In Zukunft plant der Filter selbst

Filtersystem mit smartem Controller

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

20.05.2019 In der Smart Factory arbeiten Systeme im Hintergrund, um Menschen und Maschinen zielgerichtet bei der Erfüllung ihrer Aufgaben zu unterstützen. Übertragen auf die Produktion bedeutet Industrie 4.0 Produktivitätssteigerungen durch die echtzeitnahe Verfügbarkeit notwendiger Informationen. Dies ermöglicht vollkommen neue Ansätze in der Organisation und Steuerung der Produktionssysteme.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Um relevante Informationen zur vorausschauenden Wartung an Filtersystemen nahezu in Echtzeit bereitzustellen, hat ein Filtersystemhersteller die technologische Basis für ein intelligentes Filtersystem entwickelt.
  • Der smarte Filter überwacht seine Betriebsparameter eigenständig, plant seinen Service selbst und erkennt Unregelmäßigkeiten. Filtertechnik 4.0 hilft, ungeplante Produktionsunterbrechungen zu vermeiden und Lagerkosten für Filtereinsätze zu minimieren.

Abb2_Wolftechnik Smarter Filter_Demonstrator mit Prototyp des smarten Filtercontrollers_Foto Wolftechnik

Im November 2018 wurde ein erster Prototyp eines smarten Filtercontrollers erfolgreich getestet und in ein Filtersystem eingebaut. Bild: Wolftechnik

Damit das funktioniert, müssen Produktionssysteme in der Lage sein, aus einer Vielzahl an Daten verlässliche Informationen zu erzeugen und diese kontextbezogen Menschen, anderen Maschinen und IT- Services zur Verfügung zu stellen.

Die vernetzte Fabrik ist in weiten Teilen bereits keine Zukunftsmusik mehr. Dennoch muss die Bereitstellung und Visualisierung relevanter Zustandsdaten bei etlichen Systemen im Prozess weiter optimiert werden. Einen neuen Baustein für die ganzheitliche Umsetzung von Industrie 4.0 im Prozess hat die Firma Wolftechnik Filtersysteme entwickelt. Unterstützt durch das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Stuttgart, hat der Filtersystemhersteller einen smarten Filter entwickelt, dessen Herzstück ein smarter Filtercontroller ist, der in den Druckbehältern der Filtersysteme relevante Daten erfasst und verarbeitet. Im November 2018 testeten die Entwickler einen ersten Prototyp des smarten Filtercontrollers und bauten ihn in ein Filtersystem ein.

Lacke durchlaufen vor der Abfüllung einen letzten Filtrationsschritt. Dieser stellt sicher, dass in die Liefergebinde für den Endanwender keine Verunreinigungen aus dem Prozess gelangen. Das Kerzenfiltergehäuse Typ WTGDS oder ein Filtergehäuse für das innovative QP-Quick-Pack-Filtersystem vereinfachen diesen Prozessschritt, weil hier das filtrierte Medium in einem Schutzbeutel verbleibt. Das Gehäuse muss nicht aufwendig von Rückständen gereinigt werden.

Lack-Filtration ohne Unterbrechung

Abb3_WTGDS Kerzenfiltergehäuse

Kerzenfiltergehäuse wie das WTGDS …

Abb4_QP-Quick-Pack mit WTQP Gehäusen

… sowie das QP QuickPack-Filtersystem lassen sich durch den smarten Filtercontroller als vernetzte Filtersysteme betreiben. Bilder: Wolftechnik

In diesem Beispiel ist folgendes Szenario denkbar: Beim Abfüllen der Charge in die Gebinde verringert sich plötzlich der Durchsatz bei der Filtration, und der Abfüllvorgang muss unterbrochen werden. Der Filter ist verblockt. Es beginnt eine hektische Suche nach den richtigen Ersatzelementen. Wenn diese dann hoffentlich in noch ausreichender Anzahl vorrätig sind, muss in aller Eile der Filterwechsel vorgenommen werden, bevor der restliche Abfüllvorgang neu gestartet werden kann.

Ein smart ausgeführtes Filtersystem kann diesen Ernstfall vermeiden. Denn das entwickelte Filtersystem ist mit einer smarten Filtercontrollereinheit ausgestattet, die kontinuierlich den Druck am Eingang und Ausgang des Systems sowie weitere Parameter überwacht. Der Beladungszustand des Filters wird zu jeder Zeit ausgewertet. Das ermöglicht eine vorausschauende Wartung, durch die der Filter bereits frühzeitig so vorbereitet wird, dass die zur Abfüllung anstehende Menge an Lack ohne Unterbrechung des Abfüllvorgangs gefiltert werden kann.

Das smarte Prinzip

Im Entwicklungsprojekt für den smarten Filter arbeitete Wolftechnik mit dem Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Stuttgart zusammen. Das Kompetenzzentrum besteht aus verschiedenen Institutionen mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Dabei erarbeitete das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA das IT-Konzept und den smarten Filtercontroller zur Aufnahme und Übermittlung der Sensordaten, während der Filterhersteller selbst das filterspezifische Know-how einbrachte.

