Heinz-Nixdorf-Berufskolleg - Retrofit als studieproject
Hoe een beroepsopleiding samenwerkt met ifm om oude machines geschikt te maken voor de digitale toekomst
Als toonaangevend opleidingscentrum voor elektrotechniek en informatietechnologie richt het Heinz-Nixdorf-Berufskolleg in Essen zich op praktische kennisoverdracht. In nauwe samenwerking met industriële bedrijven worden hier leerprojecten uitgevoerd die aansluiten bij de huidige technologische ontwikkelingen. Het doel is om toekomstige technici en ingenieurs niet alleen theoretische kennis bij te brengen, maar ook praktische vaardigheden in de omgang met moderne automatiserings- en digitaliseringsoplossingen. De digitalisering en modernisering van een verouderde bewerkingsmachine vormde een bijzondere uitdaging - dit project werd samen met de automatiseringsspecialist ifm gerealiseerd.
Het doel van het project was om een oudere bewerkingsmachine door middel van een gerichte retrofit te moderniseren naar de nieuwste stand der techniek. De taak was duidelijk omschreven: Het opzetten van een conditiebewakingssysteem voor voorspellend onderhoud zonder grote ingrepen in de machinestructuur. "Het doel was een minimaal invasieve retrofit - we wilden sensoren zo integreren dat ze nauwelijks zichtbaar zouden zijn en compatibel zouden blijven met een breed scala aan systemen behouden bleef," legt Patrick Bonneval uit, een door de staat gecertificeerde technicus aan de Heinz Nixdorf beroepsopleiding. De uitdaging lag niet alleen in de technische implementatie, maar ook in het creëren van een platform dat kan worden gebruikt als proof of concept voor upgrades die geschikt zijn voor Industrie 4.0-upgrades en voor trainingsdoeleinden. Met name de aansluiting van de nieuwe sensortechnologie op bestaande constructies en de digitalisering van machinegegevens vereisten innovatieve oplossingen.
Intelligente sensortechnologie, IO-Link en edge-connectiviteit van ifm
De technische oplossing werd gerealiseerd met een groot aantal verschillende ifm-componenten. De nadruk lag op het gebruik van IO-Link geschikte sensoren, zoals de optische afstandssensor OGD en de niveau- en temperatuursensor LT, die samen met een IO-Link master en een edge gateway (AE2100) de basis vormden voor data-acquisitie en -verwerking.
Afbeelding 1: Met behulp van time-of-flight metingen bepaalt een OGD-afstandssensor de positie van de wagen tot op de millimeter nauwkeurig en geeft de afstandswaarde uit via IO-Link.
Afbeelding 2: Een inductieve sensor detecteert de snelheid aan de hand van de groeven in de as.
Het systeem is aangevuld met een trillingssensor VSA005 en een bijpassende evaluatie-eenheid VSE150, die speciaal is geparametriseerd voor de trillingsdiagnose van wentellagers. "Met het IO-Link sensorsysteem registreren we niet alleen de sledepositie, maar ook relevante eigenschappen van het koelsmeermiddel. Het belangrijkste is echter de trillingsdiagnostiek met hoge resolutie, waarmee we de conditie van lagers tot in detail kunnen controleren," vervolgt Patrick Bonneval.
De integratie van de sensoren in de bestaande machine was bijzonder efficiënt dankzij het IO-Link systeem. "IO-Link heeft ons veel werk uit handen genomen, omdat het zeer eenvoudig te implementeren is en het systeem gemakkelijk kan worden uitgebreid," bevestigt Pascal Heider, een door de staat gecertificeerde technicus bij Heinz-Nixdorf-Berufskolleg.
De IO-Link master verzamelt de gegevens van de aangesloten sensoren en stuurt ze gebundeld door naar de edge-gateway. Dit zorgt ook voor een veilige scheiding tussen operationele technologie (OT) en informatietechnologie (IT).
