Einflüsse der Digitalisierung auf die Antriebstechnik

Motormanagement für die smarte Fabrik

Durch die zunehmende Digitalisierung lässt sich in der elektrischen Antriebstechnik ein kompletter Strauß neuer Vorteile nutzen. Dieser umfasst die richtige Dimensionierung aller Antriebskomponenten, mehr Anlagenflexibilität sowie integrierte Sicherheit. Last but not least erlaubt es der digitale Zwilling datenbasiert Einsparpotenziale zu nutzen und Produktivität der Maschine zu steigern.
 Für ein modernes und effizientes Motormanagement sind Frequenzumrichter wie die Altivar-Prozess-Baureihe von Schneider Electric unverzichtbar.
Für ein modernes und effizientes Motormanagement sind Frequenzumrichter wie die Altivar-Prozess-Baureihe von Schneider Electric unverzichtbar. Bild: Schneider Electric GmbH

Die Zeiten von Königswelle und Kurvenscheiben sind endgültig vorbei. Längst zählen elektrische Antriebe zur Grundausstattung industrieller Anlagen und ermöglichen in abgestimmter Orchestrierung den reibungslosen Betrieb selbst sehr komplexer Maschinen. Insbesondere im Bereich der Verpackungstechnik sind elektrische Motoren und Motorsteuerungen nicht mehr wegzudenken. Dabei erfreut sich vor allem der Asynchronmotor – auch Drehstrom-Asynchronmaschine genannt – wegen seiner geringen Anschaffungskosten, der soliden Robustheit sowie seiner einfachen Installation und Wartung hoher Beliebtheit. Er zählt derzeit wohl zu den am häufigsten verwendeten elektrischen Antrieben in der deutschen Industrie und entsprechend groß ist die Auswahl an spezifischen Schutz- und Steuerungskomponenten. Doch das ist nicht unbedingt ein Vorteil. In Sachen Konfiguration und Auslegung von Motorsteuerungslösungen bedeutet die teils unübersichtliche und komplexe Angebotslage nicht nur einen erheblichen Mehraufwand für Planung und Inbetriebnahme, sondern häufig auch, dass Chancen auf eine kostensparende Effizienzsteigerung verspielt werden. Denn bevor viel Zeit und Aufwand in neue Lösungen gesteckt wird, ist bei vielen Basis-Anwendungen sicherheitshalber lieber ‚Business as usual‘ angesagt.

 Das Lastmanagementsystem TeSys island von Schneider Electric vereint Start-, Schütz- und Analysefunktionen in nur einem Gerät und ermöglicht die 
detaillierte Erfassung von elektrischen Lasten bis 80A.
Das Lastmanagementsystem TeSys island von Schneider Electric vereint Start-, Schütz- und Analysefunktionen in nur einem Gerät und ermöglicht die detaillierte Erfassung von elektrischen Lasten bis 80A. Bild: Schneider Electric GmbH

Überdimensionierung vermeiden

Praxis-Check: Damit Anlagenteile wie ein Förderband fehlerfrei funktionieren, werden Stellgerät, Elektromotor, Übertragungselement und Antriebselement häufig sehr großzügig aufeinander abgestimmt. Heißt: Oft wird zu viel elektrische Energie oder ein zu leistungsstarker Antrieb verwendet, um bestimmte Mechaniken auszuführen – ganz nach dem Motto: Hauptsache es läuft! Langfristig macht sich das nicht nur auf der Stromrechnung bemerkbar, sondern auch beim Verschleiß des Materials. Würden schon zum Zeitpunkt von Planung und Auslegung eines Antriebsstrangs genug Detailinformationen über die Bewegungsmomente einer bestimmten Mechanik vorliegen, ließen sich aufgrund präziserer Konfiguration erhebliche Einsparpotenziale nutzen. Eine konsequente digitale Anbindung von Motoren sowie die Einbindung von deren Daten in umfassende Managementsysteme und Digital-Twin-Applikationen ist deshalb ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu mehr Flexibilität, effizienterer Sicherheit und weniger Verbrauch. Insbesondere in komplexen Anlagen mit vielen unterschiedlichen Motoren besteht riesiges Optimierungspotenzial.

Technische Innovationen müssen demjenigen, der sie nutzt, einen konkreten Vorteil bringen. Nach diesem Motto – und entsprechend der europäischen Ökodesign-Richtlinien – hat Schneider Electric ein ganzheitliches Portfolio für das Motormanagement zusammengestellt. Für alle Grade der Maschinenkomplexität und digitalen Reife der Produktionsprozesse umfasst das Sortiment Schalt-, Schütz-, Schutz- und Steuerungslösungen, mit deren Hilfe auch einfache und zuvor oft unberücksichtigte Lasten in ein IIoT-fähiges Datennetzwerk integriert werden können. So z.B. das digitale Lastmanagementsystem TeSys Island. Es schaltet, schützt und verwaltet Lasten bis zu 80A und macht deren Daten für übergeordnete Managementsysteme zugänglich. So lassen sich beispielsweise Zustand, Energieverbrauch und Leistungsfaktor von einfachen Asynchronmotoren granular messen, vorhersagen und abstimmen.

