Aus der Praxis Angewandte Diagnose für erhöhte Prozesssicherheit und Maschinenverfügbarkeit von Verpackungsmaschinen

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1 Aus der Praxis Angewandte Diagnose für erhöhte Prozesssicherheit und Maschinenverfügbarkeit von Verpackungsmaschinen 19. März 2008, VVD Dresden Dipl.-Ing. Peter Hahn (Ing.-büro Hahn) Dipl.-Ing. Gerrit Pohlmann (WZL der RWTH Aachen)

2 Gliederung 1 Vorstellung des Projektes ZuPack 2 Riemendiagnose an der BB600 Kuvertiermaschine 3 Diagnosen und Feldtest der VCI 180 Schlauchbeutelmaschine Seite 2

3 Übersicht ZuPack: Ziele, Arbeitspakete, Partner Erhöhung der Verfügbarkeit von Verpackungsmaschinen durch ein kostengünstiges Zustandsüberwachungssystem für hochbelastete Komponenten und ihr Zusammenspiel Strategische Zielvorstellung: Analyse der Systemanforderungen Entwicklung von Überwachungsmethoden und -strategien Entwicklung einer Systemplattform 1. Differenzierung durch Innovation 2. Konzentration auf die technische Basis ( Komponenten) 3. Kostensenkung mit Fokus auf den Gesamtlebenszyklus Aktuell Umsetzung der Überwachungsmethoden und -strategien Systemerprobung und -optimierung Projektmanagement Seite 3

4 Arbeitspaket 1: Analyse der Systemanforderungen Ziele des Fragebogens: Erfassung der gängigen Instandhaltungspraxis und wirtschaftlichkeit Anforderungen der Maschinenhersteller und Endanwender erfassen Identifikation der kritischen Komponenten und Anlagenzustände Schaffung einer Ausgangsbasis für die Entwicklung der Systemplattform Ergebnisse des Fragebogens: Derzeit Austausch oft ausfallorientiert oder zeitlich präventiv Sehr lange Laufzeit der Anlage (> 10 Jahre) mit hoher (> 60%) bis höchster (3 Schicht) Auslastung Hauptproblem bei Ausfällen: Prozeßfolgekosten Einfaches, modulares Überwachungssystem mit Standardschnittstellen gefordert Größter Nutzen: Erhöhung Anlagenverfügbarkeit 3-10% Mehrkosten (bezogen auf Anlagenwert) werden bei entsprechendem Nutzen akzeptiert Kritische Teile: Riemen (Antrieb, Transport), Führungen, Getriebe, Lager, Pneumatik Kennwert Anforderungen Maschinenhersteller und Anwender Neue Geschäftsmodelle Neue Geschäftsmodelle (nur MH) Anlageninbetriebnahme Image,Anlagenaufwertung Image, Anlagenaufwertung (nur MH) Garantie Betriebskostenreduktion (nur EU) Betriebskostenreduktion Sicherheitserhöhung Anlagenverfügbarkeit Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit (nur EU) Langfristige Daten Trendaussage Exakte Fehleridentifikation Schnelle Fehlerlokalisierung Trendaussage Maschinenhersteller Kennwert MH Anwender Kennwert EU Schnelle Fehlerlokalisierung (im Falle einer Störung) (im Falle einer Störung) Wichtigkeit 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Seite 4

5 Arbeitspaket 2 - Stand Februar 2009: Umgesetzte Einzeldiagnosen an den Demonstratoren Riemen, Pneumatik Vibration Antrieb eps-client Ketten (WZL) (Festo) (epro) (Siemens) (eps) Lauffähig lauffähig lauffähig lauffähig Lauffähig Lauffähig - Lauffähig lauffähig Lauffähig (Buhrs) (ohne HMI- Anbindung) Nicht geplant Lauffähig Lauffähig - Maintenance (Optima) (Kettenanalyse) (ohne HMI- Anbindung) Manager Seite 5

6 Arbeitspaket 3: Systemplattform zur Integration Visualisierung CM Master System MES / ERP Externer Server z.b. eps, - Langzeitauswertung - Ferndiagnose - Weitere Verdichtung Profibus PLC/ CM-Master (z.b. Simotion) Virtueller CM-Slave Internet Feldbusse, Ethernet - Diagnose parallel zum Steuerungsprogramm - Einfache Abhängigkeiten und Kombinationen - Virtuelle Slaves CM-Slave Pneumatik Subsyst. 1 CM-Slave E-Drive Subsyst. 1 CM-Slave Vibration Subsyst. 1 CM-Slave Riemen Subsyst. 1 - Diagnose für Komponenten - Leistungsfähige Algorithmen - Datenverdichtung Subsystem n Subsystem n Subsystem n Subsystem n Seite 6

7 Gliederung 1 Vorstellung des Projektes ZuPack 2 Riemendiagnose an der BB600 Kuvertiermaschine 3 Diagnosen und Feldtest der VCI 180 Schlauchbeutelmaschine Seite 7

