Intakte Förderbänder in Großbäckerei dank digitalem Lastmanagement
Steuerungsanlagen funken Mayday
Maschinenraum an Brücke: Mayday Mayday Mayday! Im Kino wissen wir sofort: hier ist Gefahr in Verzug. Der Grund: eine Abweichung vom Soll-Zustand bei den Messwerten. Wie im Maschinenraum eines Schiffes laufen auch im Steuerschrank alle Daten einer technischen Konstruktion zusammen und es werden permanent Ist- gegen Soll-Zustände abgeglichen. Weicht ein Wert von der Norm ab, ist tatsächlich auch Gefahr in Verzug und eine schnelle Reaktion gefordert. Moderne Steuerungsanlagen senden ihren Notruf jedoch nicht mehr über die Brücke - sie funken ihre Maydays direkt.
Bild 1 | Stehen Förderbänder in einer Großbäckerei still, können vier Stunden Produktionsausfall zwischen 40.000 bis 60.000 Euro Verlust bedeuten.
Bild 1 | Stehen Förderbänder in einer Großbäckerei still, können vier Stunden Produktionsausfall zwischen 40.000 bis 60.000 Euro Verlust bedeuten.Bild: Schneider Electric GmbH

Die Bezeichnungen für den „Maschinenraum“ einer Produktionshalle oder eines Gebäudekomplexes sind so verschieden, wie die Funktionen, die sich hinter den Türen der Gehäuse verbergen: als Verteilerschrank, Steuer- oder Zählerschrank, als Sicherungskasten oder auch einfach nur als Stromkasten sind die Gehäuse mit dem elektrotechnischen Innenleben für die Energieverteilung, den Schutz der Niederspannungsanlage und die Steuerung von Anlagen bekannt. Damit geben die Namen auch gleich Aufschluss über die zu erledigenden Aufgaben: Die verbauten Geräte verteilen Energie, zählen verbrauchte Einheiten und schützen die komplette Anlage vor Stör- und Ausfällen. Eine besondere Stellung nimmt unter diesen Kollegen der Steuerschrank ein: Während der Zählerschrank alle Komponenten zum Schützen, Schalten, Messen und Verteilen beherbergt, sind die Geräte im Steuerschrank für das Management verantwortlich. Sie steuern Motoren, Frequenzumrichter, Antriebe oder Relais und sind, wie Zuhause im privaten Bereich, miteinander vernetzt.

Hinter Werkstoren wird heute gesteuert – nur Schalten war gestern

Im Steuerschrank sind die Komponenten auf Sammelschienen angebracht und so direkt mit der Stromführung verbunden. Dieses Line-Up wird im Zuge der Digitalisierung von Anlagen und Gebäuden immer dichter. Mit der Konsequenz, dass nun auch noch Klimageräte und Lüfter ihren Platz finden müssen. Für Steuerungsanlagenbauer geht diese Entwicklung mit einer stetigen Erweiterung ihres Know-hows einher. Die einmal gelernten physikalischen und elektrotechnischen Gesetzmäßigkeiten sind zwar nach wie vor die Basis bei der Ausübung ihrer Tätigkeiten. Jedoch rücken neben der Verdrahtung von Kabeln, dem Wissen über deren Farbcodes oder über Elektromotoren zunehmend Programmieraufgaben in den Fokus ihrer Arbeit. Denn Priorisierungen, Selektivitäten und Kaskadierungen im Steuerungsbau zu planen, Komponenten zu integrieren und ihre Funktionen zu programmieren, gehört heute schon zu den Kernkompetenzen eines Anlagenbauers – und die Anforderungen in Richtung Steuerungsexperte werden weiter steigen.

