Überwachungsgerät für Predictive Maintenance
Der Wächter für die Datenleitung
Die vorausschauende Wartung, auch Predictive Maintenance genannt, ist in der Smart Factory ein wichtiges Werkzeug, um ungeplante Maschinenstillstände zu vermeiden. Im Herbst 2021 hat Lapp die Neuheit Etherline Guard vorgestellt. Das Überwachungsgerät überwacht in ethernetbasierten Netzwerken der Automatisierungstechnik die Lebensdauer von ausfallgefährdeten Datenleitungen.
Bild 1 | Etherline Guard überwacht in ethernetbasierten Netzwerken der Automatisierungstechnik die Lebensdauer 
von ausfallgefährdeten Datenleitungen.
Bild 1 | Etherline Guard überwacht in ethernetbasierten Netzwerken der Automatisierungstechnik die Lebensdauer von ausfallgefährdeten Datenleitungen. – Bild: Lapp

Industrie 4.0 und Digitalisierung sollen die Wartung in den smarten Fabriken der Zukunft deutlich effizienter machen. Ein wesentlicher Faktor dabei ist die vorausschauende Wartung, die Sensordaten in Prozessen erfasst und auswertet und dadurch Rückschlüsse auf den tatsächlichen Verschleiß von Bauteilen ermöglicht. Das funktioniert auch bei Verbindungssystemen wie Leitungen oder Steckverbindern. Zwar können Leitungen oft viele Jahre problemlos verwendet werden, dennoch kann eine Überwachung von Verbindungssystemen sinnvoll sein, gerade bei hochdynamischen, anspruchsvollen Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten und starker Torsion. Schließlich lassen sich so unvorhergesehene Stillstände und Produktivitätseinbußen vermeiden.

Leistungsstarke Sensorik liefert wichtige Leistungsprognosen

Genau dafür hat Lapp die Lösung Etherline Guard entwickelt: ein stationäres Überwachungsgerät, das die Leistungsfähigkeit einer Datenleitung auswertet. Dies geschieht auf Basis von Daten, die eine Sensorik aus deren physikalischen Eigenschaften ermittelt. Die Echtzeit-Zustandsanzeige macht es möglich, die Verschleißgrenze einer Leitung zu erkennen und den bestmöglichen Austauschzeitpunkt im Voraus zu planen. Der Hersteller empfiehlt die neue Lösung vor allem für Datenleitungen gemäß Übertragungsstandard 100Base-TX nach IEEE802.3, aber auch für Ethercat-, Ethernet/IP- und 2-paarige Profinet-Anwendungen, wie zum Beispiel der Etherline Torsion Cat. 5 oder der Etherline PN Cat. 5 FD. Diese Leitungen sind häufig Teil von Schleppketten oder torsionsbehafteten Kabelführungen, wie sie in Roboterarmen vorkommen. Der Etherline Guard ist für die Hutschienenmontage vorbereitet und mit der Schutzart IP20 für den Montageort Schaltschrank vorgesehen.

Bild 2 | Lapp empfiehlt die neue Lösung vor allem für Datenleitungen gemäß Übertragungsstandard 100Base-TX nach IEEE 802.3, aber auch für Ethercat-, Ethernet/IP- und 2-paarige Profinet-Anwendungen.
Bild 2 | Lapp empfiehlt die neue Lösung vor allem für Datenleitungen gemäß Übertragungsstandard 100Base-TX nach IEEE 802.3, aber auch für Ethercat-, Ethernet/IP- und 2-paarige Profinet-Anwendungen. – Bild: Lapp

