Druckluft ist ein wichtiger, aber teurer Energieträger für die Industrie. Leckagen verursachen hohe Verluste, bleiben jedoch oft unentdeckt. Ein Maschinenbauer hat mit einer modularen IoT-Lösung zur Druckluftüberwachung Transparenz geschaffen. Er erreicht damit Einsparungen, verbesserte Wartungsstrategien und eine nachhaltige Prozessoptimierung – ohne den Aufwand klassischer OT-Systeme.
IoT-Experte und Mitentwickler der Lösung ist die Perinet GmbH, die auf Basis von Standards eine durchgängige Infrastruktur von der Feldebene bis zur IT (auch in der Cloud) verwirklicht. Sie bietet damit eine direkte, smarte und sichere Anbindung von Sensoren und Aktoren an Cloud, Internet und Firmen-IT.
Die Herausforderung: Hoher Energieverbrauch durch Druckluft
Druckluft zählt zu den wichtigsten Energieträgern der Industrie. Sie treibt Pneumatikzylinder, Ventile, Werkzeuge, Greifer und Fördersysteme in Produktionsanlagen an. Sie eignet sich auch für kritische Umgebungen, weil bei ihrem Einsatz keine elektrischen Funken entstehen. Leider zählt sie gleichzeitig zu den teuren Energieträgern: bei ihrer Erzeugung ist der Energieaufwand hoch und zusätzlich neigen Druckluftgeräte zu Leckagen.
Ein Hersteller aus dem Maschinenbau hatte deshalb regelmäßig einen erhöhten Energieverbrauch und dadurch steigende Energiekosten. Leckagen blieben über lange Zeiträume unbemerkt und führten zu erheblichen Folgekosten. Hinzu kamen Schwierigkeiten bei der gezielten Planung von Wartungsmaßnahmen, da verlässliche Daten über den Zustand des Druckluftnetzes fehlten. Das erhöhte das den Handlungsdruck deutlich.
Der Hersteller suchte deshalb eine Möglichkeit zur Druckluftüberwachung, um Leckagen zu erkennen und damit Einsparpotenziale zu erschließen. Er wollte aber den Einsatz von komplexen OT-Systemen wie SCADA vermeiden. Ihre Nachteile: Hohe Lizenzkosten und geringe Flexibilität. Ziel war es, den Implementierungsaufwand gering zu halten und eine einfache Integration in bestehende IT-Strukturen zu ermöglichen. Das Unternehmen hat Perinet und Zentinel NDS beauftragt, eine speziell angepasste Lösung zu entwickeln.
Herausforderungen im Überblick
- Druckluftverluste bleiben oft unentdeckt und führen zu hohen Energiekosten.
- Wartungsmaßnahmen sind ohne Datenlage schwer planbar.
- Klassische OT-Lösungen sind teuer und schwer zu integrieren.
- Der Aufwand für systemübergreifende Anbindung ist hoch.
Die Lösung: Durchgängige Erfassung mit IoT-Komponenten
Die Druckluftüberwachung geschieht mit einer modularen IoT-Lösung auf Basis intelligenter Komponenten. Sie erfassen kontinuierlich Messwerte von Druck- und Durchflusssensoren entlang der gesamten Druckluftleitungen. Alle gesammelten Daten werden lokal in einer SQL-Datenbank zwischengespeichert und in einem webbasierten Dashboard visualisiert.
Digitale Architektur mit Adapter, Server und SPE
Die IOT-Druckluftüberwachung kombiniert Single Pair Ethernet (SPE), einen IoT-Adapter, einen Edge-Server sowie eine SQL-Datenbank und ein Dashboard.
Der ZentNode AL-Adapter ist eine intelligente Netzwerklösung für die industrielle Datenerfassung. Er überwacht analoge Signale wie Füllstand, Druck oder Temperatur und wandelt diese in digitale Messwerte um. Das System berechnet automatisch Maximum-, Minimum- und Durchschnittswerte und sendet sowohl Momentan- als auch berechnete Werte über MQTT.
Der ZentEdge-Server ist ein robuster Edge-Computer, der die Maschinendaten aus ZentNode sammelt, speichert und verarbeitet. Sie werden in der SQL-Datenbank von ZentEdge gespeichert und über Standard-IT-Protokolle für Ihre bestehenden Systeme zugänglich gemacht. ZentEdge dient als Brücke zwischen Betriebs- (OT) und Informationstechnologie (IT) und nutzt dafür Single Pair Ethernet (SPE).
