Maßgeschneidert per App

Neue Plattform für pneumatische Automatisierungstechnik ergänzt standardisierte Hardware durch Software-Apps

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07.09.2017 „Flexibilität“ und „Losgröse 1“ sind die Buzzwords, wenn es um den Nutzen der Digitalisierung und Industrie 4.0 geht. Digitalisierung ermöglicht auch, dass bewährte und bereits jetzt leicht beherrschbare Technologien noch einfacher, vielseitiger und flexibler werden in ihren Anwendungen. Mit dem neuen Motion Terminal hat Festo dies nun für die pneumatische Automatisierungstechnik umgesetzt.

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Entscheider-Facts für Planer und Betreiber

  • Automatisierungssysteme zu planen, ist meist ein sehr individueller Vorgang, der nicht nur Kosten verursacht, sondern auch die Komplexität im Betrieb und bei der Wartung erhöht.
  • Mit einer neuen Plattform für pneumatische Automatisierungstechnik geschieht die Individualisierung nun nicht mehr auf der Hardware-, sondern auf der Softwareseite.
  • Über 50 verschiedene pneumatische Funktionen werden dabei auf nur einer Hardwareplattform abgebildet und über Apps individuell aktiviert.

FMT_Eine-Hardwareplattform_Alternativbild

Die neue pneumatische Automatisierungsplattform nutzt für alle Anwendungen eine einzige Hardwareplattform. Bilder: Festo

FMT_Motion-Apps

Individuelle Funktionen werden bei Nutzung derselben Hardware durch unterschiedliche Motion Apps realisiert.

Durch eine konsequente Trennung von Hardware- und Software-Funktionen im Motion Terminal wird ein Höchstmaß an Flexibilität in allen Phasen des Lebenszyklus einer Anlage erreicht. Die Funktionsintegration beruht auf einer standardisierten Hardware die mit individuellen Software-Apps kombiniert wird. Die individuelle Funktion dieser Hardware wird über die Installation von einer oder mehreren Apps realisiert. Dadurch sinkt die Komplexität im Engineering, im Betrieb und in der Instandhaltung.

Piezotechnologie, integrierte Hub- und Drucksensorik, gepaart mit der Ansteuerung über so genannte Motion Apps, eröffnen Maschinen- und Anlagenbauern neue Perspektiven. Die integrierte Sensorik für Regelung, Diagnose und selbstlernende Aufgaben erspart Zusatzkomponenten. Durch die konsequente Trennung von Mechanik, Elektronik und Software können über 50 verschiedene pneumatische Funktionen auf nur einer Hardwareplattform abgebildet und über Apps individuell aktiviert werden. Das app-gestützte Ventil beinhaltet neun verschiedene Ventilfunktionen, sechs verschiedene Druckregelventile, drei Proportional-Wegeventile, zwei Proportional-Durckregelventile, einen elektrischen Antrieb, fünf Komponenten für Soft-Stop sowie acht Drucksensoren, zwei Stoßdämpfer und Drosselventile für Zu- und Abluft. Das Konzept zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

  • reduzierte Komplexität und damit Kosten in Engineering und Beschaffung durch eine Hardwareplattform für alle Anwendungen,
  • reduzierte Ersatzteilhaltung und damit reduzierte Kosten, vereinfachte Wartung und Instandhaltung durch eine Hardwareplattform,
  • Flexibilität in der Produktion und bei Anlagenmodifikationen: bei konstanter Hardware werden neue Funktionen durch Aufspielen neuer Apps realisiert.

Basistyp für Grundfunktionen nach und nach per App-Installation ausbauen

Zunächst stehen zehn Funktionen über Motion Apps zur Verfügung. Diese reichen von der einfachen Änderung der Wegeventilfunktionen bis zu energieeffizienten Bewegungen, vom proportionalen Verhalten bis hin zur Diagnose von Leckagen. Maschinen- und Anlagenbauer können jetzt einen Basistyp der Anlage mit Grundfunktionen erstellen. Dieser Basistyp kann dann nach individuellen Anforderungen an die Anlage durch die Auswahl und Installation von Apps mit unterschiedlichen Funktionen ausgestattet werden. Der Umfang der Apps wird im Dialog mit Anwendern kontinuierlich erweitert. Selbst individuell auf eine Anwendung zugeschnittene Apps können einfach umgesetzt werden.