Bild 2 | Mit den Magelis-Bedienterminals hat der Anwender den Zustand seiner Anlage stets im Blick.
Bild 2 | Mit den Magelis-Bedienterminals hat der Anwender den Zustand seiner Anlage stets im Blick.Bild: Schneider Electric GmbH

Dezentrales Messen und zentrales Steuern

Mit dieser Veränderung hat sich auch der Bau von Steuerungsanlagen entwickelt. Es ist noch nicht so lange her, da teilte sich der Anlagenbau in genau zwei Phasen: die Installation und später die Reparatur – die erste nach dem Motto „install and forget“, die zweite nach der Devise „repair on demand“. Eine Begleitung über den Lebenszyklus einer Anlage stand nicht auf der Agenda und fand sich auch in Wartungsverträgen nur bedingt wieder. Serviceverträge basierend auf Predictive Maintenance mit dem Ziel, Ausfälle zu vermeiden, Verfügbarkeiten zu erhöhen und Betriebskosten dank energieeffizienter Bauteile zu senken, spielten kaum eine Rolle. Ebenso der ökologische Fußabdruck: Noch vor zehn Jahren war Nachhaltigkeit nur bei wenigen Unternehmen in Mission und Vision verankert – heute wird der Wert von börsennotierten Gesellschaften unter anderem an deren Engagement für Umwelt und Kreislaufwirtschaft bemessen. Aber zurück zum Steuerungsschrank und seinen digitalen Geräten: Um das Potenzial dieser vernetzten und Cloud-fähigen Komponenten heben zu können, müssen dedizierte Kenntnisse über Produktions-, Anlagen- und Gebäudedaten vorliegen. Diese werden mithilfe hochpräziser Messgeräte, Sensoren, Kameras oder Sonden aufgenommen. Während sich Sensoren, Kameras und Sonden vornehmlich an der Maschine oder in der Anlage befinden, haben Steuerungsgeräte ihren Platz ausschließlich im Gehäuse. Ein Weg raus aus dem engen und heißer werdenden Gehäuse ist die Dezentralisierung von beispielsweise Antrieben. Das spart zudem lange Kabelwege und reduziert Verlustleistungen. Bedeutet aber auch, dass Vernetzung und Kommunikation aller Geräte untereinander über die IoT-Ebene im Steuerungsschrank laufen.

F&B-Wunschzettel: Öle müssen fließen und Bänder laufen

Beispiel Großbäckerei: Hier müssen Öle oder Fette über lange Wegstrecken durch Rohre geführt werden. Um sowohl eine angemessen Fließgeschwindigkeit zu gewährleisten als auch Verklumpungen und Verstopfungen zu verhindern, ist eine gleichbleibende, hohe Temperatur erforderlich. Schon der Ausfall weniger Heizelemente kann schwerwiegende Beeinträchtigungen für den gesamten Produktionsprozess bedeuten. Die Temperatur wird von Sensoren vor Ort an den Rohren gemessen, die Ist-Werte hingegen im Steuerschrank gegen die Soll-Werte abgeglichen. Noch häufiger als Heizungen für Rohrleitungssysteme kommen bei vielen Lebensmittelproduzenten Förderbänder – beispielsweise zum Transport von vorportionierten Muffins – zum Einsatz. Treten hier Ausfälle ein, steht die Produktion meistens still. Und das kann teuer werden. Vier Stunden Produktionsausfall können in einer typischen Großbäckerei beispielsweise zwischen 40.000 bis 60.000 Euro Verlust bedeuten. Müssen dann auch noch Ersatzteile beschafft werden, kann sich die Reparatur leicht um einen weiteren Tag verzögern. Ein kostspieliges Ärgernis, das sich aber durch den Einsatz eines digitalen Lastmanagements wie TeSys island von Schneider Electric weitgehend vermeiden lässt. Ob Bandlauffehler, defekte Abstreifer oder Trommelverschleiß – mit TeSys island sind die zehn häufigsten Ausfallursachen bei Förderbändern zuverlässig vorhersagbar. Denn das Lastmanagement detektiert schon eine Veränderung der Lastströme und kann so einen gezielten Reparaturbedarf anzeigen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Diese vorausschauende Wartung erlaubt durch das engmaschige Monitoring eine hohe Maschinenverfügbarkeit über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Darüber hinaus gibt es immense Datenmengen, die zwar innerhalb einer Anlage schon existieren, aber wegen fehlender Intelligenz bislang nicht abgerufen und genutzt werden. Hier vermittelt TeSys island zwischen den Systemen und integriert unterschiedliche Datenquellen.

