Diagnose in der Pneumatik Integration in Maschinenkonzepte

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1 Diagnose in der Pneumatik Integration in Maschinenkonzepte Hannover Messe 2009, MDA Forum Christoph Albrecht Winter, Dr. Jan Bredau Festo AG & Co. KG

2 Festo ein unabhängiges Familienunternehmen Festo Aktiengesellschaft Automatisierungstechnik und Didactic 1,7 Mrd. Umsatz international in 176 Ländern Mitarbeiter weltweit Innovativ 2800 Patente weltweit ca. 100 Innovationen pro Jahr Forschung und Entwicklung: 7,5 % vom Umsatz Aus- und Weiterbildung: 1,5% vom Umsatz 2

3 Festo Innovation von der Komponente bis zum System Über Katalogprodukte für den Maschinenbau Druckluftaufbereitung und Systemzubehör Ventile und Ventilinseln Controller und integrierte Elektronik Elektrische und pneumatische Antriebe Handhabungs- und Positioniertechnik Vakuumtechnik und Greifer Lösungsanbieter und Servicepartner Komplettsysteme Service

4 Inhalt 1. Trends und Anforderungen 2. Diagnose in der Pneumatik - Systemansatz 3. Integration in Maschinenkonzepte 4

5 Treiber der derzeitigen Entwicklung Trends im Markt Forderung nach größerer Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Qualität und Sicherheit Lebenszykluskosten / TCO Service als wachsendes Geschäft für Maschinenhersteller Neue Geschäftsmodelle, Wartungsverträge, Condition Monitoring und Diagnose Technologie-Trends Sensor Technologien Leistungsfähigere Steuerungen Integration von Intelligenz, in die Komponenten Nutzung von Detaildaten von der Feldebene auf Leitebene Entwicklung in den Schnittstellen/ Bustechnologien (Ethernet, WLAN) Simulation/ modellbasierte Methoden der Diagnose

6 Anforderungen der Zielgruppen an Diagnose und Beiträge der Pneumatik Produzierende Unternehmen Anlagenverfügbarkeit erhöhen Lokalisierung fehlerhafter Antriebe Detektion/ Identifizierung von Störungen Datensammlung, Trendanalyse Produktivität verbessern Leckagedetektion, Ermittlung Energieverbrauch Optimierung der Instandhaltung (präventiv, zustandsbasiert ) Zuverlässigkeit erhöhen Diagnose für kritische/ prozessrelevante Antriebe Verfolgung Produktionsdaten, Nachvollziehbarkeit von Chargen Neue Sicherheitskonzepte Maschinenhersteller Bessere Maschinenfunktionalität Leistungsfähige Komponenten mit zusätzlicher Intelligenz Rückfluss von Daten zur Funktionalität an Konstruktion Kundenservice aufwerten Ferndiagnose Support der lokalen Instandhaltung Kostenreduktion für Serviceeinsätze, E-Services Neue Geschäftsmodelle Neue Dienstleistungen Betreibermodelle Verträge für Instandhaltung, & Betrieb (Fokus auf LCC)

7 Besipiel Verpackungstechnik Welche Funktionen sind wichtig?

8 Anforderungen an praktischem Beispiel Fokus des Maschinenherstellers: Sicherheit, Qualität der Herstellungsprozesse steigern durch neue Konzepte einen Vorsprung in der Wettbewerbsfähigkeit erreichen Kundennutzen für den Betreiber Condition Monitoring des gesamten pneumatischen Systems (Druckluft und Durchflussüberwachung) Luftmenge für Verpackungsprozesse Monitoring der Verfahrzeit aller Zylinder Ausführliche Diagnose für qualitätsund prozessbestimmende Bewegungen 8

9 1. Trends und Anforderungen 2. Diagnose in der Pneumatik Systemansatz 3. Integration in Maschinenkonzepte 9

10 Diagnosekonzept: Systemansatz für kundenspezifische Lösungen Serviceleistungen (Engineering, Aufbau, Betrieb) Komponentendiagnose (Fehleridentifizierung) Last, Reibung interne/ ext. Leckage Drosselung Schaltfehler Systemdiagnose (Fehlerlokalisierung) Ventil oder Zylinder Leckagedetektion Monitoring (Störungserkennung) Druck, Durchfluss, Luftverbrauch, Energie Verfahrzeiten Integration in bestehende Automatisierungskonzepte (Steuerungen, HMI, SCADA) Realisierung durch einen Baukasten Diagnose Standard- Produktlösungen Kundenspezifische Lösungen auf Basis von Standardprodukten Servicelösungen 10

11 Anwendung auf eine pneumatische Schaltung Endschalter Detaillierte Fehleridentifizierung Zusätzliche Sensorik Ventilsteuersignale p Druck- und Durchfluss- Sensor in der Versorgung Q Monitoring Grundgrößen Fehlerlokalisierung (Subsystem, Komponente) 11

