Autor: Firma Baumüller

Ohne Sensor: Servoantrieb mit integriertem Condition Monitoring

Ohne Sensor: Servoantrieb mit integriertem Condition Monitoring

Condition Monitoring-Lösungen sorgen in vielen Maschinen für eine regelmäßige Zustandsüberwachung. Ein Verschleiß an Motoren kann damit rechtzeitig erkannt und ein Maschinenstillstand vermieden werden. Wird diese Funktion via Sensor ausgeübt, kann dies allerdings je nach Maschinentyp und Anzahl der eingesetzten Motoren, wie z.B. bei einer Textilmaschine, schnell sehr kostspielig werden.

Der Antriebs- und Automatisierungsspezialist Baumüller hat jetzt eine neue Softwarelösung entwickelt, mit der Condition Monitoring ganz ohne Sensor umgesetzt werden kann. Die Software Drive-based Condition Monitoring wird direkt in den Servoregler integriert und ist daher gut nachrüstbar. Die antriebsbasierte Softwarelösung ist eine weitere intelligente Funktion aus dem Baumüller SmartValue-Softwarebaukasten. Diese hilft dabei, die Energiebilanz in der Produktion zu verbessern und die Herstellkosten zu senken. Mit Baumüller SmartValue bietet Baumüller zahlreiche antriebsintegrierte Lösungen, um beispielsweise den Energieverbrauch des Antriebssystems zu erfassen, zu dokumentieren und zu optimieren.

Überwachungsfunktion im Drive ohne Sensor

Die neue Funktion nutzt zur Überwachung der Mechanik wie Motor, Lüfter und Hydraulik-Pumpe vorab aufgezeichnete und analysierte Prozessparameter aus Strom- und Drehzahlsignal als Referenzwerte. So können dann anhand einer FFT-Analyse Veränderungen im Schwingungsspektrum erkannt werden. Diese Vibrationen können u.a. auf Unwucht oder fehlerhafte Ausrichtung zurückzuführen sein.

Wird im Betrieb eine signifikante Abweichung vom Referenzwert erkannt, kann rechtzeitig ein Fehlersignal ausgegeben werden. Für den Motor ist damit eine geplante Wartung möglich und einer weiteren Beschädigung oder einem Ausfall der Maschine wird vorgebeugt. Die Zeitabstände für die Vergleichsmessungen können je nach Kundenwunsch und Applikation in einem festen Intervall oder auch on demand ausgeführt werden. Die Überwachung erfolgt anhand einstellbarer Warn- und Fehlerschwellen. Der Maschinenbauer kann die Messungen für neue Geschäftsmodelle im Bereich daten-getriebene Zusatz-Services nutzen.

Antriebsintegrierte PLC ermöglicht Condition Monitoring

Die Umrichter der b maXX 5000/6000-Familie sind mit der integrierten performanten Steuerungsplattform b maXX-softdrivePLC ausgestattet. Diese ermöglicht es, Steuerungsfunktionalitäten und eine individualisierte API direkt im Drive aufzuspielen. Programme können so hochsynchron zum Reglertakt ablaufen. Baumüller hat diese Intelligenz im Drive auch bei seiner neuen Condition Monitoring-Lösung genutzt und lässt die Funktion in der Firmware laufen. Die Intelligenz wandert damit in den Antrieb. Ein externer Sensor ist je nach Anwendungsfall nicht zwingend nötig. Dies spart den Aufwand für eine separate Verdrahtung und reduziert die Kosten.

Auslesbare Kennwerte

Die neue Software Drive-based Condition Monitoring kann in verschiedene Varianten integriert werden. In einer einfachen Version gibt der Umrichter einen Sammelwert aus Temperatur, Leistung und Schwingungsanalyse des Motors. Diese kann in der Visualisierung beispielsweise als Rot-/Grün-Anzeige verdeutlicht werden.

