nicht zuletzt durch gesetzliche Regulierung und Vorgaben weiter steigt, auch kompaktere, schnellere, zuverlässigere Anlagen erlauben und dabei höchste Flexibilität und lange Wartungszeiträume bieten, um die Anlagen möglichst variabel einsetzen zu können.
Die Entwicklung der letzten Jahre bei Frequenzumrichtern kennzeichnet – neben der immer größeren Leistungsdichte – die nach dem Moore´schen Gesetz wachsende Rechenleistung der Steuerkarte. Dies und die Fortschritte bei der Kommunikation ermöglichen auf Umrichterebene immer ausgefeiltere Ablaufprogramme und Algorithmen: Dadurch übernimmt der Frequenzumrichter oder eigentlich besser `Drive Controller‘ immer mehr Steuerungsfunktionen und dient zudem als intelligenter Sensor. Möglich werden damit neue Ansätze wie Condition-based Maintenance als eine sehr wichtige Säule von Industrie 4.0.
Condition-based Maintenance-Funktionen sind inzwischen in vielen Geräten marktreif, so auch bei den Danfoss Frequenzumrichtern. Dem Konzept zugrunde liegt die sogenannte zustandsorientierte Überwachung (condition based monitoring), die es ermöglicht, den Antrieb selber, den Motor und darüber hinaus auch die Peripherie zu überwachen. Der Frequenzumrichter ist in der Lage, Abweichungen vom Normbetrieb zu erkennen und auf diese zu reagieren. Dadurch gewinnt der Anwender eine zusätzliche Entscheidungshilfe, um seine Applikation oder Anlage noch effizienter zu betreiben. Die Wartung wird optimiert und kann bedarfsgerecht im wirtschaftlich und technisch optimalen Zeitfenster durchgeführt werden.
Während des Motorbetriebs erfasst der Frequenzumrichter permanent unterschiedlichste Messwerte, die für weitergehende Analysen verarbeitet werden. Die Grundlage der Zustandsüberwachung ist eine sogenannte Baseline-Messung, welche den Normalzustand der Anwendung im gesamten Betriebsbereich darstellt. Diese Baseline dient dazu, die Grenzwerte gemäß VDMA-Vorschrift zu berechnen. Vorteil hier für den Anwender: Er sieht genau, welche Grenzwerte das System ermittelt hat und was eine korrektive Anpassung möglich macht, sollten die Grenzwerte angepasst werden müssen. Anschließend gleicht das System den Istzustand im Betrieb mit den ermittelten/vorgegebenen Grenzwerten ab und meldet eine Abweichung über entsprechende, in dem VDMA- Einheitsblatt 24582 festgelegten Warn- und Alarmlevels.
Danfoss setzt im ersten Schritt für die Zustandsüberwachung auf drei Funktionen:
Mit den geschilderten Funktionen lassen sich Anwendungen proaktiv überwachen, um von der zeitbasierten Wartung zu verringern oder im besten Fall, die Reparatur nach ungeplantem Ausfall zu vermeiden.
Ergänzend zu den oben genannten Funktionen lassen sich mit VLT® Umrichtern auch wichtige Kerndaten in Echtzeit aus den Antrieben auslesen und in einer Cloud oder mit dem DrivePro Remote Monitoring analysieren. So hat der Anwender weitere Möglichkeiten, um die Performance und die Verfügbarkeit seiner Anlage oder Maschine sicherzustellen und zu verbessern. Als Nutzen entstehen dem Anwender dafür die proaktive statt reaktiver Wartung einer Maschine oder Anlage, gleichzeitig sinken Zeitaufwand und Kosten für die Instandhaltung.
Doch noch andere Aufgaben lassen sich mit einer Auswertung von Daten aus der Anlage leichter und effektiver erledigen. Moderne Umrichter erfassen ja, wie zuvor schon erwähnt, als intelligente Sensoren auch eine Vielzahl seiner eigenen Umrichter-, aber auch Motor- und Peripheriedaten, mit deren Hilfe sie beispielsweise ein typisches Profil der Anlage im Normalbetrieb „erlernen“ können. Diese „Baseline“ erlaubt es dem Anwender, sich ein umfassendes Bild von der Anlage und der darin ablaufenden Prozesse zu machen und mittels dieser Daten auch die Abläufe und Prozesse zu optimieren.
