Wenn man die technische Regel ISO/TR 22165 betrachtet, die sich mit der Verbesserung der Energieeffizienz bei Pneumatiksystemen befasst, stößt man in der Einleitung auf folgenden Satz: „Nur wenn die Maschine optimal an ihren Bedarf angepasst ist (Arbeitszyklus, Präzision, Grad der Automatisierung), kann das entwickelte Energiekonzept funktionieren.“
Von Danilo Giordana, Energy Efficiency Project Manager, SMC Italien
JUNI 2023
Was aber bedeutet in diesem Zusammenhang „optimal angepasst“? Abgesehen von einem Design, welches auf einen optimalen Ausgleich zwischen Produktivität und Verbrauch ausgelegt und nicht selbstverständlich ist, gibt es drei Ansätze, um diese Frage zu beantworten.
Erstens das Konzept der Digitalisierung, d. h. der Sammlung von Daten über einen bestimmten Zeitraum, um das Verhalten der entsprechenden Maschine zu analysieren und mit ähnlichen Anlagen zu vergleichen. Heutzutage ist das Wort Digitalisierung zwar in aller Munde, der aktuelle Maschinenbestand ist von einer vollständigen und modernen Umrüstung jedoch noch weit entfernt.
Zweitens gibt es die Option der Zustandsabhängigen Instandhaltung (Condition-Based Maintenance, CBM), die dazu beitragen kann, die funktionale Effizienz zu verbessern. Nur wenn die optimalen Betriebsbedingungen einer Anlage, auch aus pneumatischer Sicht, erreicht werden, können wir eine Art „Fingerabdruck“ des Systems nehmen und sind so in der Lage, eventuelle Abweichungen direkt festzustellen.
Drittens und letztens müssen Maschinen auf nachhaltige und energieeffiziente Weise funktionieren. Sie sollten nur das absolute Minimum verbrauchen, und auch das nur im Bedarfsfall.
Foto 1 - Das Air Management System von SMC – Serie AMS20/30/40/60
Auf dem Hub-Display werden die Parameter in Echtzeit angezeigt: Druck, momentaner Durchfluss, Luftverbrauchswert, Temperatur des Mediums.
Sehen wir uns jetzt an, wie das Air Management System (AMS) von SMC auf diese Erfordernisse reagiert (Foto 1). Im Hinblick auf die ersten beiden Aspekte – Digitalisierung und CBM – sammelt das System Daten zu Druck, Temperatur, Durchfluss, Verbrauch, Maschinenstillständen und Abweichungen aufgrund von Luftleckagen. Es überträgt schließlich alles an den Anlagenrechner, welcher die entsprechenden Informationen erfasst und analysiert. In einem nächsten Schritt werden alle Daten per Ethernet-IP/OPC UA oder Profinet/OPC UA oder EtherCAT via OPC-UA-Protokoll (Open Platform Communications United Architecture) übertragen. Der Kern des Systems, der sogenannte Hub, ist über ein Ethernet-Kabel verbunden und kann als Kollektor für weitere zehn Hubs dienen. Das Gerätedisplay zeigt bereits einige wichtige Parameter in Echtzeit an (Foto 2). Jede Einheit verfügt über einen weiteren IO-Link-Port, der den Anschluss eines weiteren Geräts über dasselbe Kommunikationsprotokoll ermöglicht, um den spezifischen Bedürfnissen des Benutzers Rechnung zu tragen.
Andererseits ist das System im Hinblick auf Energieeinsparungen und die damit verbundene Reduktion von CO2-Emissionen auf der Grundlage individueller Einstellungen in der Lage, zu erkennen, wenn die Maschine aufgrund eines unvorhergesehenen Ereignisses stoppt. Nach Ablauf eines von der Prozesstechnik festgelegten Zeitraums schaltet das AMS die Anlage in den Standby-Modus und reduziert den Druck auf einen vorgegebenen Wert, um Energie zu sparen. Dabei muss man wissen, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen dem Druckniveau und dem Energieverbrauch gibt. Nach einer bestimmten Zeit, die ebenfalls voreingestellt werden kann, ist es möglich, dass das System die Maschine auch bis zum nächsten Neustart vollständig abkoppelt.
Was macht das AMS so flexibel?
Die Möglichkeit, das System direkt über die Webserver-Funktion zu programmieren (Foto 3): Wenn ein Notebook an das Gerät angeschlossen wird, können der Grenzwert und der Zeitpunkt für die Umschaltung in den Standby und im Bedarfsfall auch für die komplette Trennung vom Pneumatiknetz programmiert werden. Diese Funktion macht es einem Produktionsleiter sehr leicht, den Betrieb zu personalisieren und so den Energieverbrauch zu reduzieren. Die entscheidenden Parameter des Geräts können auch bequem über das Keyboard des Produkts eingegeben werden, was das Ein- und Umstellen stark vereinfacht. Wenn das AMS auf diese Weise programmiert wird, ist es nicht nötig, das SPS-Programm der Maschine zu verändern. Selbst eine Anlage mit Relais-Logik kann so im Hinblick auf Energieverbrauch und Nachhaltigkeit „intelligent“ gemacht werden (Foto 2).
Foto 2 – Ablaufplan, numerische Werte dienen nur Illustrationszwecken
Installiert werden muss das System am Eingang der Maschine oder an der zu steuernden Applikation. Ein letzter interessanter Aspekt, der oben schon angedeutet wurde, ist die Tatsache, dass vor allem bei einem Produktionsstandort mit einem bestehenden Maschinenpark die intelligente Einheit in zwei Konfigurationen zur Verfügung steht: als „Basis“- oder „Remote“-Hub. Die Basis ist mit dem überwachenden Computer über ein Ethernet-Kabel verbunden, aber ein und derselbe Basis-Hub kann Signale von zehn Remote-Hub-Modulen über eine kabellose Verbindung mit einer Reichweite von bis zu 100 Metern erfassen. So können Daten von 11 Maschinen, oder sogar 22, wenn der zusätzliche IO-Link-Port verwendet wird, an einem einzigen physischen Anschlusspunkt erfasst werden. Dies bietet erhebliche Vorteile, unter anderem eine einfachere Installation und niedrigere Netzwerkkosten. Die Basis- und Remote-Systeme stehen derzeit in folgenden Konfigurationen zur Verfügung: Ethernet-IP/OPC UA oder Profinet/OPC UA; oder EtherCAT. Es gibt auch die Option, die Geräte nur über Kabel anzuschließen. Außerdem ist das System vollständig offen, und es gibt Schnittstellen zu jeder gängigen Power-Management-Software auf dem Markt. Dadurch ist ein technologisches und individualisiertes Upgrade bestehender Systeme sehr einfach und kostengünstig möglich.
Um also noch einmal auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen: Eine Maschine optimal an die Bedürfnisse anzupassen bedeutet, das bestmögliche Design zu verwenden und es mit den modernsten Systemen auszustatten, die eine Überwachung, die Feststellung potenzieller Probleme im Voraus und die Reduzierung des Energieverbrauchs auf das absolute Minimum ermöglichen. Mit dem AMS kann jeder diese Ziele sehr einfach erreichen.
Foto 3 – Programmierung per Webserver-Funktion. Bitte beachten Sie, dass es sich hier um einfache Betriebsparameter handelt, die nur in die vordefinierten Felder eingegeben werden.
