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Industrie 4.0 für elektrische Stellantriebe: Cloud- Lösung vereinfacht vorausschauende Instandhaltung

Durch die Nutzung moderner Cloud­-Lösungen können Betreiber von ­Wasserkraftwerken und stahlwasserbaulichen Anlagen die vorausschauende, zustandsorientierte Instandhaltung ihrer elektrischen Stellantriebe verbessern,

Prozesse optimieren und die Anlagenverfügbarkeit nachhaltig sichern. Cloudbasierte Lösungen machen heute das Vernetzen und Analysieren großer Datenmengen immer einfacher. Intelligente Feldgeräte sind in der Lage, immer mehr Betriebs- und Gerätedaten zu erfassen. Unter dem Stichwort Industrie 4.0 werden neue Lösungen entwickelt, um aus diesen Daten Nutzen zu generieren: Prozesse zu optimieren, Ausfälle zu vermeiden, Kosten einzusparen, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen. Elektrische Stellantriebe haben bereits standardmäßig umfangreiche Intelligenz an Bord und bieten damit beste Voraussetzungen für Industrie 4.0-Anwendungen. Die robusten Antriebe sind mit leistungsfähiger Sensorik und Elektronik ausgestattet, die dem Schutz des zugehörigen Absperr- oder Regelorgans – Klappe, Schütz oder Armatur – dienen. Eine Vielzahl an Betriebs- und Gerätedaten wie zum Beispiel Schaltvorgänge des Motors, Motorlaufzeiten, Umgebungstemperaturen, Vibrationen, Drehmomente, Warnmeldungen und Störungen werden automatisch in einem zeitgestempelten Ereignisprotokoll in der Stellantriebs-Steuerung gespeichert. All diese Daten können Auskunft geben über die Belastungen, denen der Stellantrieb – und das zugehörige Absperr- oder Regelorgan – während ihrer bisherigen Lebensdauer bereits ausgesetzt waren. Kenntnis dieser Daten kann dabei helfen, Wartungsbedarf frühzeitig zu erkennen und rechtzeitig die notwendigen Maßnahmen einzuleiten, um unerwartete Ausfälle zu vermeiden. Bisher wurden diese Daten jedoch nur wenig genutzt; sie waren praktisch nur für Service Experten mit spezieller Software zugänglich. Mit Hilfe moderner Cloud-Technologie ist es nun möglich, diese Fülle an Daten auch für den Anlagenbetreiber nutzbar zu machen.

Hilfe zur Selbsthilfe für den Betreiber
Mit der AUMA Cloud bekommen Kraftwerksbetreiber ein einfach zu benutzendes Self-Service-Tool an die Hand, mit dem sie das Asset Management ihrer AUMA Stellantriebe verbessern und die Anlagenverfügbarkeit erhöhen können. Jeder Betreiber eines Wasserkraftwerks oder einer stahlwasserbaulichen Anlage kann die AUMA Cloud kostenlos nutzen, um sich ein Bild über den Zustand seiner elektrischen Stellantriebe zu verschaffen. Er kann die in den Stellantriebs-Steuerungen gespeicherten Betriebs- und Gerätedaten in wenigen Schritten auslesen und in die AUMA Cloud hochladen.
Über intelligente Algorithmen werden die Daten in der AUMA Cloud analysiert und ausgewertet. Aus den Log-Daten werden aussagekräftige Kennzahlen berechnet und übersichtlich dargestellt, z.B. die Verfügbarkeit (‚Uptime‘), die Anzahl der Motoranläufe oder die häufigste Fehlermeldung. Anlagenbetreiber können somit hohe Belastungen an einzelnen Stellantrieben oder möglichen Wartungsbedarf frühzeitig erkennen und rechtzeitig Maßnahmen einleiten. Vorzeitiger Verschleiß lässt sich vermeiden, die Nutzungsphase der Stellantriebe und die zugehörigen Regel- und Absperrorgane wird verlängert. Der Nutzen der AUMA Cloud geht jedoch noch weiter: Sie bietet eine zentrale Plattform, um die verschiedensten Informationen zu allen AUMA Stellantrieben im Wasserkraftwerk zu sammeln. Jedes Gerät wird mit Seriennummer, Bauart und Bautyp, etc. gespeichert. Zu jedem Gerät können Dateien und Fotos angehängt werden. Die Stellantriebe können entsprechend der Anlagenstruktur übersichtlich in verschiedene Gruppen aufgeteilt werden. Über dieses virtuelle Abbild seiner Anlage kann der Anlagenbetreiber somit jederzeit schnell auf alle Daten zu seinen Geräten zugreifen. Der Betreiber kann außerdem aus der Cloud heraus den AUMA Service kontaktieren, wenn er Expertenhilfe benötigt. Gerätedaten und weitere Informationen können dabei gleich mitgeschickt werden. Über die AUMA Cloud kann der Anwender zudem direkt auf die vollständige Dokumentation zu jedem AUMA Gerät zugreifen. Dazu zählen Betriebsanleitung, Technische Daten, Schaltplan, Auftragsdatenblatt, etc. Ein lästiges Suchen gedruckter Unterlagen entfällt somit.