12 Volumenstrom- und Luftverbrauchsanalyse einer Anlage

13 Das Festo Diagnosesystem für kundenspezifische Lösungen Funktionalität Toolkit Stufe 1 Standardfunktionen (Druck, Volumenstrom, Luftverbrauch, Druckaufbauzeiten, Hubzähler, Verfahrzeit Antriebe, ) Diagnose Framework Kundenspezifische Funktionen nachrüstbar Verschiedene Sensoren Profibus, OPC, Ethernet- Anbindung Toolkit Stufe 2 Weitere Funktionen, u.a. Leckagedetektion und Detaildiagnose für Antriebe und Ventile mit verdichteten Aussagen Basis - Konfiguration Weitere Schnittstellen zu übergeordneten Systemen (Profinet ) Toolkit Stufe 3 Vollständige Diagnosebibliothek (mit Funktionen zur System- & Komponentendiagnose) Visualisierung Komfortable Konfiguration Flexibel erweiterbare Diagnosebibliothek Fokus: Pneumatik- Applikationen (Montage- und Verpackungstechnik) Verknüpfung Produktentwicklung und Kundenprojekte Intelligente Remote IO Sensoren Anzeigen und Dialog Hardware

14 Festo Energy Monitoring Festo Energy Monitoring (GFDM) Visualization Diagnose Controller mit Software Durchflusssensoren Druck- und Durchflussbestimmung Teach-In Funktionalität Zeit und chargenabhängige Referenzen Flexible Prozess- oder Zeittrigger Visualisierung von Status, aktuellen Werten

15 Beispiel: Servopneumatische Schweißzange mit Diagnose Eigenschaften Geregeltes System: Frei programmierbare Öffnungsweite und Kraft für jeden Schweißpunkt Kompakter Controller, geregelter Zangenausgleich Kein Prellschlag, Kompensation des Kappenabrandes durch Referenzfahrt Verschiedene Bussysteme möglich wie z.b. Interbus (LWL), Profibus DP Fehlererkennung und Diagnose Störungserkennung: Kommunikation, Positions-, Druck- und Kraftüberwachung, Leckagedetektion, Luftverbrauchskontrolle Automatisches Teach-In und Referenzierung

16 Beispiel: Verpackungsmaschine Allgemein: Luftverbrauch, Energiemonitoring Betriebsdruckkontrolle Ventilschaltung Kühlluft Ventil Typ MPA (Kühlluftmenge) Folienabzug Zylinder zum Anpressen der Transportriemen (Anpressdruck + Riemenverschleiß) Längssiegelung Zylinder zum Anpressen und zum Gegenhalten (Verfahrzeiten, Hubzähler) Quersiegelung mit Schnittmesser Backen Bewegung elektrischer Antrieb Schnittmesser pneumatischer Zylinder (Ermittlung Schnittzeit) 16

17 Inhalt 1. Trends und Anforderungen 2. Diagnose in der Pneumatik - Systemansatz 3. Integration in Maschinenkonzepte 17

18 Integration in Maschinenkonzepte Stufe 1 Separate Diagnose ohne Verbindung zum Automatisierungs- und Vernetzungskonzept der Maschine Meist für eine spezifische Technologie und spezifischer Information Information vor Ort für Maschinenbetreiber und Instandhaltung 18

19 Integration in Maschinenkonzepte Stufe 2 Separate Diagnose ohne Verbindung zum Automatisierungs- und Vernetzungskonzept der Maschine Mehrere Technologien über einen Diagnoserechner Informationen gebündelt vor Ort und/oder übergeordnet für Maschinenbetreiber und Instandhaltung

20 Integration in Maschinenkonzepte Stufe 3 Diagnose eingebunden in das Automatisierungskonzept der Maschine: 1. Systemdruck (Drucksensor) 2. Luftverbrauch des Systems (Durchflusssensor) 3. Verfahrzeiten der Aktuatoren (Endschalter, Steuersignale) 4. Position und Druck der Abzugseinheit (Positionssensor 50 mm und Drucksensor) - Digital I/O der Ventile und Aktuatoren - Prozesszustand, Befehle (Teach-In, ) Pneumatikdiagnose Ventilinsel mit Controller Profibus Diagnoseergebnisse (Status, Werte ) Visualisierung Maschinenpanel PLC / Motion Control

21 Prinzipbild der Integration von Diagnose in die Maschine/Anlage Anlagenvisualisierung Anlagensteuerung 4. Visualisierung und Langzeitdatenauswertung (optional) Feldbus/Ethernet 3. Datentransfer via Feldbus/Ethernet 2. Kalkulation und Datenverdichtung Diagnosecontroller im CPX-Terminal oder Stand-Alone 1. Datenerfassung Anschluss zusätzlicher Sensoren 21

22 Gewinnung, Verarbeitung und Nutzung von Diagnoseinformation MES/ ERP (Enterprise Resource Planning) Fernzugriff Instandhaltungssteuerung Archivierung, Dokumentation Betreiber/ Instandhaltung/ Service (Informationsbereitstellung für den Nutzer) Integration in übergeordnete Systeme (PLC, SCADA ) Standardplattformen Etablierte Schnittstellen Maschinenherstellers, Steuerungshersteller Verknüpfung der Daten für Maschinen- / Prozessdiagnose Pneumatische Antriebe Hydraulische Antriebe Elektrische Antriebe Mechanik Komponenten- und Sensorhersteller Weiteres Sensorrohdaten und verdichtete Daten aus Intelligenten Geräten... 22

23 Diagnoseausrüstung Montageanlage Langzeitdatenüberwachung Luftverbrauch Maximum (Zelle 3)

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 24