Bild 3 | Mit dem digitalen Lastmanagement TeSys Island sind die zehn häufigsten Ausfallursachen bei Förderbändern zuverlässig vorhersagbar.
Bild 3 | Mit dem digitalen Lastmanagement TeSys Island sind die zehn häufigsten Ausfallursachen bei Förderbändern zuverlässig vorhersagbar.Bild: Schneider Electric GmbH

Kundenwunsch steuert Produktion

Es sind aber nicht nur die Wünsche der F&B-Branche nach höherer Produktivität, die Planung, Installation und Programmierung solcher Steuerungsanlagen hochgradig komplex machen und Steuerungsbauer vor große Herausforderungen stellen. Weitere Gründe für die sehr detaillierte Planung sind gesetzliche Bestimmungen zu Hygiene, Nachverfolgbarkeit und Klimaschutz sowie veränderte Kundenansprüche. Denn besonders jüngere Verbraucher fordern neben einwandfreier Qualität heute vor allem Produkte, die möglichst individuell auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Das heißt, Losgrößen werden kleiner, Erzeugnisse individueller und Sortimente aufgrund saisonaler oder eventgesteuerter Angebote häufiger gewechselt – beispielsweise Schokoherzen zum Valentinstag oder Kürbisküchlein zu Halloween. Das verlangt einer Verpackungs- oder Portioniermaschine viel ab und stellt die klassische Batch-Produktion unter einen Stresstest. Ohne entsprechende digitale Helfer im Steuerungsschrank – etwa dem Lastmanagementsystem TeSys island oder der Modicon-Steuerung M262 von Schneider Electric – lassen sich diese Aufgaben nicht mehr lösen.

Energieeffizienz durch digitale Helfer

Eingebettet in die ganzheitliche Lösungsarchitektur EcoStruxure des Tech-Konzerns, ermöglichen TeSys Island und M262 eine durchgängige Datenkommunikation von der Messgeräte- und Sensorebene über die Steuerung bis hin zu softwarebasierten Analyse- und Servicetools – vor Ort ebenso wie über die Cloud. TeSys island kombiniert klassisches Schalten und Schützen mit intelligenter Verwaltung und Steuerung von Motoren und anderen elektrischen Verbrauchern. Zuvor meist vernachlässigte Maschinendaten können nun analysiert werden. Mit diesen Funktionen ausgestattet dient das Lastmanagement vor allem der Steigerung von Energieeffizienz und Flexibilität in der Produktion. Diese können nun weiter optimiert werden, da nicht mehr sporadisch oder nach festgeschriebenen zeitlichen Zyklen gewartet wird, sondern Performancedaten in Echtzeit erhoben und analysiert werden. Die Modicon M262 komplettiert die Lösung mit ihrer Motionfunktionalität für bis zu 16 synchronen Achsen. Zudem entpuppt sie sich als Raumwunder indem sie derzeit drei Geräte im Schaltschrank vereint: die Steuerung, VPN und Edge Gateway.

Fazit

Im Zusammenspiel mit anderen Komponenten wie dem aktiven Netzfilter AccuSine, den Energiezählern aus der PowerTag-Familie, dem Frequenzumrichter Altivar oder auch den Klimageräten ClimaSys von Schneider Electric steht dem Schaltanlagenbauer ein ganzheitlich abgestimmtes Portfolio für die moderne Steuerungsanlage in der Niederspannung zur Verfügung. Derart ausgestattet bedarf es dann auch keiner Mayday-Meldung mehr vom Maschinenraum zur Brücke. Vom Schaltschrankbauer mit hoher Expertise geplant und mit Hilfe digitaler Komponenten vorausschauend gewartet, kann die Anlage ihre Notrufe selbst absetzen.

www.se.com

Schneider Electric GmbH

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