Komponenten der Automatisierungstechnik Ausgewählte Schwerpunkte

Transkript

1 stechnik Ausgewählte Schwerpunkte 1 Ausgewählte Schwerpunkte Schnittstellen zum Steuerungssystem Dynamische Anforderungen Serielle Schnittstellen für Feldgeräte Maschinen- und Anlagensicherheit Schutzarten, Eigensicherheit Diagnose und Fernwartung

2 stechnik 2 Diagnose von Prozessen und Geräten Allgemein Visualisierung von Prozessdaten Prozessdiagnose Field Device Tool (FDT) Diagnosetools für die industrielle Datenkommunikation Condition Monitoring

3 S/A- Ebene Steuerungs- Ebene Führungs- Ebene Leit- Ebene Planungs- Ebene stechnik 3 CAD/CAE Systeme Betriebsrechner Büro-Netzwerk Datenbank Fertigungsrechner Industrie-ETHERNET-Netzwerk Prozessleitrechner Zellenrechner Feldbusnetzwerk NC SPS NC NC

4 stechnik 4 Allgemein Notwendige Informationen für den Operator in der Leitwarte: Zustand der Geräte, Maschinen- und Anlagenkomponenten Über den automatisierten Prozess Status der Leittechnik Zustand der Automatisierungskomponenten Zustand der Kommunikation Prozess Anlage

5 stechnik 5 Betriebsüberwachung Funktionen und Befehle Überschreiten von Grenzwerten Überfahren von Endlagen Ziel Diagnose Defekte Komponenten Leckageerkennung Reibung, Verschleiß Hohe Verfügbarkeit der Anlage Vorbeugende Wartung

7 stechnik 7 Betriebsüberwachung Bsp. Speiserestverwertung Bsp. Biodieselanlage

8 stechnik 8 Betriebsüberwachung Bsp. Gasturbine

9 stechnik 9 Visualisierung von Prozessdaten Beispiel: Solaranlage

10 stechnik 10 Visualisierung von Prozessdaten Beispiel: Solaranlage

11 stechnik 11 Visualisierung von Prozessdaten Beispiel Mobile Bohrmaschine z.b. für Säulenfundamente

12 stechnik 12 Visualisierung von Prozessdaten Beispiel Mobile Bohrmaschine z.b. für Säulenfundamente

13 stechnik 13 Visualisierung von Prozessdaten Beispiel: Asphaltmischanlage

14 stechnik 14 Visualisierung von Prozessdaten Beispiel: Asphaltmischanlage

15 stechnik 15

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22 stechnik 22 Prozessdiagnose Fehlerermittlung Fehlerlokalisierung Art Ausfall Teilausfall falsche oder keine Sensordaten Ort Teilsystem Gerät Komponente Fehlerbehebung

23 stechnik 23 Konfiguration und Diagnose an den Feldgeräten Messgröße Sensorelement Elementarsensor Mess- Signal Wandler Elektr. Signal Elektr. Signal Signalaufbereitung Signalverarbeitung Elektr. Signal genormt Messwert Konfiguration Diagnose DIL-Schalter, Potentiometer, Drahtrücken LED / Ziffern / Text-Anzeigen, Messpunkte

24 Feldbus stechnik 24 Konfiguration und Diagnose an den Feldgeräten Messgröße Sensorelement Elementarsensor Mess- Signal Wandler Elektr. Signal Elektr. Signal Signalaufbereitung Signalverarbeitung Messwert Konfiguration Diagnose Node-Schalter LED

25 stechnik 25 Prozessdiagnose Abgestufte Werkzeuge für Inbetriebnahme Betrieb Instandhaltung

26 stechnik 26 Prozessdiagnose Online / Offline Diagnose via Datenlogger Aufzeichnung über einen längeren Zeitraum Datenauswertung zur Fehlersuche

27 stechnik 27 Prozessdiagnose Ferndiagnose Medien: Internet (VPN), Funk, GSM, ISDN, Typ: VNC, WEB-Server, Remote-Zugriff, herstellerspezifische Programmier- und Servicetools

29 stechnik 29 Prozessdiagnose Beispiel Online-Diagnose in der Anlage mit FDT

30 stechnik 30 FDT (Field Device Tools) Aktuelle Situation Tausende analoge und digitale Signale Hunderte Geräte Unterschiedlicher Hersteller Datenaustausch erfolgt über mehrere Feldbussysteme Werkzeuge der jeweiligen Gerätehersteller (teilweise unterschiedliche Bedienphilosophie) Inbetriebnahme von einer einzelnen Station nicht möglich Die Folge Hohe Kosten für Projektierung, Inbetriebnahme und Wartung

31 stechnik 31 Ziele von FDT (Field Device Tool) Technologie für den einfachen Umgang mit Feldgeräten Einheitliche Schnittstelle für alle Kommunikationsprotokolle und Softwareumgebungen von Feldgeräten und Werkzeugen Offene Spezifikation / herstellerunabhängig Offene Einbindung von Feldgeräten verschiedener Hersteller in Steuerungs- und Bedienprogramme

32 stechnik 32 Umsetzung von FDT Gerätehersteller fügen ihren jeweiligen Feldgeräten einen Device Type Manager (DTM) hinzu Gerätetreiber mit allen Daten zur Konfigurationen, Parametrierung und Dokumentationen Liest und schreibt Variablen vom und ins Feldgerät Verantwortung für Gerät und DTM in einer Hand FDT Frame Applikationen kommunizieren nun mit Hilfe dieser DTMs über den Feldbus mit jedem Gerät. Kommunikation über verschiedene Netzwerke möglich Unterstützung gerätespezifischer Diagnosefunktionen

