Střední odborná škola Heinze Nixdorfa – Retrofit jako studijní projekt
Jak střední odborná škola ve spolupráci se společností ifm připravuje staré stroje na digitální budoucnost
Střední odborná škola Heinze Nixdorfa (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg) v Essenu patří mezi přední vzdělávací centra v oblasti elektrotechniky a informačních technologií s důrazem na prakticky orientovaný transfer znalostí. V úzké spolupráci s průmyslovými podniky realizuje škola vzdělávací projekty, které odrážejí aktuální technologický vývoj. Cílem je poskytnout budoucím technikům a inženýrům nejen teoretické znalosti, ale i praktické dovednosti s moderními řešeními na poli automatizace a digitalizace. Obzvláště zajímavou výzvou byla digitalizace a modernizace zastaralého obráběcího stroje – projekt realizovaný ve spolupráci se společností ifm, odborníkem na automatizaci.
Středobodem projektu byla modernizace staršího obráběcího stroje na současnou úroveň techniky prostřednictvím cíleného retrofitu. Úkol byl jasný: zavést systém monitorování technického stavu pro prediktivní údržbu, a to bez zásadních konstrukčních zásahů do stroje samotného. „Naším cílem byla minimálně invazivní modernizace – chtěli jsme integrovat senzory tak, aby byly téměř neviditelné a zároveň zůstaly kompatibilní s širokou škálou systémů“, vysvětluje Patrick Bonneval, technik se státní certifikací na Střední odborné škole Heinze Nixdorfa.
Výzva nespočívala pouze v samotné technické realizaci, ale také ve vytvoření platformy, která by sloužila na jedné straně jako důkaz proveditelnosti modernizací kompatibilních s konceptem Průmyslu 4.0, na straně druhé jako univerzální výukový nástroj. Zejména integrace nových senzorů do stávajících struktur a digitalizace dat ze stroje si vyžádaly inovativní řešení.
Chytrá technologie senzorů, IO-Link a Edge konektivita od společnosti ifm
Technické řešení bylo realizováno s využitím široké škály komponent společnosti ifm. Stěžejním prvkem celého řešení bylo použití senzorů IO-Link, jako je optický distanční senzor OGD a senzor LT pro měření úrovně hladiny a teploty. Spolu s IO-Link masterem a zařízením EdgeGateway (AE2100) tvořily tyto komponenty základ pro sběr a zpracování dat.
Obrázek 1: Pomocí měření průběhové doby světla (Time-of-Flight) určuje distanční senzor OGD polohu saní s milimetrovou přesností a předává údaj o hodnotě vzdálenosti prostřednictvím rozhraní IO-Link.
Obrázek 2: Indukční senzor detekuje drážky na hřídeli za účelem měření otáček.
Systém byl doplněn o senzor vibrací VSA005 a vyhodnocovací jednotku VSE150, speciálně nakonfigurovanou pro diagnostiku vibrací na valivých ložiskách.
„Pomocí senzorů IO-Link nezaznamenáváme pouze polohu saní, ale také klíčové parametry chladicí kapaliny. Stěžejním prvkem je však vysoce přesná diagnostika vibrací, která nám umožňuje detailně monitorovat stav ložisek“, dodává Patrick Bonneval.
Integrace senzorů do stávajícího stroje byla díky rozhraní IO-Link mimořádně efektivní. „IO-Link nám ušetřil spoustu práce, protože jeho implementace je velmi jednoduchá a umožňuje bezproblémové rozšíření systému“, potvrzuje kvalitu řešení Pascal Heider, technik se státní certifikací na Střední odborné škole Heinze Nixdorfa.
IO-Link master shromažďuje data z připojených senzorů a v souhrnné podobě je předává do zařízení EdgeGateway. Gateway zároveň zajišťuje bezpečné oddělení provozní technologie (OT) a informační technologie (IT).
