Heinz Nixdorf Vocational College - Retrofit som studieprojekt
Hvordan en erhvervsskole og ifm gør gamle maskiner klar til den digitale fremtid
Heinz Nixdorf-Berufskolleg i Essen er et af de førende uddannelsescentre inden for elektroteknik og informationsteknologi med stor vægt på praksisorienteret videnoverførsel. I tæt samarbejde med industrivirksomheder gennemfører skolen læringsprojekter, der afspejler den aktuelle teknologiske udvikling. Målet er at give fremtidens teknikere og ingeniører ikke kun teoretisk viden, men også praktiske færdigheder i at håndtere moderne automatiserings- og digitaliseringsløsninger. En særlig udfordring var digitaliseringen og moderniseringen af en aldrende værktøjsmaskine - et projekt, der blev gennemført i samarbejde med automationsspecialisten ifm.
Kernen i projektet var opgaven med at opgradere en ældre værktøjsmaskine til den nyeste teknologi gennem en målrettet eftermontering. Opgaven var klart defineret: at opsætte et tilstandsovervågningssystem til forebyggende vedligeholdelse uden større strukturelle indgreb i maskinen. "Vores mål var en minimalt invasiv eftermontering - vi ønskede at integrere sensorer på en sådan måde, at de næsten ikke er synlige, samtidig med at vi bevarede kompatibiliteten med en lang række systemer", forklarer Patrick Bonneval, statscertificeret tekniker på Heinz Nixdorf Vocational College.
Udfordringen lå ikke kun i den tekniske implementering, men også i at udvikle en platform, der både kunne fungere som et proof of concept for Industri-4.0-kompatible opgraderinger og som et alsidigt træningsværktøj. Især integrationen af de nye sensorer i eksisterende strukturer og digitaliseringen af maskindata krævede innovative løsninger.
Smart sensorteknologi, IO-Link og Edge-tilslutning fra ifm
Den tekniske løsning blev implementeret ved hjælp af en lang række ifm-komponenter. Centralt i opsætningen var brugen af IO-Link-sensorer som OGD fotoelektrisk afstandssensor og LT niveau- og temperatursensor. Sammen med en IO-Link-master og en EdgeGateway (AE2100) udgjorde disse grundlaget for dataindsamling og -behandling.
Billede 1: Ved hjælp af fotocellens time-of-flight måleprincip bestemmer en OGD-afstandssensor slædepositionen med millimeters nøjagtighed og overfører afstandsværdien via IO-Link.
Billede 2: En induktiv sensor registrerer noterne på akslen for at måle rotationshastigheden.
Systemet blev suppleret med en VSA005 vibrationssensor og en VSE150 evalueringsenhed, der er specielt konfigureret til vibrationsdiagnostik på rullelejer.
"Med IO-Link-sensorerne registrerer vi ikke kun slædepositionen, men også nøgleparametre for kølevæsken. Det centrale element er dog vibrationsdiagnostik i høj opløsning, som giver os mulighed for at overvåge lejernes tilstand i detaljer," fortsætter Patrick Bonneval.
Integrationen af sensorer i den eksisterende maskine var særlig effektiv takket være IO-Link. "IO-Link sparede os for en masse arbejde, da det er meget ligetil at implementere og giver mulighed for ukompliceret systemudvidelse", bekræfter Pascal Heider, statscertificeret tekniker på Heinz Nixdorf Vocational College.
IO-Link-masteren indsamler data fra de tilsluttede sensorer og sender dem i samlet form til EdgeGateway. Gatewayen sørger også for en sikker adskillelse af driftsteknologi (OT) og informationsteknologi (IT).
"EdgeGateway er det centrale datahub for vores sensorer," forklarer Pascal Heider. "Alle data indsamles her, forbehandles og overføres til vores serverløsning, en Raspberry Pi." For eksempel konverterer EdgeGateway sensorens niveauværdier fra centimeter til liter. På Raspberry Pi indsamler, behandler og visualiserer forskellige softwareinstanser dataene.
Gennemsigtighed, optimering af vedligeholdelse og fremtidig levedygtighed
Moderniseringen med ifm-teknologi har givet flere vigtige fordele. Maskinen er nu i stand til at levere data i realtid til tilstandsovervågning og forebyggende vedligeholdelse. "Med kontinuerlig vibrationsovervågning kan vi ikke kun bestemme den præcise tilstand af de enkelte lejekomponenter, men også effektivt forhindre uplanlagt nedetid", forklarer Patrick Bonneval. Evnen til at opdage fejlmønstre i lejer tidligt øger maskinens tilgængelighed og reducerer risikoen for produktionstab betydeligt.
Billede 1: Maskinens "øre": VSA005-vibrationssensoren opfanger vibrationsspektrene fra alle rullelejer i maskinens drev.
Billede 2: Strømforsyning, vibrationsdiagnostisk evalueringsenhed og IO-Link-master i maskinens kontrolskab.
Billede 3: I EdgeGateway (til højre) samles alle sensordata, forbehandles og sendes derefter til serveren.
Studerende får værdifuld praktisk erfaring
For de studerende var projektet en unik mulighed for at gøre sig bekendt med de nyeste Industri 4.0-teknologier og få værdifuld praktisk erfaring.
"Vores mål med eftermonteringen var at vise, at selv maskiner med lang levetid kan bringes op til moderne standarder", opsummerer Philip Bourgon, statscertificeret tekniker på Heinz Nixdorf Vocational College.
De indsamlede data tjener nu som grundlag for studerende i automatiseringsteknik til at udføre spektralanalyser og udvikle færdigheder inden for tilstandsovervågning i en industriel sammenhæng.
Skolen har også nydt godt af samarbejdet: "Ideen til dette projekt stammer fra vores nye tekniske skole for automatiseringsteknik og digital produktionsteknologi," forklarer Dr. Markus Steffens, leder af den tekniske skole på Heinz Nixdorf Vocational College. "Vores mål var at skabe en læringsplatform, hvor de studerende kan arbejde med avanceret sensorteknologi, datatransmission og dataevaluering i et eftermonteringsscenarie. Takket være samarbejdet med ifm har det været en stor succes."
Tobias Kunze, Director Regional Sales hos ifm, understreger vigtigheden af et tæt samarbejde: "Vi støtter vores uddannelsespartnere ikke kun med hardware, men også med teknisk support. På den måde kan unge talenter arbejde direkte med fremtidsorienterede teknologier og få praktisk erfaring."
Den problemfri integration af ifm-løsningerne og støtten til konfiguration af vibrationsdiagnostikken bidrog i høj grad til projektets succes.
Konklusion
Eftermonteringsprojektet på Heinz Nixdorf Vocational College viser tydeligt, hvordan intelligente sensorer og moderne dataforbindelse fra ifm bæredygtigt kan bringe eksisterende maskiner op til Industri 4.0-standarder. Samarbejdet fremmer ikke kun den digitale transformation i industrien, men leverer også praksisorienterede uddannelseskoncepter, der ruster fremtidige fagfolk til morgendagens krav.
Drifts- og vibrationsdata kan visualiseres tydeligt. Hvis grænseværdierne overskrides, genereres der en alarmmeddelelse.
Holdet: Tobias Kunze (ifm) og Dr. Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval og Philip Bourgon (Heinz Nixdorf Vocational College)