Für tiefergehende Informationen kann die Software weitere Werte, wie z.B. historischer Verlauf, Crest-Faktor (Verhältnis von Spitzen- zu Effektivwert) sowie Kurtosis-Faktor für die Anzahl der Transienten/Ausreißer im Schwingungssignal und Standardabweichung zur Verfügung stellen. Bei einer Veränderung der Stromschwingungen wird dann genau der Wert ausgegeben, der vom Referenzwert abgewichen ist. Der Funktionsumfang kann zudem um die Auswertung eines externen Beschleunigungssensors erweitert werden. Dieser kann frei an einer Mechanik positioniert werden und die dabei gemessenen Werte noch zusätzlich analysieren.

Die Schadenskennwerte können optional zudem auf einem übersichtlichen Dashboard ausgegeben werden.

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Über die Baumüller Gruppe

Baumüller mit Stammsitz in Nürnberg ist ein führender Hersteller elektrischer Antriebs- und Automatisierungssysteme. An den Produktionsstandorten in Deutschland, Tschechien, Slowenien und China sowie in über 40 Niederlassungen weltweit entwickeln und produzieren rund 2.000 Mitarbeiter intelligente Systemlösungen für den Maschinenbau und die E-Mobilität.

Zusätzlich umfasst das Dienstleistungsspektrum der Baumüller Gruppe Engineering, Montage und Industrie-Verlagerung sowie Services und deckt somit das komplette Life Cycle Management ab.

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Ostendstraße 80-90
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Fertiges Subsystem für die industrielle Schredder-Steuerung

Fertiges Subsystem für die industrielle Schredder-Steuerung

Industrielle Schredder zerkleinern Materialien aus Kunststoff, Holz, Metall und Abfall schnell auf eine gewünschte Größe. Jeder Schredder besteht je nach Anforderung aus unterschiedlichen Komponenten, die effizient betrieben werden sollen, ohne dass die Maschine Schaden nimmt. Neben einer robusten Hardware ist dafür ein umfangreiches Softwarepaket für die Steuerung des Schredders nötig. Die Software-Programmierung erfordert jedoch entsprechendes Know-how und bindet Kapazitäten beim Hersteller.

Mit dem Software-Template Motion-Axis Shredder bringt der Nürnberger Automatisierungsspezialist Baumüller ein Template für die Recycling–Branche auf den Markt. Die Entwickler sparen damit insbesondere in der Startphase des Projekts viel Zeit und können sich voll auf die Prozessprogrammierung konzentrieren. Das Template enthält einen großen Teil der benötigten Maschinenfunktionen sowie neben Motion-Bausteinen zur Ansteuerung der Servomotoren auch Vorlagen für die Maschinenvisualisierung und Funktionen wie EtherCAT-Diagnose, Inbetriebnahme-Modus, Lastausgleich und Wasserkühlungssteuerung.

Das fertig programmierte Subsystem enthält häufig benötigte Maschinenfunktionen für die Zerkleinerung und kann unkompliziert in die Schredder-Steuerung eingespielt werden. Die Bewegungen müssen damit lediglich noch parametriert werden. So muss sich der Maschinenprogrammierer bei der Entwicklung nicht mehr mit den Basics beschäftigen. Für den Maschinenbauer bedeutet dies eine schnellere Time to Market sowie deutlich reduzierte Entwicklungsaufwendungen.

Das Softwarepaket eignet sich für Einwellen- und Zweiwellen-Zerkleinerer mit oder ohne Zuführung und ist in verschiedene Hardware-Konzepte integrierbar.

Vorlage mit allen grundlegenden Funktionen der Bewegungsführung

Neben der verkürzten Entwicklungszeit profitieren Maschinenhersteller mit dem Software-Template Motion-Axis Shredder zudem von der Technologie-Erfahrung aus der Recycling-Branche. So ist beispielsweise der Betrieb von zwei Motoren mit Lastausgleich an einer Welle schon vorprogrammiert. Der Kunde muss lediglich die vorhandene Kommunikationsschnittstelle integrieren und kann dann u.a. direkt über einen Drehzahlsollwert die Schredderwellen steuern. Maximal können mit dem Maschinen-Template zwei Zerkleinerungseinheiten mit jeweils zwei Doppelwicklungsmotoren sowie einem Motor für den Vorschub gesteuert werden.

