Condition Monitoring- IoT-Zustandsüberwachung in der Prozessindustrie

Industriekunden benötigen Einblicke in das Verhalten ihrer Anlagen, um die Wartung ihrer Produktionsanlagen proaktiv zu planen.

Bis vor kurzem hat sich die Automatisierung von Messungen und deren anschließende Analyse als zu kostspielig erwiesen. Condition Monitoring mittels IoT Technologien steckte noch in den Kinderschuhen.

Aus diesem Grund wurden nur die kritischsten Anwendungen überwacht und weniger kritische Geräte werden auch heute noch manuell gemessen. Dies hat mehrere Nachteile:

  • Manuelle Messungen werden nur selten durchgeführt. Im schlimmsten Fall werden Probleme nicht früh genug erkannt, was zu ungewollten Ausfallzeiten des betreffenden Prozesses führen kann.
  • Nicht alle Anlagen sind rund um die Uhr in Betrieb. In solchen Fällen ist die Planung der manuellen Messung selbst eine Herausforderung, und einzelne Messungen können ein falsches Bild vom Zustand der Anlage vermitteln.
  • Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden. Das Personal muss Zugang zu Installationsbereichen haben, die ein Sicherheitsrisiko darstellen können.

Bei einem manuellen Ansatz des Condition Monitoring sammelt der Endbenutzer bestenfalls Momentaufnahmen vom Verhalten seiner Anlagen. Im schlimmsten Fall werden diese manuell durchgeführten Messungen ad hoc in Dokumenten oder auf Papier festgehalten und nicht in ein System eingegeben, das eine tiefere Analyse der Betriebstrends ermöglicht. Damit geht eine wichtige Möglichkeit verloren, zugrundeliegende Muster zu erkennen und anstehende Anlagenprobleme vorherzusagen.

Was ist Condition Monitoring?

Die Zustandsüberwachung ist eine Weiterentwicklung der vorausschauenden Wartung oder proaktiven Wartung. Der Ursprung ist schwer zu definieren, aber die vorausschauende Wartung hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Heutzutage gilt sie als eine der innovativsten Lösungen für die Vorhersage von Maschinenausfällen und wird von einer Vielzahl von Industriesektoren genutzt.

Die vorausschauende Instandhaltung könnte in einem großen Industriesektor angewendet werden, wenn die Kosten für Schwingungssensoren wettbewerbsfähig sind. Dieser Vorteil reduziert die Kosten für Ausfälle im Vergleich zu den Investitionen in die Messgeräte und das Analysesystem. Zu Beginn waren die Systeme rudimentär und erforderten Fachpersonal für die Datenerfassung und die Analyse. Die Konvergenz von hochpräzisen Beschleunigungssensoren und die Fähigkeit, die Fourier-Transformation mit dem FFT-Algorithmus zu verarbeiten, ermöglichten die Entwicklung von schnellen Werkzeugen, die eine Diagnose über den tatsächlichen Zustand von Maschinen erstellen können.

Zuvor wurden Schwingungssensoren aufgrund ihrer Kosten und des Bedarfs an Fachpersonal nur bei wenigen Gerätetypen eingesetzt. Diese ersten Konzepte wurden durch andere neue Technologien wie Ultraschall, Thermografie, akustische Sensoren und Richtmikrofone ergänzt.

Der dienstleistungsorientierte Ansatz durch Industrie 4.0

Angetrieben durch die üblichen Verdächtigen des Wandels der Industrie 4.0, nämlich das Aufkommen allgegenwärtiger und preiswerterer Sensortechnologie in Verbindung mit Fortschritten in den Bereichen Telekommunikation und Cloud Computing, ergeben sich enorme Möglichkeiten für das Condition Monitoring: nützliche Betriebsdaten aus Anlagen können auf kostengünstige Weise generiert werden.

Durch den Einsatz von IoT-Geräten anstelle traditioneller automatischer Überwachungsansätze, die hohe finanzielle Investitionen erfordern, treiben wir eine Demokratisierung der Zustandsüberwachung voran.

Heute wird die entsprechende Technologie immer preiswerter. Sie lässt sich leicht und kostengünstig für neue Anlagen einsetzen oder in bestehenden Anlagen nachrüsten. Dies ist besonders attraktiv für die allgemeine Industrie, z. B. für Zellstoff- und Papierfabriken sowie für die Zucker-, Lebensmittel- und Düngemittelindustrie, wo konfigurierte Pumpen traditionell nicht mit solchen Optionen ausgestattet sind.

