Instandhaltern und Maschinenbauern stellen sich unterschiedliche Herausforderungen, wenn es darum geht, die Antriebstechnik zu schützen, einen Überblick über den Stand der Antriebe sowie Einblicke in die Anwendung zu gewinnen und Stillstände zu verhindern. Auch Fragestellungen, wie sich Inbetriebnahmen vereinfachen lassen, sich die Zeit der Entstörung am besten verkürzen lässt und wie man im Supportfall effizienter reagieren kann, sind topaktuell.
ABB bietet im Bereich der Antriebstechnik nicht nur Cloud-Lösungen, um den Antrieb und die Maschine sicherer zu machen und eine höhere Verfügbarkeit zu gewährleisten, sondern kann schon mit integrierten Funktionen im Frequenzumrichter kritische Bereiche abdecken.
Zu Beginn stellt sich die Frage, wie der Anwender mehr Einblicke in seine Anwendung gewinnen kann, um Antriebe und Maschinen zu schützen. Um Anwendungen zu analysieren und zu optimieren, bieten ABB-Frequenzumrichter eine integrierte Lastanalyse. Dabei werden Lastprofile in den Geräten aufgezeichnet und gespeichert. Mithilfe eines Spitzenwertspeichers lässt sich die Maximalbelastung des Antriebs analysieren, während der Amplitudenspeicher für die Analyse der Lastverteilung des Antriebs genutzt werden kann. Auf Basis der Datenspeicher kann die Auslegung des Antriebs verifiziert und optimiert werden. Überdimensionierungen werden dadurch vermieden und Investitionskosten gesenkt. Des Weiteren ist der Energieverbrauch bei einer optimierten Auslegung niedriger.
Die Intelligenz des Frequenzumrichters kann außerdem für einen effektiven Schutz der Maschine genutzt werden, indem der Anwender Belastungsgrenzwerte vorgibt. Eine Möglichkeit besteht darin, einen erlaubten Betriebsbereich abhängig von der Drehzahl oder eine erlaubte Betriebsdauer außerhalb des erlaubten Betriebsbereichs zu definieren. Werden die eingestellten Kriterien erreicht oder der erlaubte Betriebsbereich verlassen, reagiert der Antrieb automatisch darauf und meldet sich.
Einstieg in die Cloud
Der Schritt aus dem Feld in die Cloud stellt das Edge-Device ABB Ability NETA-21 dar. Das Remote-Monitoring-Tool ist das Gateway für ABB-Frequenzumrichter zur Vernetzung für die lokale oder Cloud-gestützte Auswertung und Monitoring. Der Anwender kann sich mittels Remote-Desktop mit dem Gerät verbinden und sich in den integrierten, intuitiven Webserver einloggen, um Trends zu betrachten, Support-Packages zu ziehen, Parameter zu konfigurieren oder um weitere Features des Gerätes zu nutzen, darunter die Aufzeichnung der Performance-Historie und die Einrichtung verschiedener Benutzer-Levels. NETA-21 erfüllt außerdem Cybersecurity-Anforderungen entsprechend dem Stand der Technik, so auch den Zugriff auf den Webserver via HTTPS.
Will der Anwender die zentralen Komponenten des Antriebsstrangs breiter überwachen, kann er dies mit ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang tun. Diese Lösung beinhaltet digitale Cloud-basierte Services zur ganzheitlichen Zustandsüberwachung von Motoren, Frequenzumrichtern, mechanischen Kraftübertragungskomponenten und Anwendungen wie Kreiselpumpen. Der digitale Antriebsstrang bietet volle Transparenz bei allen Parametern des Antriebsstrangs. So werden beispielsweise bei ungewöhnlichen Indikatoren Benachrichtigungen verschickt. Die Kombination der Daten schafft ein tieferes Verständnis und ermöglicht eine effiziente Planung von Wartungsmaßnahmen.