Als Schnittstelle für die Übertragung von Daten an eine übergeordnete Steuerung zwischen verschiedenen Teilnehmern wie z.B. Visualisierung oder Edge Controllern ist ein EtherCATGateway (z.B. Ethernet IP/EtherCAT-Slave) sowie ein OPC UA-Server vorhanden. Weitere Schnittstellen können auf Anfrage ergänzt werden.

Vorlage für Maschinenvisualisierung und verbesserte Diagnosemöglichkeiten

Das Template Motion-Axis Shredder enthält neben den notwendigen Motion-Bibliotheken u.a. auch allgemeine Vorlagen für die Umsetzung der Visualisierung. So kann die Bedienoberfläche beispielsweise zur Diagnose des aktuellen Template-Status oder zur Kontrolle der Schnittstellen-Werte genutzt werden. Ein Handmodus zum Einrichten der Steuerung oder zum Testen des Subsystems lässt sich darüber ebenfalls aktivieren. Damit kann das Subsystem autark und ohne Verbindung zur übergeordneten Steuerung bedient werden.

Ebenfalls im Template enthalten ist eine Funktion für die Inbetriebnahme. Sind beispielsweise zwei Motoren mechanisch an einer Schredderwelle gekoppelt, können damit beide Motoren separat angesteuert und somit auch die Schredderwelle mit nur einem Motor betrieben werden. Die Funktion ist v.a. für Testzwecke sehr hilfreich.

Durch den Einsatz von entsprechenden Fernwartungslösungen kann zudem eine Remoteverbindung auf die Steuerung aufgebaut werden. So kann im Servicefall von überall weltweit und unter Berücksichtigung höchster Sicherheits-Standards auf die Maschine zugegriffen werden.

Fazit
Mit seinen Software-Template geht Baumüller seit vielen Jahren konsequent den Schritt in Richtung Komplettanbieter. Die Systemlösung für Schredder umfasst neben dem Softwarepaket das komplette Hauptantriebssystem mit High-Torque Motoren, Servoumrichter und Netzwechselrichter inklusive Schaltschrankbau sowie die Steuerungstechnik mit Hardware.

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Modulares Engineering für bahnverarbeitende Maschinen

Modulares Engineering für bahnverarbeitende Maschinen

Mit dem Software-Template Web & Foil bringt der Nürnberger Automatisierungsspezialist Baumüller ein weiteres Template auf dem Markt, welches speziell für bahnverarbeitende Maschinen genutzt werden kann.

Mit den Software-Templates von Baumüller sparen Entwickler eine Menge Zeit: Die Templates enthalten einen großen Teil der benötigten Funktionen sowie neben Motion-Bausteinen auch Vorlagen für Funktionen wie Alarmhandling oder vorbereitete Visualisierungen. So muss sich der Maschinenprogrammierer bei der Entwicklung nicht mehr mit den Basics beschäftigen, sondern kann die eingesparte Zeit voll für die Prozessprogrammierung verwenden. Mit dem Software-Template Web & Foil, speziell für bahnverarbeitende Maschinen, erweitert Baumüller seine Maschinen-Templates um ein weitere Branchenlösung.

Bahnverarbeitende Maschinen verfügen in der Regel über eine virtuelle Leitachse, auf die sich die weiteren Antriebe der einzelnen Prozessschritte aufsynchronisieren. Eingesetzt werden kann das Template für Maschinen und Anlagen in der Papier- und Folienherstellung, z.B. in Folienbeutel-, Wellpappe-, Faltschachtel- und Druckmaschinen.

Der Vorteil: Komplettes Template statt einzelne Bibliotheken

Viele Automatisierungsanbieter liefern lediglich die einzelnen Bibliotheken für das jeweilige Software-Projekt. Das Template Web & Foil hingegen enthält neben den notwendigen Bibliotheken z.B. auch allgemeine Vorlagen für die Umsetzung der Visualisierung oder das Fehlermanagement.