Systeme und Vorteile des Condition Monitoring

Ein Zustandsüberwachungssystem gibt den Wartungsbedarf vor, legt die Prioritäten für die zu überholenden Anlagen fest, insbesondere wenn die gesamte Produktionslinie nicht die erforderliche Leistung erbringt, und empfiehlt Korrekturmaßnahmen, um Ausfallzeiten zu vermeiden. Außerdem erleichtert es dem Wartungsteam die Arbeit, indem es schwer zugängliche Stellen an einem Kühlturm, Hochöfen in einem Stahlwerk, Verschließmaschinen in einer Abfüllanlage usw. fernüberwacht.

Die wichtigsten Vorteile eines Condition Monitoring Systems sind:
  • Senkung der Instandhaltungskosten – Eine kürzlich von den globalen Anbietern von Vibrationsüberwachungsdiensten durchgeführte Umfrage ergab, dass 90 % der Fertigungsindustrie Vibrationsüberwachungssysteme einsetzen, um Anlagen auf der Grundlage grundlegender, tatsächlicher Verschlechterungsmechanismen zu warten. Ein Echtzeit-Überwachungssystem spart potenziell 30 % der Wartungskosten.
  • Steigerung der Produktionskapazität – Ein Zustandsüberwachungssystem ermöglicht eine vorausschauende Instandhaltung und bietet ein besseres Verständnis des Anlagenzustands. Die Erfassung von Live-Daten, Trends und Datenanalysen der Anlagen hilft den Anlageningenieuren, die einzigartigen Eigenheiten jeder Anlage zu erkennen. Darüber hinaus verbessert die Planung der Wartung zur Vorbeugung von Ausfällen die Verfügbarkeit der Maschine, erhöht die MTBF (Mean Time Between Failure) und reduziert die Reparaturzeit, was zu einer Steigerung der Produktion führt.
  • Verlängerung der Lebensdauer von Anlagen – Die Verhinderung unerwarteter Abschaltungen schützt die physische Integrität der Anlage und vermeidet so Folgeschäden an den angeschlossenen Komponenten. Der Ersatzteilbedarf ist geringer, die Lebensdauer der Anlage höher. Die lange Lebensdauer der Geräte führt zu einer Verringerung der OPEX (Betriebskosten) und CAPEX (Notwendigkeit von Investitionen in neue Kapitalanlagen).
  • Verringerung des Ersatzteilbestands – Der klare Einblick in den Zustand der Ausrüstung fördert eine sorgfältige Planung von Ersatzteilen und Ressourcen. Dadurch werden die Zeit für Reparaturen, der Bedarf an überschüssigen Komponenten und zusätzliche Lagerbestände reduziert.
  • Verbesserte Zuverlässigkeit – Condition Monitoring in Verbindung mit Diagnoseservices erkennt die Ursache für abnormales Verhalten der Anlage und optimiert ihre KPIs. Die sofortigen Daten von Pumpen, Motoren, Lüftern und Getrieben sind von unschätzbarem Wert, und ihre Analyse minimiert zukünftige Defekte und Anlagenausfälle.

Fazit: Genaue Zustandsüberwachung in Echtzeit durch IoT

Die wichtigste Vision der neuen Ära ist die Möglichkeit, die das Internet der Dinge (loT) für eine genauere Überwachung und eine optimale Reaktion auf die physischen Geräte im System in Echtzeit bietet. Das Internet der Dinge (IoT), auch bekannt als Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, ermöglicht die Zustandsüberwachung aller Arten von Vermögenswerten in allen Sektoren und schafft damit ein technologisches Modell, das erhebliche neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnet.

Die kontinuierliche Überwachung von Umgebungsschwankungen bei wertvollen Anlagen ist erforderlich, um Anlagen vor widrigen Bedingungen zu schützen, den Betrieb und die Qualität zu verbessern und die Implementierung von vorausschauenden Wartungssystemen zu ermöglichen. IoT-Sensorlösungen in der Industrie führen heutzutage zur Entwicklung effizienter, innovativer und kostengünstiger Systeme für die Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung, die die Produktionseffizienz steigern, Ausfallzeiten reduzieren und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften unterstützen können.

Visual Merchandiser  ATLAS IoT Tech.

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