33 stechnik 33 Umsetzung von FDT Standard Interfaces

34 stechnik 34 Umsetzung von FDT Beispiel via Web-Client-Server

35 stechnik 35 Umsetzung von FDT Zusammenwirken von Applikation und DTM

36 stechnik 36 Beispiele für FDT

37 stechnik 37 FDT Joint Interest Group Die FDT Joint Interest Group ist eine internationale Zusammenarbeit von Unternehmen aus dem Bereich der industriellen Automatisierung Aufgabe ist die Verbreitung der FDT/DTM Technologie Weitere Informationen unter:

39 stechnik 39 Prozessdiagnose Beispiel Diagnosetools für die industrielle Datenkommunikation Problemstellung: Fehlerhaft arbeitende Feldbusse können verschiedene Ursachen haben physikalisch, medienabhängig Logisch, protokollabhängig Jeder Feldbus bedarf spezieller, auf Physik und Protokoll abgestimmter Diagnosetechnik

40 stechnik 40 Beispiel für ASI: Servicebook Werkzeug zur: Entwicklung Inbetriebnahme Wartung Fehlersuche System Steuerungsprogramm

41 stechnik 41 Beispiel für ASI: Servicebook Online Monitoring - A/B-Slaves - Analog-Slaves - Peripherie Fehler - Safety Datalogger Analysefunktionen - Komplettübersicht - Kommunikation - Konfiguration - Statistik/Fehlerzähler - Trigger und Filter auf beliebige Maske - externer Trigger - wählbare Anzahl der aufzuzeichnenden Daten - beliebiges Setzen von Trigger- und Filtermasken - Aufzeichnung des laufenden ASI-Betriebes - Triggerausgang für Oszilloskop Sonstige Funktionen - Stabilitätsprüfung der Kommunikation - um fangreiche Fehleridentifikation - Systemcheck Feststellung des Istzustandes - Power_Fail Meldung - Vergleich von Soll- und Ist- Konfiguration des ASI-Netzes - Integrierte Ferndiagnose per SMS (optional) - Datenbank für spezifische Sensor-, Aktor- + Projektdaten - Hilfefunktion zur Unterstützung des Anwenders

42 stechnik 42 Beispiel CAN-Analyser (IXXAT)

43 stechnik 43 Beispiel CAN-Analyser (IXXAT)

44 stechnik 44 Beispiel Powerlink: EPL-REport (Port)

45 stechnik 45 Beispiel Powerlink: EPL-REport (Port)

46 stechnik 46 Beispiel Profibus

47 stechnik 47 Beispiel Profinet

48 stechnik 48 Beispiel SERCOS

50 stechnik 50 Condition Monitoring Definition [Quelle: Wikipedia] Condition Monitoring basiert auf einer regelmäßigen oder permanenten Erfassung des Maschinenzustandes durch Messung und Analyse aussagefähiger physikalischer Größen. Ziel: Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit durch zustandsabhängige bzw. vorausschauende Instandhaltung. Maßnahmen u.a. Regelmäßige Erfassung des Maschinenzustandes. Messung relevanter Größen für die Maschinendiagnose Erfassung kritischer Betriebszustände

51 stechnik 51 Condition Monitoring Die meisten Informationen existieren schon für die Technologie Analoge Eingänge, Temperatur Eingänge Externe Geräte (Öldruck, Durchflussmessung,...)

52 stechnik 52 Condition Monitoring Spezielle Werkzeuge und Verfahren: Beispiel: Condition Monitoring basierend auf Vibrationsmessung und -analyse

53 stechnik 53 Condition Monitoring Spezielle Werkzeuge und Verfahren: Beispiel: Condition Monitoring basierend auf Vibrationsmessung und -analyse

54 stechnik 54 Condition Monitoring Wartungsstrategien der Endkunden Schadensorientiert - Feuerwehr Strategie Zeitorientiert - Fester Service Intervall Ziel: Zustandsorientiert In welchen Industrien anwendbar? Druckindustrie Verpackungsindustrie Holz und Papier Industrie Kunststoff Industrie Metall Industrie Die Fehlerwarnung kommt vor dem Stillstand!

55 stechnik 55 Condition Monitoring Datenerfassung Mit Hilfe von Sensoren werden die Betriebsdaten der Maschine oder Anlage kontinuierlich erfasst: Beispiele: - Prozessdaten (z.b. Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand, Verschmutzung, Wassergehalt, Viskosität,...) - Maschinendaten (z.b. Start/Stop, Zykluszeit, Energie, Verbrauch, Störungen,...) - Diagnosedaten (zusätzliche Daten wie z.b. Schwingung, Temperatur, Druck...) [Quelle:

56 stechnik 56 Condition Monitoring Datenvorverarbeitung Die Korrelation der erfassten Prozess- und Maschinendaten ergibt sich hierbei eine deutlich erweiterte Diagnosetiefe als bei konventioneller Schwellwertüberwachung. Datenauswertung Die auf ein notwendiges Minimum komprimierten Zustandsinformationen werden dem Maschinenbetreiber zwecks Überwachung bzw. Steuerung über verschiedene Kommunikationswege übermittelt. Ableitung unterschiedlichster Service-Konzepte für den Maschinenbetreiber bzw. -hersteller.

57 stechnik 57 Condition Monitoring Einsatzgebiete Prozessautomation zunehmend Maschinenbau / Factory Automation

58 stechnik Ausgewählte Schwerpunkte 58 Ausgewählte Schwerpunkte Schnittstellen zum Steuerungssystem Dynamische Anforderungen Serielle Schnittstellen für Feldgeräte Maschinen- und Anlagensicherheit Schutzarten, Eigensicherheit Diagnose und Fernwartung