Maschinennahe Datenerfassung und Antriebsüberwachung

Vom Motor direkt ins IoT

Die Digitalisierung macht Produktionsanlagen transparent: verborgenes Potenzial ist genauso zu erkennen, wie sich abzeichnende Fehlfunktionen. Dass sich auch bestehende Anlagen entsprechend nachrüsten lassen, zeigt exemplarisch die sensorbasierte Überwachung von Elektromotoren. Dafür stellt Weidmüller mit u-sense eine Lösung vor, die Daten direkt am Antrieb erfasst und ins industrielle IoT bringt. Im Ergebnis lassen sich Stillstandszeiten reduzieren und Wartungspersonal zielgerichtet einsetzen.
 Das Sensormodul u-sense vibration ist zur Montage an rotierenden Teilen ausgelegt, weshalb es ohne jede Verdrahtung auskommt
Das Sensormodul u-sense vibration ist zur Montage an rotierenden Teilen ausgelegt, weshalb es ohne jede Verdrahtung auskommtBild: Weidmüller GmbH & Co. KG

Rotierende Geräte, wie Motoren, Pumpen oder Getriebe verschleißen je nach Belastung unterschiedlich schnell. Will man kostspielige Ausfälle vermeiden, müssen die Geräte sorgfältig überwacht werden. Effizienter und wirtschaftlicher als manuelle Prüfungen sind automatisierte Verfahren. Dabei werden Parameter wie Stromaufnahme oder Temperaturwerte kontinuierlich erfasst und ausgewertet. An dieser Stelle setzt Weidmüller mit der dezentralen Lösung u-sense, um Zustandsdaten im IIoT bereitzustellen – auch nachträglich. So lassen sich einfache Asynchronmotoren in ein IoT-Umfeld integrieren und analysieren. Die Produktfamilie u-sense liefert durch smartes Preprocessing jene Daten, die der Anlagenbetreiber für Condition-Monitoring- oder Predictive-Maintenance-Ansätze benötigt. In Verbindung mit einer nachgeschalteten Analytics Software können Fehler automatisiert erkannt und Handlungsempfehlungen gegeben werden. Zudem lassen sich Verbesserungsmaßnahmen ableiten, um z.B. die Lebensdauer der Antriebe zu verlängern. Die erfassten Daten werden an die Cloud oder an einen lokalen Server übertragen. Dashboards geben dann dem Anwender einen schnellen Überblick. Aktuell stehen zwei Sensormodule zur Verfügung: der Stromsensor u-sense energy drives und der Vibrationssensor u-sense vibration. Beide Geräte enthalten hochwertige Sensoren und sind durch robuste Gehäuse sowie eine industrietaugliche Anschluss- und Kommunikationstechnik für die maschinennahe Montage geeignet.

 Mit u-sense energy drives will Weidmüller die Integration eines Elektromotors in die bestehende Infrastruktur und in neue Datennetze und das IoT unterstützen.
Mit u-sense energy drives will Weidmüller die Integration eines Elektromotors in die bestehende Infrastruktur und in neue Datennetze und das IoT unterstützen.Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG

Maschinennahe Datenerfassung

Das Modul u-sense energy drives erfasst alle relevanten elektrischen Zustände eines Elektromotors und stellt diese im IIoT zur Verfügung. Dabei kommen industrieübliche Sensoren zum Einsatz, die den Strom und Spannungsverlauf mit einer Genauigkeit von 3 Prozent bei einer Abtastrate von 1kHz erfassen. Über digitale und analoge Eingänge lassen sich bei Bedarf weitere Sensoren integrieren. Ein Control-Modul verarbeitet die erfassten Zustände und digitalisiert sowohl direkt gemessene als auch berechnete elektrische Größen. Damit stehen nicht nur Messwerte für Spannung und Ströme aller Phasen, sondern etwa auch Wirk- und Blindleistung, Schaltzyklen oder Betriebsstunden sowohl lokal wie auch weltweit zur Verfügung. Die Kommunikation via Modbus RTU und RS485 ermöglicht eine stabile und sichere Übertragung auch über weite Strecken. Die offene Protokollstruktur erlaubt eine einfache Integration in vorhandene Netzwerke. Durch das IP65-Gehäuse und der Push-in-Anschlusstechnik zur einfachen Installation, lässt sich das Gerät dicht am Motor installieren. Eine separate Spannungsversorgung stellt die ständige Verfügbarkeit sicher und ermöglicht die Datenerfassung ohne Zeitverzögerung.

Vibrationen verraten Verschleißerscheinungen

Vibrationen verraten viel über den Zustand eines Antriebes, z.B. ob er gleichmäßig läuft oder sich Verschleißerscheinungen abzeichnen. Mit dem Smart-Sensor u-sense vibration lassen sich Vibrationen dokumentieren, bevor das Bauteil ausfällt. Der Sensor ist zur Montage an rotierenden Teilen ausgelegt, weshalb er ohne jede Verdrahtung auskommt. Die Übertragung erfolgt per Bluetooth Low Energy 5.0. Als Stromversorgung dient eine auswechselbare AA-Batterie. Da die Kommunikation ereignisorientiert und damit energiesparend erfolgt, sind Standzeiten bis zu zwei Jahren möglich. Der Messbereich umfasst 2 bis 16g bei einer Abtastrate von 1kHz. Das IP66/IP67-geschützte Gehäuse bietet vielfältige Montagemöglichkeiten und ist aufgrund der einfachen Installation ohne lange Stillstandzeiten in bestehende Anlagen zu integrieren. Spezialwerkzeug wird hierfür nicht benötigt. Die Montage kann an Kühlrippen oder direkt an einem drehenden Bauteil erfolgen. Der Sensor ist für einen Einsatz unter erschwerten Bedingungen ausgelegt: so darf die Umgebungstemperatur zwischen -20 und +85°C betragen. Zertifikate wie FCC, cULusx, Atex oder IECEX erweitern das Einsatzspektrum.

Fazit

Der Weg ins industrielle IoT muss nicht kompliziert sein. Egal, ob ein Zugang zu wertvollen Motordaten oder eine Cloud-Anbindung benötigt wird, Weidmüller bietet mit u-sense dafür passende Komponenten und Services. Mit dem umfassenden, zukunftsorientierten und aufeinander abgestimmten IoT-fähigen Portfolio will das Unternehmen seinen Kunden der Weg bereiten – egal ob Greenfield oder Brownfield. Dabei muss aber stet klar sein: Das Industrial IoT ist kein Selbstzweck. Die Mehrwerte erschließen sich im konkreten Anwendungsfall. Nicht zuletzt hilft Weidmüller seinen Kunden dabei, neue Geschäftsmodelle zu etablieren.

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Weidmüller GmbH & Co. KG

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