Das Praxisbeispiel einer Instandhaltung in einer Papierfabrik verdeutlicht den Nutzen. Schwingungen an einem großen Ventilator haben dort schmutzbedingte Unwuchten angezeigt. Die Instandhaltung des Kunden weiß dank des Smart Sensors, mit dem der Lüfter ausgestattet ist, ganz genau, wann eine Reinigung erforderlich ist, bevor – wie bereits geschehen – ein Lüfterflügel ausbricht und erheblichen Schaden anrichtet. Der Nutzen dieser Lösung liegt in einer höheren Effizienz, da die Wartung anhand des tatsächlichen Bedarfs erfolgt. Darüber hinaus wird mehr Sicherheit geboten, da dank der Datentransparenz Gefahrenpotenziale und Ausfälle minimiert werden können. Das System aus Sensoren, App und Webportal ist direkt nutzbar und stellt eine kostengünstige Lösung dar, die durch die Instandhalter des Kunden einfach in Betrieb genommen
werden kann.
Hohe Verfügbarkeit
Wie lässt sich die geforderte hohe Verfügbarkeit gewährleisten und verhindern, dass ungeplante Stillstände auftreten? Ein Praxisbeispiel zur Vorhersage der Lebensdauer der Leistungselektronik in Frequenzumrichter soll hier als Beispiel dienen. Bei einem Kunden wurde ein Leistungshalbleiter (IGBT) eines Antriebs zerstört. Die nach der Reparatur genutzte Zustandsüberwachung hat gezeigt, dass eine anomale sehr hohe thermisch-zyklische Beanspruchung vorlag, die eine schnellere Alterung verursacht hat. Hätte man die Zustandsüberwachung im Vorfeld schon aktiv genutzt, wäre dieser Ausfall vermeidbar gewesen. Mit diesen Erkenntnissen wurden entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen, die einen erneuten Ausfall verhindern.
Der Nutzen dieser Lösung besteht in der Vermeidung ungeplanter Ausfälle dank der Datentransparenz und in der direkt nutzbaren Antriebsdaten-Analyse. Probleme im Betrieb lassen sich damit einfach aufdecken und geplant beheben. Der Antrieb wird hierfür mit ABB Ability Condition Monitoring-Lösungen ausgestattet. Eine Data-Analytics-Lösung wird dadurch direkt verfügbar, genauso wie Lebenserwartungsvorhersagen zu kritischen Antriebskomponenten.
Um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten, lässt sich die Intelligenz des Frequenzumrichters ebenfalls nutzen. ABB-Frequenzumrichter verfügen über integrierte Funktionen für die präventive Wartung des Antriebsstrangs. Dazu zählen Timer zur Überwachung beliebiger Signale, beispielweise der Einschaltzeit oder Laufzeit, Zähler zur Überwachung von Schalthandlungen, wie der Anzahl von Ein-/Aus-Schaltungen von Schützen, sowie Integratoren zur Überwachung von Signalen. Werden die eingestellten Kriterien erreicht, wird der Instandhalter automatisch benachrichtigt und gewarnt und eine rechtzeitige Wartung ermöglicht, bevor es zu einem Stillstand kommt.
Um ein Beispiel für eine solche direkt nutzbare Funktion im Frequenzumrichter zu nennen: Die Filtermatten von Umrichterschränken setzen sich im Laufe der Zeit mit Staub zu. Erreicht der Schaltschranklüfter eine vordefinierte Laufzeit oder die Kühllufttemperatur den Grenzwert, gibt der Frequenzumrichter eine Warnung, dass die Filtermatte zu tauschen und der Schranklüfter zu prüfen ist. Die Wartung erfolgt in diesem Fall anhand der tatsächlichen Lüfterlaufzeit und nach der Lufteinlasstemperatur und nicht nach festen Intervallen. Das macht sie effizienter. Da dank der rechtzeitigen Wartung Gefahrenpotenziale und Ausfälle minimiert werden, ist auch mehr Sicherheit geboten.
Die ABB-Frequenzumrichter verfügen darüber hinaus über verschiedene Schutzfunktionen für den Motorschutz, mit denen ein Überhitzen des Motors verhindert werden kann. Solche Schutzfunktionen „on board“ sind das thermische Motormodel sowie der drehzahlabhängige Motor-Überlastschutz. Werden die eingestellten Kriterien erreicht, reagiert der Antrieb rechtzeitig automatisch darauf und gibt eine Benachrichtigung, wenn Gefahr besteht, dass der Motor zu warm wird.
Entstörung verkürzen
Instandhalter und Maschinenbauer stellen sich nicht zuletzt die Frage, wie man die Zeit der Entstörung am besten verkürzen kann und im Supportfall effizienter reagiert. Mit ABB Ability Mobile Connect für Frequenzumrichter bietet ABB eine Lösung, um Supportfälle bei ihren Antrieben effektiv zu lösen. Bei dieser Cloud-Lösung werden die Frequenzumrichter sehr einfach via App instandgehalten.