Danfoss Frequenzumrichter lassen sich einfach und schnell in jegliche globale oder lokalen Cloudsysteme einbinden, da sie alle wichtigen Feldbus- und Ethernet-Protokolle der Industrie unterstützen. Sie bieten dem Anwender damit die Möglichkeit, die erfassten Daten für eine umfassende Analyse und Auswertung an eine übergeordnete Steuerung oder in die Cloud zu senden. Dies erfordert allerdings gerade in größeren Anlagen hohe Bandbreite, um die Datenmengen auch schnell genug zu übertragen und dann an einer zentralen Stelle mittels umfangreicher Algorithmen auszuwerten.
Eine Alternative dazu stellt das sogenannte Edge-Computing dar. Dabei ist lokal in den Antrieben ein hohes Maß an maschineller Intelligenz integriert, so dass direkt vor Ort, wo die Daten anfallen, eine Auswertung erfolgt und der Frequenzumrichter nur das Ergebnis dieser Auswertung in die Cloud oder eine übergeordnete Steuerung übermittelt. Dies spart deutlich Bandbreite und entlastet die übergeordneten Systeme. Positiver Nebeneffekt: Ein Bediener bekommt das Ergebnis bei Bedarf auch vor Ort angezeigt und kann geeignete Maßnahmen zum Schutz vor einem Anlagenstillstand oder zur Optimierung des Prozesses einleiten. In der Cloud lässt sich dann schließlich die gesamte Anlage übergreifend optimieren. Die Folge sind gesteigerte Produktivität, ressourcenschonende Prozesse und sinkende Kosten für Betriebsstoffe oder Ausschuss.
Gesellschaftlich wie politisch im Fokus, erfordert der Klimawandel ein erhebliches Maß an Umdenken in der Industrie, wo es schließlich jetzt darum geht, Energie und fossile Energieträger drastisch im Verbrauch zu reduzieren. Ansätze wie hocheffiziente Motoren, energiesparende Systeme bis hin zu DC-Industry, ein Konzept, das die Versorgung mit Gleichstrom bei den Antrieben sowie die Einbindung regenerativer Energiequellen langfristig ermöglichen soll, sind inzwischen bei den Diskussionen allgegenwärtig. Danfoss Frequenzumrichter bieten dem Anwender hier höchste Flexibilität. Sie regeln Asynchron-, Permanentmagnet- und Synchron-Reluktanzmotoren gleichermaßen präzise. Assistenzfunktionen wie die Automatische Energieoptimierung (AEO) oder die Automatische Motoranpassung (AMA) sorgen dafür, dass der Frequenzumrichter optimal auf den Motor abgestimmt ist. Diese Anpassung erfolgt in Sekundenschnelle. Die neue AMA II macht das Leben des Anwenders noch leichter. Hier reicht es, die Leistung des Motors einzugeben – den Rest erledigt der intelligente VLT® Frequenzumrichter. Durch das Ausmessen erkennt er den Motortyp und optimiert alle motorbezogenen Einstellungen. So betreibt der Umrichter den Motor immer im besten Betriebspunkt, bei optimaler Magnetisierung. Aus Wunsch erfolgt dies sogar bei jedem Einschalten des Motors. In Folge läuft der Motor höchst energieeffizient. Die Effizienz Ihrer Umrichter-Motorkombination ermitteln und dokumentieretn die Anwender schnell und einfach mittels der MyDrive ecoSmart-Software.
Intelligente Antriebe erlauben es dem Nutzer, von der vollen Leistungsfähigkeit von Industrie 4.0 zu profitieren. Die VLT®-Antriebe von Danfoss optimieren nicht nur die Leistung des Produktionssystems, sondern erweitern es schnell und einfach um vorausschauende und zustandsbasierte Wartungsfunktionen. Sie erfassen Informationen von verschiedenen internen und externen Sensoren, analysieren die Daten mit Hilfe ihrer Edge Intelligence und senden die Auswertungsergebnisse an die dafür vorgesehenen Empfänger. Dabei arbeiten sie system- und plattformunabhängig zur Steigerung der Anlagenleistung und Systemeffizienz. Sie erhöhen außerdem die Verfügbarkeit der Produktionsanlage durch Funktionen zur vorausschauenden Wartung und machen dabei die Anlagenplanung noch einfacher.
Besuchen Sie Danfoss auf der SPS Smart Production Solutions in Nürnberg in Halle 3a am Stand 430.