Verfahrzeitvorgabe und Leckage-Diagnose per App

Für eine schnelle und einfache Inbetriebnahme können die geforderten Öffnungs- und Schließzeiten eines Prozessventils parametriert werden. Das Motion Terminal stellt in einem Teachvorgang die Abluftdrosselungen automatisiert so ein, dass die gewünschten Zeiten erreicht werden. Über die Betriebszeit der Anlage wird die Einhaltung der vorgegebenen Zeiten überwacht. Falls sich auf Basis äußerer Einflüsse, z. B. durch zunehmende Reibung, die parametrierten Zeiten verändern, werden die Abluftdrosselungen so angepasst, dass die ursprünglich parametrierten Werte eingehalten werden. So wird über den Lebenszyklus der Anlage die Funktion, d. h. Öffnungs- und Schließzeiten, konstant gehalten. Dies erfolgt automatisiert und dezentral, d. h. direkt im Feld und ohne einen Eingriff des Bedien- oder Wartungspersonals.

Zur Erkennung von Leckagen können im Motion Terminal Diagnosezyklen mit entsprechend individuell parametrierbaren Schwellwerten umgesetzt werden. Nach einer definierbaren Anzahl von Ansteuerungen der pneumatischen Anwendung wird dazu ein Diagnosezyklus aktiviert, der die pneumatische Ansteuerung des Antriebs ausgangsseitig absperrt und eine Leckage über den dann sich ergebenden Druckabfall detektiert. Diese Funktion erlaubt es, Leckagen anwendungs-/antriebsbezogen online zu ermitteln. So lassen sich nicht nur Energiekosten durch Leckagen reduzieren, sondern es entfällt auch die zeitaufwendige Fehlersuche in zum Teil ausgedehnten pneumatischen Netzwerken.

Wählbare Druckniveaus und Eco-Fahrt sparen Druckluftenergie

Oft benötigen pneumatische Antriebe oder andere Anwendungen nicht denselben Druck für das Öffnen und Schließen von Armaturen. Die Druckniveaus lassen sich mit dem Motion Terminal individuell einstellen, so dass nur der Druck im Antrieb zur Anwendung kommt, der auch für die Anwendung im Prozess erforderlich ist. Dies kann den Verbrauch an pneumatischer Energie signifikant reduzieren. Außerdem können die Geschwindigkeit bzw. die Öffnungs- und Schließzeiten über die bereits genannte parametrierbare Drosselfunktion verändert werden. Bei der Eco-Fahrt wird der Druck im Antrieb auf den Minimaldruck reduziert, der für den jeweiligen Arbeitsschritt erforderlich ist. Somit kommt es bei Bewegungsende nicht zum Druckanstieg in der Antriebskammer auf das Niveau des Druckluftnetzes, sondern nur auf den erforderlichen Minimaldruck. Hierdurch können Energieeinsparungen bis zu 70 % erreicht werden.

Digitalisierung – der Wegbereiter zu dezentraler Automation und höherem Anwendernutzen

Die Beispiele zeigen, wie durch Digitalisierung etablierter Automatisierungstechnologien neue Dimensionen der Automatisierung von Prozessanlagen erschlossen und zusätzliche Wertschöpfung in allen Phasen des Anlagenlebenszyklus gehoben werden können. Neben der stark verbesserten Energieeffizienz in einzelnen Applikationen in der Betriebsphase sind hier die Vorteile der Standardisierung der Hardwareplattform hervorzuheben, die z. B. durch vereinfachte Beschaffungsprozesse, Komplexitätsreduzierung im Engineering, und Flexibilität bei Anlagenumbauten und -erweiterungen sowie vereinfachte ­Wartung und Instandhaltung signifikante Kosten­senkungen ermöglicht.

Dezentrale Automation heißt aber auch, dass Überwachungsfunktionen vor Ort erfolgen, z. B. durch Apps, die autonom den Prozess überwachen, Änderungen erkennen und korrigierend in der Form eingreifen, dass die vorgegebenen Prozessparameter eingehalten werden. Dies ermöglicht die Fortführung der Produktion auf Basis vordefinierter Parameter. Durch die Implementierung von Triggern für Wartungsarbeiten kann später im Rahmen einer geplanten Anlagenwartung der Auslöser der Prozessveränderungen ermittelt und das Problem beseitigt werden. So können störungsbedingte Ausfälle vermieden werden, was gleichbedeutend ist mit einer Steigerung der Anlagenverfügbarkeit und damit der Produktivität der Anlage.

Über OPC-UA-Schnittstellen können außerdem Diagnosedaten aus dem Motion Terminal an überlagerte Automatisierungssysteme geschickt und damit eine gute Transparenz des Prozesses erreicht werden. Gleichzeitig können über diese Schnittstellen einzelne Parameter der App variiert werden, so dass die Produktion schnell und einfach auf geänderte Anforderungen umgestellt werden kann.

Powtech 2017 Halle 4 – 431

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Heftausgabe: September 2017
Dr.-Ing. Eckhard Roos, Head of  Industry Segment Management Process  Automation, Festo

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Dr.-Ing. Eckhard Roos, Head of Industry Segment Management Process Automation, Festo
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