Single Pair Ethernet (SPE) übernimmt die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten. Es ermöglicht die Datenübertragung mit 100 Mbps und die Stromversorgung über ein einziges Kabel, wodurch der Installationsaufwand erheblich verringert wird. SPE macht komplexe Gateways überflüssig und erlaubt die Integration industrieller Geräte in IT-Netzwerke mit Standardprotokollen wie HTTPS und MQTT oder über eine REST-API. Die gesamte Datenübertragung ist zudem durch mTLS-Zertifikate abgesichert.
Visualisierung, Analyse und Prozessverbesserung
Ein intuitiv bedienbares Dashboard ermöglicht für die IoT-Druckluftüberwachung sowohl Echtzeiteinblicke als auch die Analyse historischer Datenreihen. Dabei werden beispielsweise Druckverläufe, Durchflussmengen und Leckage-Häufigkeiten dargestellt.
Mit der IoT-Druckluftüberwachung lassen sich ineffiziente Nutzungsmuster, Leckagen oder anormale Druckverläufe gezielt identifizieren und systematisch beseitigen. Das bewirkte im Unternehmen eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz, ohne dass bestehende Abläufe oder Produktionsprozesse angepasst oder unterbrochen werden mussten.
Auch die Instandhaltungsstrategie wurde angepasst: Statt reaktiver Maßnahmen sind nun vorausschauende Eingriffe möglich, die ungeplante Stillstände reduzieren und Wartungsressourcen effizienter nutzen. Die gesteigerte Datenverfügbarkeit erlaubt außerdem eine kontinuierliche Optimierung der Systeme über längere Zeiträume hinweg.
Breite Einsatzmöglichkeiten in der Industrie
Die Software und Hardware zur IoT-Druckluftüberwachung ist in der Praxis äußerst vielseitig. Sie eignet sich für viele unterschiedliche industrielle Bereiche.
- In der Automobilfertigung dient sie der Überwachung von Lackierstraßen und Montagelinien und der Steuerung von Robotergreifern, Hebesystemen und Prüfständen.
- In der Stromerzeugung unterstützt sie die Steuerung von Druckluftsystemen für Generatoren, etwa zur Kühlung, Reinigung oder als Antrieb für pneumatische Ventile.
- In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie ermöglicht sie die Prozesskontrolle bei der Pasteurisierung, Homogenisierung oder Medikamentenherstellung, wobei Hygieneanforderungen und Druckkonstanz eine zentrale Rolle spielen.
- Darüber hinaus ist der Einsatz in der Kunststoffverarbeitung, bei Verpackungsmaschinen oder in der Elektronikfertigung von hoher Relevanz. Dort sorgen pneumatische Systeme für präzises Positionieren und Dosieren.
- In der pharmazeutischen Industrie trägt das System dazu bei, durch präzisere Druckregelung eine gleichmäßigere Qualität der Zwischenprodukte zu erzielen.
In all diesen Einsatzfeldern trägt die IoT-Druckluftüberwachung dazu bei, Ressourcen gezielter einzusetzen, Energie zu sparen und Produktionsprozesse zuverlässiger zu gestalten. Darüber hinaus bietet die gewonnene Datengrundlage Potenzial für weiterführende Anwendungen wie die Einbindung in Energiemanagementsysteme nach ISO 50001 oder die Nutzung für Kennzahlensysteme im Nachhaltigkeitscontrolling.
Das Ergebnis: Nachhaltige Einsparungen mit Erweiterungspotenzial
Die vorgestellte Lösung zur IoT-Druckluftüberwachung bietet Unternehmen moderne IoT-Technologie mit Industrietauglichkeit. Sie zeigt, wie sich energieintensive Prozesse effizienter gestalten lassen, ohne aufwendige OT-Infrastrukturen oder proprietäre Systeme. Im Ergebnis konnte der Maschinenbauer seine Druckluftversorgung analysieren, Leckagen identifizieren und damit den Energieverbrauch spürbar senken.
Die Software hat breites Potenzial für die Weiterentwicklung. Durch die Einbindung in Energiemanagementsysteme oder in übergeordnete Produktionskennzahlensysteme kann der gewonnene Datenbestand sämtliche Positionsprozesse optimieren. Auch eine Erweiterung auf weitere Standorte oder zusätzliche Infrastrukturen ist denkbar.
Ergebnisse im Überblick
- Leckagen werden systematisch erkannt und beseitigt.
- Energieverbrauch sinkt ohne Eingriff in Produktionsprozesse.
- Wartung erfolgt vorausschauend und effizient.
- Daten bilden die Basis für langfristige Optimierung.
