Predictive Maintenance durch Vibrationsüberwachung in NOA
Ungeplante Ausfallzeiten von Maschinen und Anlagen stören Produktionsprozesse und kosten bares Geld. Um genau das zu vermeiden, bietet sich Predictive Maintenance an. Hierfür stellt KEB innerhalb der Automatisierungsplattform NOA eine Lösung zur Vibrationsüberwachung zur Verfügung, die Probleme erkennt, bevor sie entstehen. Für die Umsetzung kamen bisher vor allem kabellose Sensoren in Betracht. Für noch mehr Auswahlmöglichkeiten und eine höhere Leistungsfähigkeit, insbesondere in rauen Umgebungen, können Anlagen- und Maschinenbauer aber künftig auch auf kabelgebundene Sensoren zurückgreifen.
Für verschiedene Anwendungsfälle kommen verschiedene Wartungsmethoden in Betracht. Reichen bei unkritischen Komponenten häufig reaktive Maßnahmen, sind in anderen Fällen vorbeugende Wartungsmaßnahmen notwendig. Mit Predictive Maintenance besteht eine weitere Kategorie, die durch die Auswertung von Daten potenzielle Maschinenausfälle vorhersagt, bevor diese überhaupt eintreten. Außerdem können Wartungsarbeiten zuverlässig im Voraus geplant werden. Die Predictive Maintenance-Funktion basiert auf einem hochentwickelten Algorithmus, der kontinuierlich Vibrationen der Anlage oder Maschine erfasst und analysiert. Im Ergebnis werden etwa Verschleiß, Unwucht oder fehlerhafte Einstellungen rechtzeitig entdeckt und können behoben werden. Praktisch für Anwender: Predictive Maintenance ist als App in der offenen Automatisierungsplattform NOA von KEB verfügbar.
So funktioniert die Vibrationsanalyse
Ausgangspunkt für die Analyse sind Sensoren, die Schwingungen bzw. Vibrationen des Motors auf den Achsen X, Y und Z überwachen. Hierfür werden die Schwingungssensoren an strategischen Punkten des Motorgehäuses angebracht, um Echtzeitdaten über mehrere Achsen zu erfassen. Die Sensoren funktionieren bei Umgebungsbedingungen zwischen -40 und 85 Grad Celsius und verfügen über die Schutzklasse IP67. Die von den Sensoren erfassten Vibrationsdaten werden über Bluetooth an einen zentralen Empfänger übertragen: Das Netzwerk-Gateway-Gerät fungiert als System-Hub und verarbeitet und verwaltet dann die eingehenden Daten.
Das Gateway ist mit der Software zur Analyse der Vibrationsdaten ausgestattet und umfasst Algorithmen für maschinelles Lernen, für die Erkennung von Anomalien und zur Schätzung der Restlebensdauer. Das Gateway bietet zwei Modi zur Anzeige der Daten: lokal und remote. Vor Ort können Wartungsteams auf Grafiken und Dashboards in Echtzeit zugreifen, die sofortige Informationen über den Zustand des Motors liefern. Darüber hinaus kann das Gateway Daten zur Fernüberwachung, Langzeitarchivierung und für komplexere Analysen an die Cloud senden.
„Um eine umfassendere Integration des Systems zu ermöglichen, unterstützt das Gateway die Kommunikationsprotokolle MQTT, TCP/IP, UDP und OPC UA. Diese Flexibilität ermöglicht die Datenkommunikation mit anderen Geräten und Systemen und somit eine nahtlose Integration in bestehende IoT-Frameworks und SCADA-Systeme“, sagt Mehdi Rahmanian, Application Specialist IIoT and Data Scientist bei KEB Italia.
Über einen Zeitraum von etwa einem Monat erfassen die Sensoren kontinuierlich Daten und erstellen eine detaillierte Basislinie. Diese bildet die normalen Betriebsbedingungen ab und dient als Referenz, um eventuelle Anomalien deutlich zu machen. Über die Basislinie wird das Machine Learning im Gateway trainiert. Der Algorithmus lernt die normalen Schwingungsmuster des Motors und kann das normale Betriebsgeräusch von potenziellen mechanischen Problemen unterscheiden. Nach dem Training wird das System durch die Erfassung von Daten betriebsbereit und ermöglicht fortan die Vorhersage von Anomalien.
Kabelloser vs. kabelgebundener Sensor
Bei den notwendigen Sensoren haben Anlagen- und Maschinenbauer die Wahl zwischen kabellosen und kabelgebundenen Modellen – beide Varianten werden durch NOA unterstützt. Die kabelgebundenen Sensoren wurden zuletzt eingeführt und sind vor allem dann erste Wahl, wenn auch unter rauen Umgebungsbedingungen oder bei sensiblen Geräten eine zuverlässige Datenübertragung gefordert wird. „Die kabelgebundene Variante des Sensors sorgt selbst bei großer Hitze und starken Vibrationen für ein kontinuierliches, rauschfreies Signal. Das Ergebnis ist eine hohe Datenqualität – auch in Bereichen, in denen starke elektromagnetische Störungen vorzufinden sind“, sagt Rahmanian. Zudem sorgt die dauerhafte Stromversorgung für den Wegfall von sonst erforderlichen Batteriewartungen. Insbesondere bei Anlagen, die fest an einem Ort installiert sind, kann die kabelgebundene Variante des Sensors ihre Vorteile unter Beweis stellen.
Ist insbesondere Flexibilität in der Installation gewünscht, können Anwender auf kabellose Sensoren zur Vibrationsanalyse zurückgreifen. Auch sie erfassen Schwingungen der Maschine und tragen dazu bei, dass aufkommende Fehler oder gar Maschinenstillstände rechtzeitig erfasst werden. Im Gegensatz zu den kabelgebundenen Sensoren sind sie in erster Linie für Anwendungen ausgelegt, die in weniger anspruchsvollen Umgebungen operieren. Rahmanian: „Unser Ziel ist es, auf die unterschiedlichen Kundenbedürfnisse einzugehen. Daher stellen wir mit den verschiedenen Sensoren Lösungen bereit, die jeweils die bestmögliche Datenanalyse sicherstellen.“ Auch bei der Installation der Sensoren stehen unterschiedliche Wege zur Verfügung. Für eine optimale Vibrationsübertragung lassen sie sich mit Epoxidharzkleber am Motor befestigen. Aber auch eine Montage durch eine M6-Schraube oder M8-M6-Gewinde-Stifthalterung ist problemlos möglich.