Einfacher Einstieg
Die AUMA Cloud ist für jeden Wasserkraftwerksbetreiber einfach und direkt nutzbar. Lediglich eine Registrierung ist notwendig. Als Web-Applikation läuft die AUMA Cloud in Standard-Webbrowsern und benötigt keinerlei Installation oder komplizierte Änderung in der IT-Infrastruktur oder in der Leittechnik. Die Nutzung ist in der Basisversion kostenlos. Zusätzlich steht für den Anwender die AUMA Assistant App zur Verfügung, um die Betriebs- und Gerätedaten über eine gesicherte Bluetooth-Verbindung aus den AUMA Stellantrieben auszulesen und in die AUMA Cloud hochzuladen. Diese App läuft auf Android Smartphones und ist ebenfalls kostenlos. Ebenso besteht die technische Möglichkeit, Stellantriebe direkt mit der AUMA Cloud zu verbinden und Live-Daten zu senden, wenn dies der Kunde wünscht.

Was Kennzahlen über den Anlagenzustand verraten
Intelligente Algorithmen in der AUMA Cloud berechnen aus den Geräte- und Betriebsdaten eine Vielzahl an Kennzahlen für jeden Stellantrieb. Die Uptime ist dabei der wichtigste Indikator. Hieran erkennt der Anlagenbetreiber sofort, ob alles in Ordnung ist ober ob Handlungsbedarf besteht und er den Ursachen für eine niedrige Uptime auf den Grund gehen sollte. Weiterhin werden wichtige Kennzahlen wie die Gesamtanzahl der Motoranläufe, das mittlere Drehmoment und die maximalen Temperaturen berechnet. Aussagekräftig sind außerdem die automatische Berechnung der Betriebsart und die Anzeige der häufigsten Fehler. Durch die übersichtliche Darstellung in der Cloud hat der Anlagenbetreiber den Zustand seiner Anlage und Geräte immer im Blick. Er kann hohe Belastungen oder möglichen Wartungs- oder Austauschbedarf frühzeitig erkennen. Treten Probleme an einem Gerät auf, helfen die berechneten Kennzahlen auch beim Troubleshooting. Die Ursache kann häufig auf Basis der analysierten Daten schnell gefunden werden; die Fehlerbehebung wird beschleunigt. Dies soll im Folgenden durch zwei Beispiele illustriert werden.

Beispiel 1: Vermeidung von vorzeitigem Verschleiß
In einer Anlage in Schweden zeigte ein AUMA Stellantrieb kurz nach der Inbetriebnahme nur eine Uptime von 91 Prozent. Aus der detaillierten Analyse in der AUMA Cloud wurde ersichtlich, dass bei der Fahrt in die Endlage ZU häufig ein Drehmomentfehler eintrat. Drehmomentfehler sind kritisch, da überhöhtes Drehmoment sowohl die Lebensdauer des Stellantriebs als auch die der Armatur beeinträchtigen kann. Mögliche Ursachen für Drehmomentfehler sind eine falsche Auslegung des Stellantriebs oder eine fehlerhafte Einstellung der Wegschaltung. Bei dem Kunden war letzteres der Fall: Das Problem ließ sich sehr einfach lösen, indem die Wegschaltung neu eingestellt wurde und nun früher abgeschaltet wird. Durch die Auswertung in der AUMA Cloud konnte der Anlagenbetreiber somit vorzeitigen Verschleiß an Stellantrieb und Armatur verhindern und gleichzeitig die Verfügbarkeit seiner Anlage erhöhen.
 