Zwei kompakte und einfach zu konfigurierende Varianten

Dabei ist das Gerät so groß wie eine Streichholzschachtel. Es wird mit 24 V DC betrieben, ist für einen Temperaturbereich von -40 bis +75 °C vorgesehen und gemäß DIN EN60529 vibrations- und schockfest. Das Gerät wird zwischen die kritische Anwendung bzw. der zu überwachenden Leitung und der Steuerungsseite in einen Datenleitungsknoten gesteckt. Die Inbetriebnahme von Etherline Guard ist ohne IT-Expertenwissen möglich. Sie erfolgt mit einer automatisierten und selbstlernenden Parametrisierung (Teach-In) in wenigen Minuten. Auch werden für die Anwendung keine fabrikneuen Datenleitungen oder Änderungen am Kabeldesign benötigt, ein Retrofit in die bestehende Netzstruktur ist jederzeit möglich. Der Etherline Guard ist als eine kabelgebundene LAN-Variante PM03T und als eine kabellose WiFi-Variante PM02TWA erhältlich. Dank der zwei Varianten und einem breiten Spektrum an diversen Anschlussmöglichkeiten kann der Anwender entscheiden, wie die benötigten Statusinformationen an die übergeordnete Prozessebene übertragen werden sollen. Am Gerät selbst kann der Kabelstatus an einer der rundum sichtbaren LED via Ampelsystem schnell erkannt werden: Sie leuchtet dauerhaft grün, wenn die Leitung perfekt funktioniert und sich innerhalb der Spezifikationen befindet. Meldet das Webinterface den gelben Bereich bzw. blinkt die Status-LED rot, sind bereits erste Verschleißerscheinungen eingetreten und es entsteht Handlungsbedarf – Prüfung, ggf. Austausch. Leuchtet die LED dauerhaft rot, ist das Ende der Lebensdauer erreicht, spätestens jetzt ist die Datenübertragung eingeschränkt.

Frühzeitige Alarmierung durch Algorithmus

Die patentierten Predictive Maintenance Algorithmen von Lapp erkennen Unregelmäßigkeiten in den analysierten Daten leicht und schnell. Die beiden digitalen Ausgänge Q1 und Q2 ermöglichen die Ausgabe des Kabelstatus als Schaltsignal oder als PWM moduliertes analoges Signal, wobei die Alarmschwelle für den Schaltausgang Q1 vom Anwender vorgegeben werden kann. Sowohl die LAN- als auch die WiFi-Variante können den Kabelstatus via MQTT ausgeben. So ist eine verlässliche IIoT-Kommunikation garantiert. Die Daten können ebenso per Nutzung des Access Points beispielsweise mit einem mobilen Endgerät ausgelesen werden. Weiterhin ist es möglich, sämtliche Daten über mehrere Jahre hinweg auf einer (micro) SD-Karte zu speichern. Die aktuelle Leistung der Datenleitung wird bei beiden Varianten in Prozent angegeben. Der Etherline Guard schlägt Alarm, wenn die Übertragungseigenschaften einer Leitung nachlassen und ein Ausfall drohen könnte. Die Alarmauslöseschwelle ist werkseitig auf 80 Prozent eingestellt, kann aber individuell zwischen 99 Prozent und 21 Prozent angepasst werden.

Bild 3 | Etherline Guard ist als eine kabelgebundene LAN-Variante PM03T und als eine kabellose WiFi-Variante PM02TWA erhältlich.
Bild 3 | Etherline Guard ist als eine kabelgebundene LAN-Variante PM03T und als eine kabellose WiFi-Variante PM02TWA erhältlich. – Bild: Lapp

Kundenwünsche bei Entwicklung entscheidend

Schon 2019 stellte Lapp auf der Hannover Messe einen ersten Prototypen von Etherline Guard vor. 2020 folgten Pilotprojekte bei drei Kunden aus Medizintechnik, Automotive und Intralogistik sowie beim Dienstleistungs- und Logistikzentrum von Lapp in Ludwigsburg. Das Entwicklerteam sammelte so wichtige Erkenntnisse, zum Beispiel zum Alterungsprozess von Ethernet-Leitungen. Dabei stellte sich etwa heraus, dass in den meisten Fällen, entgegen bisherigen Annahmen, nicht Drahtbrüche in Kupferleitern für das Ende der Lebensdauer einer dynamisch bewegten Datenleitung verantwortlich sind. Vielmehr entpuppte sich die Abnutzung und Veränderung in der Isolationsschicht als Grund für die Verschlechterung der Übertragungseigenschaften von Datenleitungen. Der Anbieter lernte auf diese Weise auch die Wünsche der Kunden besser kennen: So bevorzugen etwa viele Maschinenbauer bei IIoT-fähigen Geräten eine verdrahtete Lösung, nur wenige möchten eine funkgebundene. Daher entschied sich Lapp dafür, Etherline Guard sowohl mit als auch ohne Funkmodul anzubieten.

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