Професионално училище „Хайнц Никсдорф“ – реконструкция като учебна задача
Как професионално училище и ifm подготвят стари машини за цифровото бъдеще
Професионално училище „Хайнц Никсдорф“ (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg) в Есен е един от водещите образователни центрове по електротехника и информационни технологии, със силен акцент върху практически ориентирания трансфер на знания. В тясно сътрудничество с промишлени компании колежът реализира учебни проекти, които отразяват актуалните технологични разработки. Целта е да се предоставят на бъдещите техници и инженери не само теоретични знания, но и практически умения за работа с модерни решения за автоматизация и дигитализация. Особено предизвикателство беше дигитализацията и модернизацията на остаряваща металорежеща машина – проект, реализиран в сътрудничество със специалиста по автоматизация ifm.
В основата на проекта беше задачата за модернизация на по-стара металорежеща машина до най-съвременните технологии чрез целенасочено преоборудване. Задачата беше ясно определена: да се създаде система за контрол на състоянието за профилактично техническо обслужване без значителни структурни промени в машината. „Нашата цел беше минимално инвазивна модернизация – искахме да интегрираме сензорите по такъв начин, че да са едва забележими, като същевременно запазим съвместимостта с широк спектър от системи“, обяснява Патрик Бонневал, държавно сертифициран техник в професионалното училище Хайнц Никсдорф.
Предизвикателството се състоеше не само в техническото внедряване, но и в разработването на платформа, която би могла да функционира както като доказателство за концепция за съвместими с Индустрия 4.0 надстройки, така и като универсален инструмент за обучение. По-специално, интегрирането на новите сензори в съществуващите структури и дигитализирането на машинните данни изискваха иновативни решения.
Интелигентна сензорна технология, IO-Link и Edge свързаност от ifm
Техническото решение беше реализирано с помощта на широка гама от компоненти на ifm. Централно място в конфигурацията заемаше използването на IO-Link сензори, като фотоелектричния сензор за разстояние OGD и сензора за ниво и температура LT. Заедно с IO-Link Мастър и EdgeGateway (AE2100), те формираха основата за събиране и обработка на данни.
Изображение 1: Използвайки time-of-flight измерване, OGD сензорът за разстояние определя позицията на плъзгача с милиметрова точност и предава стойността на разстоянието чрез IO-Link.
Изображение 2: Индуктивен сензор открива жлебове върху вала, за да измери скоростта на въртене.
Системата беше допълнена със сензор за вибрации VSA005 и устройство за оценка VSE150 , специално конфигурирани за диагностика на вибрациите на лагери с търкалящи се елементи.
„С IO-Link сензорите не само записваме позицията на плъзгача, но и ключови параметри на охлаждащата течност. Основният елемент обаче е диагностиката на вибрациите с висока разделителна способност, която ни позволява да наблюдаваме състоянието на лагерите в детайли", продължава Патрик Бонневал.
Интегрирането на сензорите в съществуващата машина беше особено ефективно благодарение на IO-Link. „IO-Link ни спести много работа, тъй като е много лесен за внедряване и позволява безпроблемно разширяване на системата“, потвърждава Паскал Хайдер, държавно сертифициран техник в професионалното училище „Хайнц Никсдорф“.
IO-Link мастер събира данните от свързаните сензори и ги предава в пакетна форма към EdgeGateway. Gateway също така осигурява сигурно разделяне на оперативната технология (OT) и информационната технология (IT).
„EdgeGateway е централният център за данни за нашите сензори“, обяснява Паскал Хайдер. „Всички данни се събират тук, предварително се обработват и се прехвърлят към нашето сървърно решение, Raspberry Pi.“ Например, EdgeGateway преобразува стойностите на нивото на сензора от сантиметри в литри. На Raspberry Pi различни софтуерни инстанции записват, обработват и в крайна сметка визуализират данните.
Прозрачност, оптимизация на поддръжката и бъдеща жизнеспособност
Модернизацията с технологията на ifm донесе няколко ключови предимства. Машината вече е в състояние да предоставя данни в реално време за контрол на състоянието и профилактично техническо обслужване. „С непрекъснатото наблюдение на вибрациите можем не само да определим точното състояние на отделните компоненти на лагерите, но и ефективно да предотвратим непланирани прекъсвания в работата“, обяснява Патрик Бонневал. Възможността за ранно откриване на модели на повреди в лагерите увеличава изправността на машините и значително намалява риска от производствени загуби.
Изображение 1: „Ухото” на машината: Сензорът за вибрации VSA005 улавя вибрационните спектри на всички лагери с търкалящи елементи в задвижването на машината.
Изображение 2: Захранване, устройство за диагностика на вибрациите и IO-Link Мастър в шкафа за управление на машината.
Изображение 3: В EdgeGateway (вдясно) всички данни от сензорите се консолидират, предварително обработват и след това се предават на сървъра.
Студентите придобиват ценен практически опит
За студентите проектът предостави уникална възможност да се запознаят с най-модерните технологии на Индустрия 4.0 и да придобият ценен практически опит.
„Нашата цел с модернизацията беше да покажем, че дори дългогодишните машини могат да бъдат приведени в съответствие с модерните стандарти“, обобщава Филип Бургон (Philip Bourgon), държавно сертифициран техник в професионалното училище „Хайнц Никсдорф“.
Събраните данни сега служат като основа за студентите по автоматизация да извършват спектрални анализи и да развиват умения за контрол на състоянието в промишлен контекст.
Училището също се възползва от сътрудничеството: „Идеята за този проект произтича от новия ни технически колеж за автоматизация и цифрови производствени технологии“, обяснява д-р Маркус Стефенс (Dr Markus Steffens), директор на техническия колеж в професионалното училище „Хайнц Никсдорф“. „Нашата цел беше да създадем платформа за обучение, където студентите да могат да работят с най-модерна сензорна технология, предаване на данни и оценка на данни в сценарий за модернизация. Благодарение на сътрудничеството с ifm, това се оказа изключително успешно.”
Тобиас Кунце, директор „Регионални продажби“ в ifm, подчертава значението на тясното сътрудничество: „Ние подкрепяме нашите партньори в областта на образованието не само с хардуер, но и с техническа поддръжка. По този начин младите таланти могат да работят директно с технологии, ориентирани към бъдещето, и да придобият практически опит.”
Безпроблемната интеграция на решенията на ifm и подкрепата при конфигурирането на диагностиката на вибрациите допринесоха значително за успеха на проекта.
Заключение
Проектът за модернизация в професионалното училище „Хайнц Никсдорф“ ясно показва как интелигентните сензори и съвременната свързаност на данните от ifm могат да приведат съществуващите машини в съответствие със стандартите на Индустрия 4.0. Сътрудничеството не само насърчава цифровото преобразуване в индустрията, но и предоставя ориентирани към практиката концепции за обучение, които подготвят бъдещите професионалисти за изискванията на утрешния ден.
Данните за работата и вибрациите могат да бъдат ясно визуализирани. При превишаване на граничните стойности се генерира алармено съобщение.
Екипът: Тобиас Кунце (ifm) и д-р Маркус Стефенс, Паскал Хайдер, Патрик Бонневал и Филип Бургон (Професионален колеж „Хайнц Никсдорф“)