Beispiel 2: Optimierung von Regelparametern
Ein Kunde in Frankreich wandte sich an den AUMA Service, weil bei einem Stellantrieb häufig der Motor überhitzte und Thermofehler auslöste. Ein Auslesen der Log-Daten und die anschließende Analyse in der AUMA Cloud zeigte eine Uptime von lediglich 71 Prozent und die stolze Zahl von 912 Thermofehlern innerhalb weniger Wochen.
Bei der Fehlersuche half eine weitere Kennzahl, die Motorbetriebsart. Die AUMA Cloud ermittelte im Durchschnitt die Betriebsart Aussetzbetrieb S4 – 50 %. Ein Vergleich mit dem Auftragsdatenblatt, das online in der AUMA Cloud geöffnet wurde, zeigte jedoch, dass der Stellantrieb lediglich für S4 – 25 % ausgelegt war. Dem Stellantrieb fehlte also die nötige Zeit zum Abkühlen zwischen zwei Motoranläufen. Die 912 Thermofehler waren demnach auf Grund einer nicht zulässigen Betriebsart entstanden. Der Kunde nahm daraufhin auf Empfehlung des AUMA Service Anpassungen auf der übergeordneten Steuerungsebene vor. Er konnte die Regelparameter justieren, ohne dabei die Qualität seiner Regelgüte negativ zu beeinflussen. Das Resultat zeigt ein ca. 2 Monate später aufgenommener neuer Snapshot: Die Uptime verbesserte sich auf 99 Prozent und als durchschnittliche Betriebsart ermittelte die AUMA Cloud Kurzzeitbetrieb S2 – 6 min.

Vernetzung mit dem Service
Über die AUMA Cloud erhält der Wasserkraftwerksbetreiber direkten Zugang zum Hersteller-Kundendienst. Der Betreiber kann aus der Cloud heraus Serviceanfragen starten, wenn er zum Beispiel Ersatzteile oder Austauschantriebe anfragen möchte oder wenn er Auffälligkeiten an einem Stellantrieb beobachtet und selbst keine Ursache erkennen kann. Die Anfrage gelangt dann direkt zu einem erfahrenen AUMA Service Experten. Alle für eine Ferndiagnose benötigten Daten, wie zum Beispiel Log-Dateien oder Fotos, lassen sich schnell und einfach an die Anfrage anhängen. Dies beschleunigt Bearbeitung und Fehlerbehebung und senkt die Kosten für Serviceeinsätze vor Ort. Der Betreiber hat zudem jederzeit volle Transparenz über den aktuellen Status seiner Serviceanfragen. Jede Anfrage ist in der AUMA Cloud dokumentiert, jeder Prozessschritt ist nachverfolgbar.

Potenziale für die Zukunft
Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass die AUMA Cloud eine hohe Transparenz in Bezug auf den Zustand der Stellantriebe ermöglicht. Die Zustandsübersicht der Assets kombiniert mit den Kennzahlen hilft entscheidend da- bei, intensive Belastungen eines Stellantriebs frühzeitig zu erkennen und durch gezielte Maßnahmen zu adressieren. Eine wirkliche vor­ausschauende, zustandsorientierte Instandhaltung wird möglich und das Risiko unerwarteter Ausfälle wird minimiert. Ebenso wird die Fehlersuche deutlich vereinfacht.
Auch wenn AUMA Stellantriebe grundsätzlich robust und äußerst wartungsarm sind: Um die Verfügbarkeit eines Wasserkraftwerks nachhaltig zu sichern, ist es empfehlenswert, diese Kennzahlen in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Zum Beispiel kann ein erster Performance Check bereits kurze Zeit nach der Inbetriebnahme sicherstellen, dass alle Stellantriebe in ihrem Optimum arbeiten. Dadurch lässt sich die Effizienz im Kraftwerksbetrieb erhöhen und vorzeitiger Verschleiß verhindern. Für den Kraftwerksbetreiber bietet die AUMA Cloud einfache Hilfe zur Selbsthilfe. Gleichzeitig vereinfacht und beschleunigt sie aber auch den Weg zu kompetenter Hilfe von erfahrenen Experten, wenn das eigene Wissen nicht ausreicht. Die digitalen Dienste lassen sich kombinieren mit klassischen Serviceleistungen. Anlagenbetreiber können zum Beispiel Gerätedaten selbst auslesen und in die AUMA Cloud hochladen. Sind die personellen Ressourcen knapp, kann dies aber auch der AUMA Service als Einzel-Dienstleistung oder im Rahmen eines Instandhaltungsvertrages übernehmen. Für die Zukunft bieten cloudbasierte Lösungen noch viel Potenzial, um Prozesse weiter zu verbessern und zu automatisieren. Wenn man Industrie 4.0 für elektrische Stellantriebe konsequent weiterdenkt, geht die Entwicklung zum Beispiel hin zu Geräten, die kontinuierlich Live-Daten in die Cloud senden, die Wartungsbedarf automatisch erkennen und selbstständig Servicetechniker oder Ersatzteile anfordern. Derartige Testinstallationen wurden bereits erfolgreich realisiert und werden in Zukunft in enger Zusammenarbeit mit Anlagenbetreibern weiter ausgebaut werden.




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