Balluff entwickelt für Ziehl-Abegg eine Plug-and-Play-Lösung zur Zustandsüberwachung älterer Maschinen, die über keine Konnektivität verfügen. So gelingt auch im Brownfield der Einstieg in das IIoT.
Die Ziehl-Abegg SE ist ein deutscher Hersteller von Ventilatoren für Luft- und Klimatechnik sowie Antriebsmotoren für Aufzüge. Wie viele Hersteller verwendet Ziehl-Abegg neben modernen Anlagen auch Bestandmaschinen, die noch nicht IoT-fähig sind, und möchte diese ebenfalls in das IIoT integrieren. Dafür suchte das Unternehmen einfache Plug-and-Play-Lösungen, um sie an jeder seiner weltweiten Fertigungsstätten anwenden zu können. Der Technologiepartner für diese Aufgabe ist Balluff, ein langjähriger Partner und weltweiter Anbieter für alle Bereiche der Automation und einer der großen Hersteller von Sensor- und Automatisierungslösungen.
Die Herausforderung
Ausgangslage ist ein heterogenes Brownfield: Die einzelnen Maschinen des fraglichen Maschinenparks haben sehr unterschiedliche Entwicklungsausprägungen. Im vorliegenden Use Case handelt es sich um Kunststoffspritzgussmaschinen, die Ventilatorbauteile bei Ziehl-Abegg produzieren. Die neuen Maschinen liefern zum Teil bereits Massen an Daten – andere Maschinen sind älter und haben die Daten tief in ihren Steuerungen „vergraben“, so dass diese erst einmal von dort gewonnen werden müssen. Zur Heterogenität kommt eine gewachsene und komplizierte IT-Struktur hinzu. Die Konnektivität jeder Maschine muss aber zwingend im Einklang mit der IT-Security hergestellt werden.
Gewünscht war ein möglichst einfaches System zur Anlagenüberwachung ohne zusätzliche Steuerung (SPS), die die Daten abgreift. Das sollte einmal konfiguriert und dann für alle Werke ausgerollt werden können – also global und unabhängig von der jeweiligen IT-Struktur funktionieren. Dabei sollte es ein wirkliches Plug-and-Play System sein: Auspacken, anstecken und starten.
Die Lösung
Die Lösung bietet Balluff mit seinem Portable Monitoring System: ein cloudbasiertes Gesamtpaket für die Zustandsüberwachung der Produktionsanlagen, bereits ab Werk vorkonfiguriert und dadurch schnell und einfach implementiert. Das batteriebetriebene System bietet einen einfachen Einstieg in das Thema Condition Monitoring durch besonders geringe Komplexität: benötigt wird nur ein Sensor zur Datengenerierung, ein Gateway zur Datenübertragung und eine Software zur Visualisierung der Daten.
Der Sensor überwacht dezentrale Maschinen und Aggregate, also definierte Einzel-Assets. Dabei misst er Temperatur, Vibration, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit – das sind die wichtigsten Werte, die man braucht, um eine Maschine zu überwachen. Beim Portable Monitoring System finden alle Messungen in einem Gerät, dem Balluff Condition Monitoring Sensor, statt, so dass man nicht vier verschiedene Sensoren braucht. Für die Installation sind keine Vorkenntnisse erforderlich. Balluff verspricht, dass die Hardware in unter zehn Minuten in Betrieb genommen werden kann. So hat es bei Ziehl-Abegg auch funktioniert: Das Paket kam, es war nur der Sensor auszupacken und mit einem User Account in der Cloud anzumelden – in der Regel Microsoft Azure. Der Sensor ist mit industrietauglichen Steckverbindungen versehen und kann leicht mit dem Gateway verbunden werden. Das Gateway ist eine Box mit Abmessungen von rund sechs Zoll, also so groß wie ein normales Smartphone. Es gibt nur einen Knopf, den man einschaltet, um den Sensor und die Datenübertragung zu aktivieren. Der Sensor wird mit einer Magnethalterung an der Maschine befestigt, aber vorher oft spielerisch erst einmal an verschiedenen anderen Stellen ausprobiert. Da das Gateway die Daten mit einer Datenrate von bis zu 1/Sekunde über Mobilfunk (2G/LTE/NB-IoT) sendet, werden bereits zwei Minuten nach Einschalten die Daten gesendet und sind auf dem Software-Dashboard sichtbar. Da zeigt sich auch der Vorteil der Datenhaltung in der Cloud und des Remote Zugriffs auf die Daten über einen Webbrowser: Die Daten sind sofort von jedem Ort der Welt aus abrufbar.
Die Analyse der Daten erfolgt durch den Anwender selbst, aber standardmäßig steht eine softwareseitige Unterstützung durch Schwellwerteinstellung und Alarme zur Verfügung. Diese Warnungen werden auf das Dashboard oder per E-Mail gesendet. Nach der Auswertung der gewonnenen Daten können Aussagen über den Zustand der Maschinen und Anlagen getroffen werden. Zusammen mit den Warnmeldungen schafft dieser Datenpool die Voraussetzung für Predictive Maintenance.
Das Ergebnis
Durch die kompakte Bauform des Sensors und die gewählten Steckverbindungen ist das System industrietauglich. Da der Sensor die Maschine laufend überwacht sind keine zusätzlichen Personaleinsätze hierfür nötig. Die aufgerufenen Systemkosten von unter 1000 Euro amortisieren sich daher in sehr kurzer Zeit. Das System ist als echte All-in-One Lösung besonders anwenderfreundlich und einfach per Plug-and-Play zu implementieren.
Es sind zudem keine Eingriffe in die Maschine oder die Steuerung nötig – dieser Sensor wird nur mechanisch von außen angebracht. Deshalb wird auch keine neue CE-Bewertung nötig, was weiteren Aufwand und Kosten erspart. Die Lösung ist vollkommen flexibel und ermöglicht es für einen ersten Überblick auch, mit dem Sensor erst einmal verschiedene Maschinen nacheinander eine Zeitlang zu scannen.
Durch eine Analyse der gesammelten Daten lassen sich im nächsten Schritt Lösungen zur Predictive Maintenance verwirklichen: Durch Zustandsüberwachung können Veränderungen, wie etwa Abnutzungen an einzelnen Komponenten, schneller erkannt und die Maschinenwartung besser koordiniert werden. Insofern ist das Tool ein echter IIoT-Enabler, weil es darum geht, auch bei älteren Maschinen bestimmte Daten überhaupt erst einmal zur Verfügung zu haben.
Weitergedacht bietet die umfangreiche Nutzung von Condition-Monitoring-Systemen zukunftsgerichtete neue Möglichkeiten und Potentiale für Maschinenhersteller wie innovative Preis- und Geschäftsmodelle durch eine nutzungsabhängige Vergütung auf Basis des Datenpools, eine datenbasierte Optimierung des Produktlebenszyklus bis hin zur Monetarisierung des Datenpools.