Traditionell sind die Möglichkeiten im Support-Fall begrenzt, Umrichter-Informationen zum Beispiel per Telefon und E-Mail zu teilen. Mobile Connect bietet eine einfache Fernunterstützung, um solche Support-Fälle auf cyber- und betriebssicherem Weg zu lösen. Durch einen schnellen und einfachen Zugang zu Wissen und Ressourcen werden Kosten und Ausfallzeiten reduziert und eine effiziente und flexible Organisation von Support-Ressourcen durch das Lösen von einfachen Fällen aus der Ferne ermöglicht.
Wie ABB Ability Mobile Connect für Frequenzumrichter helfen kann, Supportfälle per App zu vereinfachen, verdeutlicht die folgende Situation: Während der Inbetriebnahme des Frequenzumrichters durch den Kunden tritt ein Problem auf. Das Gerät kann zwar lokal gestartet werden, jedoch nicht aus dem Schaltraum; die „Solldrehzahl“ funktioniert nicht. Der ABB Partner Support greift über Mobile Connect auf den Frequenzumrichter zu und stellt fest, dass das gewählte Makro nicht korrekt ist. Er macht aus der Ferne via Cloud einen Vorschlag für die Änderung der Einstellungen, die der Techniker vor Ort per App bestätigt. Das Problem kann dadurch behoben werden. Durch den einfachen Zugang zu Expertenwissen für den Techniker vor Ort bietet Mobile Connect volle Transparenz für den Remote Support. Vor-Ort-Support-Kosten für den Kunden werden damit stark reduziert und der Fall wird in Minuten statt in Tagen gelöst.
Simple Inbetriebnahme
In einem anderen Fall soll ein Frequenzumrichter möglichst schnell vor Ort wieder in Betrieb genommen werden, nachdem das Gerät infolge anormaler zyklischer Beanspruchung überlastet wurde und der Anwender keine Sicherheitsvorkehrungen getroffen hat, um die Geräteparameter zu speichern. Anstatt die Parameter von der SPS, vom Inbetriebnahmetool Drive Composer oder vom Bedienpanel downzuloaden, genügt es, die Memory Unit des ausgetauschten Frequenzumrichters auf das neue Gerät zu stecken. Es handelt sich hier um eine schnelle und kostengünstige Lösung, da die Firmware, die Parameter und Applikations-Software darin komplett gespeichert sind. Fachkenntnisse zur Handhabung von Tools oder der Parametrierung sind nicht erforderlich, was kurze Stillstandszeiten zur Folge hat.
Eine Cloud-Lösung zur Sicherung von Frequenzumrichterdaten und -betrieb stellen automatische Parameter-Backups dar. Bei dieser Lösung wird der Sicherungsprozess der Frequenzumrichterparameter automatisiert. Alle 24 Stunden werden sämtliche Paramater sicher und automatisch in der ABB Ability Cloud gespeichert. Der Service umfasst den Schutz vor potenziellem Missbrauch und versehentlichen Parameteränderungen. Des Weiteren wird der Anwender automatisch informiert, wenn Parameter geändert werden. Durch diese Mechanismen kann ein Frequenzumrichter in frühere Zustände zurückversetzt werden, um den Betrieb wiederherzustellen.
Zusammenfassung
Cloud-Lösungen sind ein topaktuelles Thema, wenn es um eine höhere Verfügbarkeit und Sicherheit von Antrieben und Maschinen geht. Doch mithilfe integrierter intelligenter Funktionen im Frequenzumrichter lassen sich viele Herausforderungen bereits im Feld lösen.
ABB bietet für beide Bereiche Lösungen an, die wichtige Fragen von Instandhaltern und Maschinenbauern beantworten. Dazu zählen mehr Einblicke in die Anwendung zum Schutz der Antriebe und Maschinen, eine hohe Verfügbarkeit und weniger ungeplante Stillstände sowie die schnellere Entstörung und ein effizienterer Support. So haben die Anwender via Frequenzumrichter und Cloud ihre Antriebstechnik sicher im Griff und profitieren beispielsweise von höherer Transparenz, weniger Stillstandzeiten, gesteigerter Effizienz und mehr Leistung.