"De edgeGateway is het centrale datapunt voor onze sensortechnologie," legt Pascal Heider uit. "Hier komt de data samen, worden het voorbewerkt en doorgegeven aan onze serveroplossing, een Raspberry Pi." De edgeGateway zet bijvoorbeeld de niveauwaarden van de sensor om van centimeters naar liters. Er draaien dan verschillende instanties op de Raspberry Pi om de gegevens vast te leggen, verder te verwerken en uiteindelijk te visualiseren.
Transparantie, optimalisatie van onderhoud en toekomstbestendig
De modernisering met ifm-technologie heeft verschillende belangrijke voordelen opgeleverd. De machine kan nu real-time gegevens leveren die gebruikt kunnen worden voor conditiebewaking en voorspellend onderhoud. "Door de trillingsgegevens continu te monitoren, kunnen we niet alleen de conditie van individuele lageronderdelen nauwkeurig bepalen, maar ook specifiek ongeplande stilstand voorkomen," legt Patrick Bonneval uit. De mogelijkheid om lagerfouten in een vroeg stadium te herkennen verhoogt de beschikbaarheid van het systeem en verlaagt het risico op productiestilstand aanzienlijk.
Afbeelding 1: Het "oor" op de machine: De trillingssensor VSA005 registreert de trillingsspectra van alle wentellagers in de aandrijving van de machine.
Afbeelding 2: Voedingsunit, evaluatie-eenheid voor trillingsdiagnose en IO-Link master in de schakelkast van het systeem.
Afbeelding 3: De sensorgegevens komen samen in de edgeGateway (rechts), waar ze worden voorbewerkt en vervolgens doorgestuurd naar de server.
Studenten doen waardevolle praktijkervaring op
Voor de studenten bood het project een unieke kans om zich vertrouwd te maken met baanbrekende Industrie 4.0-technologieën en waardevolle praktijkervaring op te doen. "Met de retrofit wilden we bewijzen dat het mogelijk is om zelfs oudere machines naar een nieuwe standaard te tillen," vat Philip Bourgon, gecertificeerd technicus bij de Heinz Nixdorf Beroepsschool, samen. De verzamelde gegevens dienen nu als basis voor de aankomende automatiseringstechnici om spectrale analyses uit te voeren en te leren over conditiebewaking in een industriële context.
De samenwerking is ook succesvol gebleken vanuit het oogpunt van de school: "De aanpak voor dit project komt van onze nieuwe technische hogeschool voor automatiseringstechnologie en digitale productietechnologie," legt Dr Markus Steffens, hoofd van de technische hogeschool aan het Heinz-Nixdorf-Berufskolleg uit. "We wilden een leerplatform ontwikkelen waarop studenten gebruik kunnen maken van state-of-the-art sensortechnologie, datatransmissie en analyse als onderdeel van een retrofit. Dankzij de samenwerking met ifm is dit een groot succes geworden."
Last but not least benadrukt Tobias Kunze, Director Regional Sales bij ifm, de nauwe samenwerking: "We ondersteunen onze educatieve partners niet alleen met hardware, maar ook met technische ondersteuning. Hierdoor kunnen jonge talenten direct leren van baanbrekende technologieën en praktische ervaring opdoen." De eenvoudige integratie van de ifm oplossingen en de ondersteuning bij het parametreren van de trillingsdiagnostiek hebben aanzienlijk bijgedragen aan het succes van het project.
Conclusie
Het retrofit project bij Heinz-Nixdorf-Berufskolleg laat duidelijk zien hoe bestaande machines duurzaam op het niveau van Industrie 4.0 gebracht kunnen worden met intelligente sensortechnologie en moderne dataverbindingen van ifm. De samenwerking bevordert niet alleen de digitale transformatie in de industrie, maar zorgt ook voor praktische trainingsconcepten die de volgende generatie fit maken voor de eisen van de toekomst.
Bedrijfs- en trillingsgegevens kunnen duidelijk worden weergegeven. Er wordt een alarmbericht uitgegeven als de grenswaarden worden overschreden.
Het team: Tobias Kunze (ifm) en van de beroepsopleiding Dr. Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval, Philip Bourgon.