Ein anderes Beispiel sind die Frequenzumrichter der Altivar-Machine-Baureihe. Gerade in Hochleistungsanwendungen, wie sie im CPG- oder Material-Handling-Umfeld zu finden sind, bieten die leistungsstarken ATV-340-Geräte mit einem Drehzahlbereich bis 599Hz eine zuverlässige und robuste Motorsteuerung. Sie spart nicht nur Energie, sondern wartet auch mit digitalen Features auf. Entweder direkt am Gerät oder aber remote über einen Webserver können alle relevanten Motordaten erfasst und überwacht werden. Das Modell ATV 930 geht in dieser Hinsicht sogar noch einen Schritt weiter und verfügt als vollständig serviceorientierter Umrichter neben Tools für vorausschauende Wartung und Prozessüberwachung auch über ein integriertes Dashboard zur Verbrauchsmessung.

 Mit einer nachrüstbaren Safety Card für Frequenzumrichter lässt sich - je nach Anwendungsfall - auf externe Sicherheitstechnik verzichten.
Mit einer nachrüstbaren Safety Card für Frequenzumrichter lässt sich – je nach Anwendungsfall – auf externe Sicherheitstechnik verzichten.Bild: Schneider Electric GmbH

Sicherheit geht vor

Bei der Digitalisierung von elektrischen Antrieben geht es aber nicht nur um Produktivität und Effizienz. Auch in Bezug auf die in der europäischen Maschinenrichtlinie festgelegten industriellen Sicherheitsstandards ergeben sich eine ganze Reihe an Vorteilen. Sind entsprechende Sicherheits-Features wie Safe Stop, Safe Limited Speed oder Safe Maximum Speed direkt in einen Frequenzumrichter implementiert (oder per Safety Card nachgerüstet), kann auf weitere redundant eingesetzte Sicherheitstechnik verzichtet werden. Sicheres Runterfahren, Drehzahllimitierungen oder weitere Sicherheitsfunktionen werden dann nicht nur digital eingestellt, geregelt und überwacht, sondern lassen sich auch besser in den laufenden Maschinenbetrieb integrieren (was z.B. in kürzeren Taktzeiten bei der Mensch/Maschine-Interaktion resultiert). Eine permanente Zustandsüberwachung von Antrieben und Maschinen ermöglicht zudem passgenaue und vorausschauende Wartungsprozesse, die vor Ausfällen und Unfällen schützen sowie die Lebenszyklen des verbauten Materials verlängern. Auf diese Weise lassen sich Sicherheits-Features effizienzsteigernd und gewinnbringend in das Motormanagement integrieren.

 Für ein zukunftsfähiges Motormanagement bietet Schneider Electric ein Komplettangebot an digitalen Feldgeräten, Steuerungen und Softwarelösungen. Innerhalb der IIoT-Architektur EcoStruxure sind sämtliche Komponenten durchgängig miteinander vernetzt.
Für ein zukunftsfähiges Motormanagement bietet Schneider Electric ein Komplettangebot an digitalen Feldgeräten, Steuerungen und Softwarelösungen. Innerhalb der IIoT-Architektur EcoStruxure sind sämtliche Komponenten durchgängig miteinander vernetzt.Bild: Schneider Electric GmbH

Daten in einer ganzheitlichen Lösungsarchitektur

Sind alle weißen Flecken in Sachen digitaler Vernetzung nach und nach von der Landkarte einer Industrieanlage verschwunden und jeder Motor, Anlasser, Frequenzumrichter, Safety Controller und Schütz digital erfasst, dann gilt es, aus den vielen in Echtzeit erhobenen Daten Mehrwert zu generieren. Gerade im Fall komplexer Anlagen ist das ohne intelligente Software Tools nicht zu leisten. Dafür ganz wichtig: Die in das digitale Netz integrierten mechatronischen Komponenten müssen sich datentechnisch verstehen. Schneider Electric hat z.B. mit EcoStruxure Machine eine ganzheitliche, offene und IIoT-fähige Lösungsarchitektur für die Industrie entwickelt, innerhalb der vernetzte Geräte – beispielsweise digital erfasste Asynchronmotoren, Frequenzumrichter und Leistungsschalter – zu durchgängiger Datenkommunikation mit Steuerung und Software fähig sind. Auf dieser Basis lassen sich die erfassten Daten mithilfe entsprechender Digital Services wie Line Monitoring, Advisor- oder KI-Lösungen für Maschinenüberwachung, Planung und Durchführung von Wartungseinsätzen nutzen – und das entweder direkt vor Ort in der Werkshalle oder aber remote (cloudbasiert) über entsprechende mobile Endgeräte. Zudem dienen die Ergebnisse als Grundlage für Prozessverbesserungen und strategische Geschäftsentscheidungen.

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