Blog-Artikel letzte Änderung: 18.10.2020 Autor : Veikko Wünsche

Condition Monitoring mit IO-Link

Condition Monitoring mit IO-Link

Condition Monitoring ist hochkomplex und immer mit hohen Investitionen verbunden? Falsch! Wir erklären anhand eines Beispielprojekts, wie Sie mit IO-Link und Microsoft Excel ein von der Maschinensteuerung unabhängiges Monitoring-Netzwerk aufbauen können.

Was ist Condition Monitoring...

... ,wie funktioniert es und wie kann ich ohne großen Aufwand ein grundlegendes Condition Monitoring System in meiner Produktion aufbauen?

Definition

Bei der Recherche nach einer allgemeingültigen Definition für Condition Monitoring bietet vor allem das Onlinelexikon des Elektronik Kompendium eine verständliche Übersicht.

Condition Monitoring bedeutet entweder kontinuierliche Zustandsüberwachung oder zustandsorientierte Instandhaltung. Das Ziel ist es, Zustände von Maschinen und Abläufen laufend zu erfassen, zu übertragen und auszuwerten.  Dabei werden kontinuierlich Daten erzeugt, entsprechend verarbeitet und übertragen. In größeren Condition Monitoring Systemen (CMS) müssen Daten global übertragen und zusammengeführt werden, was eine entsprechende Bandbreite voraussetzt. Ein spannender Punkt wird das neue 5G Netz werden, das in den nächsten Jahren in Deutschland aufgebaut werden soll – als „Ermöglicher“ des Industrial Internet of Things (IIOT).

Zurück zum Thema: Herkömmliche Inspektionen an Maschinen und Anlagen finden in regelmäßigen Zeitabständen statt. Das bedeutet entweder, eine Inspektion findet statt, obwohl eigentlich keine notwendig ist. Im umgekehrten Fall wäre eine Inspektion notwendig, doch mangels Kenntnis über den Zustand der Anlage findet keine statt. Mit dieser Methode werden weder langfristige Entwicklungen noch kurzfristige oder vorübergehende Ereignisse erfasst werden können.

Condition Monitoring hingegen erfasst Zustandsinformationen ständig und in Echtzeit. Es erlaubt das Aufzeichnen und die lückenlose Dokumentation von langfristigen und auch sprunghaften und transienten Zustandsänderungen. Eventuelle Ausfälle lassen sich frühzeitig erkennen und die Kosten gegenüber länger ausfallenden Anlagen reduzieren.

Klassische Messgrößen des Condition Monitoring sind Temperatur, Schwingung, Lage, Füllstand, Feuchtigkeit und Frequenz.

Condition Monitoring erlaubt die Wartung während des Betriebs einer Anlage, indem der Zustand der Anlage permanent überwacht wird. Dadurch, dass man Abschaltzeiten („Downtime“) minimiert, Personal bedarfsgerecht und gezielter einsetzen kann, werden in erheblichem Umfang Kosten eingespart.

Open Source vs. Proprietäre Software

CMS können auf verschiedene Weise umgesetzt werden. Die Lösungen lassen sich unterscheiden in proprietäre Lösungen, also an ein System oder Hersteller gebunden, und in Open Source Lösungen. Letztere ermöglichen die Zusammenstellung von Hard- und Software unterschiedlicher Anbieter. Vorteile dieser Open-Source Lösungen sind skalierbare Konzepte, große Auswahl an Herstellern und Komponenten sowie geringere Lizenzgebühren.

Der Kommunikationsstandard IO-Link unterstützt Open Source Lösungen. Mit IO-Link können unterschiedliche Prozessdaten aus der Sensorebene zur Auswerteeinheit transportiert werden.

Vom Sensor bis zur Visualisierung – Komponenten einer Condition Monitoring Applikation

Mit diesen Komponenten lässt sich bereits ein einfaches, lokales CM-System für Industrieanwendungen entwerfen:

  1. Netzteil
    • BAE: Die intelligenten Heartbeat®-Netzgeräte von Balluff mit IO-Link-Schnittstelle errechnet anhand von Belastung und Laufzeit eine Lebensdauer, die an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Anhand dieser Lebensdauer kann ein Netzteil zur Richtigen Zeit ausgetauscht und Maschinenstillstand vermieden werden.
  2. Sensoren
    • BTL: Das Magnetostriktive Positionsmesssystem BTL misst selbst unter extremen Umgebungsbedingungen präzise. Mit dem BTL können beispielsweise Füllstände in Tanks gemessen werden. Via IO-Link werden die Positionsdaten im μm-Bereich übergeordneten Systemen bereitgestellt.
    • BOS: Der optoelektronische Multifunktionssensor BOS 21M ADCAP erfasst Betriebszustände, sammelt und verarbeitet Informationen und liefert über IO-Link weit mehr Daten als nur das reine Schaltsignal. Er erkennt dank eingebauter Diagnosefunktion Unregelmäßigkeiten wie Verschmutzung oder Frequenzunregelmäßigkeiten frühzeitig.
  3. Feldbus-Modul
    • BNI: Die Balluff IO-Link Master mit Profinet und EtherNet/IP sammeln die Signale der Feldebene. Via UDP (User Datagram Protocol) können die Daten mit jedem Rechner im verbundenen Netzwerk ausgetauscht werden.
  4. Recheneinheit
    • Raspberry Pi: Ein handelsüblicher Raspberry-Pi empfängt die Daten der Auswerteeinheit und verwertet diese weiter. Ebenso möglich ist die Anbindung an einen Personal Computer mit Windows Betriebssystem. Auf der Recheneinheit können die empfangenen Daten visualisiert und archiviert werden. Außerdem können weitere Visualisierungseinheiten und Sensoren angesteuert und parametriert werden.
  5. Visualisierung 
    • Balluff Smartlight: Die Signalleuchte ist via IO-Link parametrierbar und eignet sich dank ihrer verschiedener Modi hervorragen zur Visualisierung von Zuständen.
    • Microsoft Excel: Mit dem wohl bekanntesten Tabellen-Kalkulationsprogramm lassen sich einfache Dashboards entwerfen. Mit Power Query können Daten vom IO-Link Master empfangen/angefordert werden.
    • NodeRed: Das grafische Entwicklungswerkzeug ermöglicht es, individuelle Dashboards nach dem Baukastenprinzip aufzubauen. NodeRed ist eine Open-Source Software. Der NodeRed-Server kann beispielsweise auf einem Raspberry Pi gestartet werden.

Eine Schritt für Schritt Anleitung für ein CMS mit IO-Link Komponenten und Microsoft Excel finden Sie auf unserem YouTube-Kanal.

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