8 Prozessfehler und Maschinendefekte durch zu niedrige oder zu hohe Riemenspannung an der Kuvertiermaschine BB600 Hauptwellenbruch Mech. Defekt Ausfall von Teilfunktionen z. B. Stopper und Einschubfinger Ablageband Defekte Welle nicht direkt einsehbar für Bediener Mechanische Überlastung durch überhöhte Riemenspannung oder Fremdkörper im Zahneingriff Schließstrecke Kette + Mitnehmer Saugöffner Stopper Kuvertzufuhr Anleger 1...n Kuvertierteil Seite 8

9 Riemendiagnose BB600 Erkennung von fehlerhafter Vorspannung F V Erkennung von Fremdkörpern Verschmutzung Maschinenraum BB600 Riemen M1B Seite 9

10 Riemendiagnose: RD-DMS-Sensorik Riemen M1B Installation für 3 Riemen: M1A, M1B, M1C M1 Seite 10

11 Riemendiagnose: RD-DMS-Sensorik Riemen M1B Installation für 3 Riemen: M1A, M1B, M1C Messung der Verbiegekraft mittels DMS DMS Seite 11

12 Riemendiagnose: RD-DMS-Sensorik Riemen M1B Installation für 3 Riemen: M1A, M1B, M1C Messung der Verbiegekraft mittels DMS Kalibrierung von Kraft zu analoger Spannung Berechnung der Vorspannungskraft aus Geometrie und Charakteristik des Sensors DMS Analyse & Auswertung Bedienung & Visualisierung Seite 12

13 Kennlinien der Riemenspannung Ab April 2009 erfolgt die Erprobung beim Kunden Quelle: WZL Seite 13

14 Gliederung 1 Vorstellung des Projektes ZuPack 2 Riemendiagnose an der BB600 Kuvertiermaschine 3 Diagnosen und Feldtest der VCI 180 Schlauchbeutelmaschine Seite 14

15 Vorstellung der Feldtestmaschine VCI 180 Kunde: Transimpex Folienabzug Quersiegler Schnittmesser Laufzeit: 10 Stunden am Tag Produkt: Reis 125 g 120 Beutel pro Minute 250 g 80 Beutel pro Minute Achsüberwachung Pneumatiküberwachung Schwingungsüberwachung geplant Seite 15

16 Maschinenfunktion Quersiegler Bewegung des Quersieglers: Backen max.offen Backen schließen Backen siegeln / Richtungswechsel Beschleunigungssensor PR-9270 Antrieb Excentereinheit Kugelgelenk Federpakete Linearführung Seite 16

17 Antriebsdiagnose zur Überwachung des Quersieglers Überwachungsansätze: Ergebnis: Das Drehmoment liegt am Anfang der Siegelpause bei mehreren Folienlagen zwischen den Siegelbacken (rote Kurve) deutlich über dem Drehmoment bei normal gesiegeltem Beutel (blaue Kurve). Es kommt im Produktionsbetrieb häufiger vor, dass sich Folienreste auf den Siegelbacken aufbauen. Dies ist detektierbar. Geeigneter Kennwert: Maximum der Kurve. Seite 17

18 Antriebsdiagnose zur Überwachung des Quersieglers Siegelpause Siegelpause blaue grüne rote Kurve

19 Pneumatische Überwachung des Quersieglers Quersiegler Seite 19

20 Überwachung des Folienabzuges Achsüberwachung Folienschlupf Anpresskraft Schwingungsüberwachung Lagerschaden Anpresskraft Pneumatische Überwachung Riemenreststärke Anpresskraft Seite 20

21 Überwachung des Folienabzuges Ergebnis: Die Geschwindigkeit liegt bei zu niedrigem Anpressdruck (rote Kurve) deutlich über der Geschwindigkeit bei richtig eingestelltem Druck (blaue Kurve), da ein zu niedriger Anpressdruck einen Schlupf zwischen Folie und Transportriemen bewirkt und die Maschine dieses durch eine höhere Geschwindigkeit der Transportriemen ausregelt. Schlupf am Folientransport ist detektierbar. Geeigneter Kennwert: Mittelwert der gesamten Kurve. Seite 21

22 Überwachung des Folienabzuges Seite 22

23 Onlineüberwachung 8 bar 6 bar 110 l 80 l Seite 23

24 Bisherige Erfahrungen Fehlerhafte Installation der Schnittmesser beim Reinigen Hohe Schnittzeiten (160 ms) erkannt Korrektur durch richtiges einsetzen Schnittzeit 120 ms Zu hoher Luftverbrauch bei zu großen Systemdruck Luftverbrauch von 110 l bei 100 Beutel Korrektur durch Drosseln des Systemdruckes Luftverbrauch von 80 l bei 100 Beutel Anwender Transimpex sieht folgende Vorteile Mehr Informationen (auch im Büro) verfügbar Ersatzteile sind vorab bestellbar Quelle: Seite 24

25 Danksagung Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes Forschung für die Produktion von morgen (Förderkennzeichen 02PG2100) gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT), betreut. Wir bedanken uns beim BMBF und beim Projektträger PTKA-PFT, insbesondere beim zuständigen Projektbetreuer Herrn Redelstab für die Unterstützung dieses Vorhabens. Seite 25