Neben den Basis-Funktionen sind im Software-Template Web & Foil auch Maschinen-Funktionen enthalten.

Basis-Funktionen

Die Basis-Funktionen müssen vom Entwickler nicht neu aufgebaut werden, sondern werden direkt ausgewählt und parametriert. Routineaufgaben wie das Instanzieren von Motion-Bausteinen oder die Verknüpfung von Variablen mit den Bausteinen fallen weg.

  • Virtueller Master – Leitachse, auf die sich die anderen Antriebe innerhalb der Maschine aufsynchronisieren können. Die Funktion wird über den Funktionsbaustein MC_MasterEngine abgebildet.
  • Kurvenscheiben – Vorgegebene Bewegung einer Slave-Achse in Abhängigkeit der Position des virtuellen Masters. Hier können natürlich sowohl dynamische, ruckbehaftete Profile, als auch ruckbegrenzte Bewegungsprofile abgebildet werden.
  • Rezeptmanagement – Management der produktbezogenen Einstellungen an der Maschine. Mit dieser Funktion können die Einstellungen gespeichert, geladen, bearbeitet und exportiert werden.
  • Benutzerlevel-Management – Jedem Benutzer können unterschiedliche Rechte zur Bedienung und zum Zugriff auf Funktionen und Einstellungen der Maschine gegeben werden.
  • Monitoring – Überwachen der einzelnen Maschinenmodule, beispielsweise Überwachung des Zustands der Ein-/Ausgänge, des Feldbusses oder bestimmter Werte anhand einer grafischen Auswertung (z.B. Temperatur Servomotor).
  • Alarmhandling – Maschinenfehler werden gesammelt und angezeigt. Diese können über die Visualisierung nach der Behebung quittiert werden.
  • Handbetrieb – Die einzelnen Motoren können auch im Handbetrieb verfahren werden, etwa beim Material- oder Formatwechsel.

Maschinen-Funktionen

In den Templates sind häufig verwendete Maschinenfunktionen aus der Papier- und Folienverarbeitung enthalten. Diese müssen nur noch auf die jeweilige Anwendung angepasst werden.

  • Flügelrad – Ist die Verbindung zwischen Schweißeinheit und Folienablage. Im Template sind dafür Bausteine vorgesehen, welche den Betrieb über Kurvenscheiben ermöglichen.
  • Registerregelung – Enthalten sind die Bausteine für die Druckmarkenerkennung. Daraus aufbauend kann die Registerregelung maschinenspezifisch umgesetzt werden.
  • Nockenschaltwerk – Steuerung von beispielsweise zeitgesteuerten oder positionsgesteuerten Nocken inklusive Totzeitkompensation.
  • Heizbalken – Die Temperaturregelung für die Heizbalken ist enthalten.
  • Schneiden – Je nachdem wie die Schneideinheit mechanisch ausgeführt ist, besteht hier die Möglichkeit diese Funktion über verschiedene Technologien umzusetzen.
  • Zuführung – Material wird in die Maschine gefördert.
  • Stapeln – Die Folienablage kann ebenfalls über bereits vorhandene Kurvenscheibenfunktionen umgesetzt werden. Auch eine Positionierung über Positionierbausteine wäre möglich.

Mit dem Software-Template Web & Foil für bahnverarbeitende Maschinen sparen Entwickler insbesondere in der Startphase des Projekts viel Zeit und können sich so besser auf die wichtigen Maschinenfunktionen konzentrieren. Das bedeutet für den Maschinenhersteller eine schnellere Time-to-Market sowie deutlich reduzierte Entwicklungsaufwendungen.

Baumüller mit Stammsitz in Nürnberg ist ein führender Hersteller elektrischer Antriebs- und Automatisierungssysteme. An den Produktionsstandorten in Deutschland, Tschechien, Slowenien und China sowie in über 40 Niederlassungen weltweit entwickeln und produzieren rund 2.000 Mitarbeiter intelligente Systemlösungen für den Maschinenbau und die E-Mobilität.

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