Industrial IoT: Elektromotoren einfach in bestehende Datennetzwerke integrieren

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Industrial IoT: Elektromotoren einfach in bestehende Datennetzwerke integrieren

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Dass der Weg ins IIoT nicht kompliziert sein muss, will Weidmüller mit seinen retrofit-fähigen Sensoren der Serie U-Sense beweisen. Mit ihnen können auch bestehende Anlagen wirtschaftlich nachgerüstet werden, wie das Beispiel Elektromotoren zeigt. Selbst einfache Asynchronmotoren lassen sich in ein Industrie-4.0-Umfeld integrieren und analysieren.
Industrial IoT

Quelle: Weidmüller

Rotierende Geräte sind millionenfach in Produktionsanlagen zu finden. Je nach Belastung verschleißen sie unterschiedlich schnell. Will man kostspielige Ausfälle vermeiden, müssen die Geräte sorgfältig überwacht werden – was Kosten verursacht. Kostengünstiger geht dies im Industrial IoT.

Alle Daten im Industrial IoT bereitgestellt

Besonders gilt dies für manuelle Prüfungen. Effizienter sind automatisierte Verfahren, wie CMS (Condition Monitoring). Hierbei werden verschiedene Parameter, wie Stromaufnahme oder Temperaturwerte kontinuierlich erfasst und ausgewertet. Weidmüller hat diesen Ansatz weiterentwickelt und mit U-Sense eine industriefähige Lösung geschaffen, um alle elektrischen Daten im IIoT bereitzustellen. Dies ist auch nachträglich möglich. So lassen sich auch einfache Asynchronmotoren in ein Industrie-4.0-Umfeld integrieren und analysieren. Das Produkt U-Sense liefert durch das smarte Preprocessing die Daten, die der Anlagenbetreiber für eine vorausschauende Überwachung und eine Optimierung benötigt. Zusätzlich berücksichtigt es alle Anschlussvarianten von E-Motoren.

In Verbindung mit einer nachgeschalteten Analytics-Software können Fehler automatisiert erkannt und Handlungsempfehlungen gegeben werden. Auch lassen sich Hinweise darauf ableiten, wie die Anlage optimiert werden kann, um beispielsweise ihre Lebensdauer zu verlängern. Die erfassten Daten werden an die Cloud oder an einen lokalen Server übertragen; auf Dashboards erhält der Anwender einen schnellen Überblick. So lassen sich Standzeiten von Motoren und damit die Anlagenverfügbarkeit erhöhen und die Kosten für Wartungen und Reparaturen senken.

Die Lösung umfasst den universellen Stromsensor U-Sense Energy Drives für die maschinennahe Datenerfassung und den Vibrationssensor U-Sense Vibration zur Motorüberwachung. Beide Geräte enthalten hochwertige Sensoren und sind durch robuste Gehäuse sowie eine industrietaugliche Anschluss- und Kommunikationstechnik für die maschinennahe Montage geeignet.

Industrial IoT
Der Sensor U-Sense Vibration erfasst mechanische Schwingungszustände. Bild: Weidmüller

Sensoren einfach integrieren

U-Sense Energy Drives erfasst alle relevanten elektrischen Zustände eines Elektromotors und stellt diese in einem IIoT-Netzwerk zur Verfügung. Dabei kommen industrieübliche Sensoren zum Einsatz, die den Strom und Spannungsverlauf mit einer Genauigkeit von 3 Prozent bei einer Abtastrate von 1 Kilohertz erfassen. Über digitale und analoge Eingänge lassen sich bei Bedarf weitere Sensoren integrieren. Ein Kontrollmodul verarbeitet die erfassten Zustände und digitalisiert diese, so dass sowohl direkt gemessene als auch berechnete elektrische Größen digitalisiert werden. Damit stehen nicht nur Messwerte für Spannung und Ströme aller Phasen, sondern beispielsweise auch Wirk- und Blindleistung, Schaltzyklen oder Betriebsstunden sowohl lokal als auch weltweit zur Verfügung.

Die Kommunikation der Daten via Modbus RTU (Remote Terminal Unit) Protokoll und RS485 Busleitung nach IEC 61158 ermöglicht eine stabile und sichere Übertragung auch über weite Strecken. Die offene Protokollstruktur erlaubt eine einfache Integration in vorhandene Netzwerke. Dank des IP65-Gehäuses und der Push-in-Anschlusstechnik zur schnellen Installation, lässt sich das Gerät sehr einfach dicht am Motor installieren. Es sind nur kurze Stillstandszeiten erforderlich. Eine separate Spannungsversorgung stellt die ständige Verfügbarkeit sicher und ermöglicht die Erfassung von Daten ohne Zeitverzögerung.

Vibrationen frühzeitig erkennen

Vibrationen verraten viel über den Zustand eines Antriebes: ob er gleichmäßig läuft oder sich Verschleißerscheinungen abzeichnen. Der Sensor U-Sense Vibration erfasst Vibrationen lange bevor das Bauteil ausfällt. Er 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 von bis zu zwei Jahren möglich. Der Messbereich umfasst 2g bis 16g bei einer Abtastrate von 1 Kilohertz.

Industrial IoT
Der U-Sense Vibration ist zur Montage an rotierenden Teilen ausgelegt, weshalb er ohne Verdrahtung auskommt. Bild: Weidmüller

Das IP66 / IP67- geschützte Gehäuse lässt sich ohne Spezialwerkzeug in bestehende Anlagen integrieren. 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° C und +85° C betragen. Zertifikate, wie FCC, cULusx, Atex, IECEX (Zone 2 / 22) erweitern das Einsatzspektrum.

Mehrwerte des Industrial IoT durch Anwendung

Der Weg ins Industrial IoT muss nicht kompliziert sein. Egal, ob ein Zugang zu Motordaten oder eine Cloudanbindung benötigt wird, Weidmüller bietet mit U-Sense passende Komponenten und Services. Mit dem aufeinander abgestimmten Portfolio gelingt der Weg ins Industrial IoT – „from data to value“. Egal ob Greenfield oder Brownfield bietet der Detmolder Elektronik-Spezialist als Enabler Lösungen für die Datenerfassung, die Datenvorverarbeitung, die Datenkommunikation und auch die Datenanalyse.

Eins ist dabei klar: Das Industrial IoT ist kein Selbstzweck. Die Mehrwerte erschließen sich im konkreten Anwendungsfall, zum Beispiel, wenn es um die Erhöhung der Anlageneffizienz oder den effizienteren Einsatz von Servicetechnikern dank Remote Maintenance geht. Nicht zuletzt können Kunden mit dem Industrial IoT neue Geschäftsmodelle etablieren.

Die Autorin Silke Lödige ist Referentin Fachpresse bei Weidmüller Interface.

Lesen Sie auch: Antriebstechnik: Diese Motorsteuerung ist wirklich Micro

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