Primäres Entwicklungsziel war eine Plattform, die mit variablen Stellgrößen für jedes Filtersystem und jeden Prozess modifizierbar ist. Für die Umsetzung wurde ein Konzept aus zusätzlicher Sensorik in Kombination mit Mikrocontrollern und einer dahinterliegenden Cloud-Infrastruktur entwickelt. Das Herzstück des intelligenten Filtersystems ist der smarte Filtercontroller (Smart Filter). Die Mikrocontrollereinheit (MCU) kommuniziert mit den angeschlossenen Sensoren und mit einem im Umfeld des Endanwenders installierten Gateway (Rechner, der Daten- bzw. Rechnernetze verbindet). Der Filtercontroller sendet einerseits die Sensorwerte, wie Druck oder Temperatur, an das Gateway, kann aber auch Befehle, wie die Anpassung der Abtastraten, empfangen.

Das Gateway ist der zentrale Eintrittspunkt in das Internet und sendet die Sensorwerte bei Bedarf in einer aggregierten Form an eine Datenbank, welche in der Cloud gehostet ist. Der Endanwender kann über Visualisierungen (zum Beispiel ein Dashboard) den Zustand seiner Filter überwachen. Eine Applikation (der „Filter Assessment Service“ = Filterbewertungsdienst) überwacht die Filterparameter aus den Sensordaten und kann daraus Entscheidungen ableiten.

Was kann der smarte Filter?

Abb5_Grafik IT-Konzept Smart Filter

IT-Konzept für das smarte Filter. Bild: Fraunhofer IPA

Der smarte Filtercontroller überwacht im Filtersystem diverse Betriebsparameter, wie Differenzdruck, Temperatur und Durchfluss/Volumenstrom, übermittelt die Daten und zeichnet sie zudem für die Protokollierung auf. Innerhalb der IT-Umgebung sind filterspezifische Informationen zu Ersatzteilen und Ersatzfiltern hinterlegt sowie digitale Wartungs- und Prüfpläne eingestellt. Bedienungsanleitungen für Wartung, Pflege und Filterwechsel, in Text und Bild visualisiert, leiten das Personal bei der Arbeit an. Das vereinfacht die Installation, aber auch Wartungs- und Servicearbeiten, wie das Tauschen eines Filterelements.

Mit der echtzeitnahen Verfügbarkeit der Informationen entstehen neue Ansätze in der Organisation und Steuerung der Filtersysteme. Smarte Filter ermöglichen einen Austausch der Betriebsdaten mit einem externen Servicepartner, zum Beispiel dem Filtersystemlieferanten. Damit kann bei Störungen am Filtersystem eine zeitnahe Diagnose durch den Experten erfolgen, und Fehlerursachen können anhand der gesammelten Daten detektiert werden. Durch die Vernetzung lässt sich zudem die eigene Lagerhaltung optimieren, denn der Servicepartner kann Komponenten für den Filterwechsel just in time versenden. Die automatische Ersatzteilbeschaffung wird mit dem Benachrichtigungsservice aufgewertet.

Neben solchen neuen Services handelt es sich beim smarten Filter um ein System zur vorausschauenden Wartung und Produktionsoptimierung. In der Ausgabe der Daten zum Beispiel auf dem Smartphone, Tablet oder in der Cloud und in der Vernetzung mit dem spezialisierten Servicepartner liegen die großen Vorteile gegenüber einer reinen Überwachung des Filtersystems mit speicherprogrammierbarer Steuerung. Die Cloud-Anbindung ist aber kein Muss, sondern vielmehr eine Option. Der smarte Filter lässt sich auch über eine rein interne Datenanbindung in den vernetzten Produktionsprozess einbinden. Integration zwischen smarten Filtern beim Endanwender und den Systemen beim Servicedienstleister kann sowohl lokal als Private Cloud wie auch extern als Public Cloud umgesetzt werden.

Smarte Druckkontrolle

Relativdrucksensoren vor und nach dem Filter liefern ihren momentan gemessenen Druck über ein stromcodiertes Signal an den smarten Filtercontroller. Der wandelt das Signal in den entsprechenden Druckwert in der Einheit bar um und sendet die Werte über das Netzwerk an das Gateway, welcher wiederum für die automatisierte Auswertung der Messdaten und die Visualisierung über ein Dashboard verantwortlich ist. Über das Dashboard können berechtigte Personen die Druckwerte und somit den Zustand des Filters in „near real-time“ betrachten, überwachen und bei Bedarf auf Ereignisse reagieren.

Im System können unterschiedliche Benutzergruppen, wie Endkunden oder Administratoren (zum Beispiel bei Wolftechnik) angelegt werden. Sollte einer der Filter einen konfigurierbaren Grenzwert überschreiten, so wird eine E-Mail-Benachrichtigung (für eine notwendige Wartung dieses Filters) an die vordefinierten Personen/E-Mail-Adressen versendet. Zudem kann ein Alarm ausgelöst werden.

Heftausgabe: Mai/2019
Peter Krause, Geschäftsführer, Wolftechnik Filtersysteme

Über den Autor

Peter Krause, Geschäftsführer, Wolftechnik Filtersysteme
Loader-Icon