„Zařízení EdgeGateway je centrálním datovým uzlem pro naše senzory“, vysvětluje Pascal Heider. „Veškerá data se zde shromažďují, předzpracovávají a následně přenášejí do našeho serverového řešení – zařízení Raspberry Pi.“ Například zařízení edgeGateway převádí hodnoty hladiny ze senzorů z centimetrů na litry. Na zařízení Raspberry Pi pak různé softwarové instance zachycují, zpracovávají a nakonec i vizualizují data.
Transparentnost, optimalizace údržby a připravenost do budoucna
Modernizace pomocí technologie od společnosti ifm přinesla několik klíčových výhod. Stroj je nyní schopen poskytovat v reálném čase data pro monitorování technického stavu a prediktivní údržbu. „Díky nepřetržitému monitorování vibrací můžeme nejen přesně určit technický stav jednotlivých komponent ložisek, ale také účinně předcházet neplánovaným odstávkám“, vysvětluje Patrick Bonneval. Schopnost včasného rozpoznání poruchových vzorců ložisek zvyšuje provozní dostupnost stroje a výrazně snižuje riziko výrobních ztrát.
Obrázek 1: „Ucho“ stroje: senzor vibrací VSA005 snímá vibrační spektra všech valivých ložisek v pohonu stroje.
Obrázek 2: Napájecí zdroj, jednotka pro diagnostiku vibrací a IO-Link master v rozvaděči stroje.
Obrázek 3: V zařízení EdgeGateway (vpravo) jsou všechna data ze senzorů sloučena, předzpracována a následně odeslána na server.
Studenti získávají cenné praktické zkušenosti
Pro studenty představoval projekt jedinečnou příležitost, jak se seznámit s nejmodernějšími technologiemi Průmyslu 4.0 a získat cenné praktické zkušenosti.
„Naším cílem při modernizaci bylo ukázat, že i dlouhodobě používané stroje lze uvést do souladu s moderními standardy“, shrnuje zkušenosti z projektu Philip Bourgon, technik se státní certifikací ze Střední odborné školy Heinze Nixdorfa.
Shromážděná data nyní slouží studentům automatizační techniky jako základ pro provádění spektrálních analýz a rozvoj dovedností v oblasti monitorování technického stavu v průmyslovém prostředí.
Ze spolupráce těžila také škola: „Původní myšlenka tohoto projektu pochází z naší nově zřízené vyšší odborné školy zaměřené na automatizační techniku a digitální výrobní technologie“, vysvětluje Dr. Markus Steffens, vedoucí vyšší odborné školy při Střední odborné škole Heinze Nixdorfa. „Naším cílem bylo vytvořit vzdělávací platformu, na níž mohou studenti v rámci modernizačního projektu pracovat s nejmodernějšími senzory, přenosem dat a jejich vyhodnocováním.“ Díky spolupráci se společností ifm byl projekt velmi úspěšný.“
Tobias Kunze, regionální ředitel prodeje ve společnosti ifm, zdůrazňuje význam úzké spolupráce: „Našim partnerům ve vzdělávání poskytujeme nejen hardware, ale také technickou podporu. Tímto způsobem mohou mladí talentovaní studenti pracovat přímo s technologiemi zaměřenými na budoucnost a získávat praktické zkušenosti.“
Bezproblémová integrace řešení od společnosti ifm a podpora při konfiguraci diagnostiky vibrací významně přispěly k úspěchu projektu.
Závěr
Modernizační projekt na Střední odborné škole Heinze Nixdorfa jasně ukazuje, jak mohou inteligentní senzory a moderní datová konektivita od společnosti ifm udržitelně posunout stávající stroje na úroveň standardů Průmyslu 4.0.. Spolupráce podporuje nejen digitální transformaci v průmyslu, ale zároveň přináší prakticky orientované vzdělávací koncepty, které připravují budoucí odborníky na požadavky zítřka.
Data o provozu a vibracích lze přehledně vizualizovat. V případě překročení mezních hodnot se vygeneruje výstražná zpráva.
Tým: Tobias Kunze (ifm) a Dr. Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval a Philip Bourgon (Střední odborná škola Heinze Nixdorfa)
