Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf – Αναβάθμιση ως έργο μελέτης
Πώς ένα επαγγελματικό κολλέγιο και η ifm προετοιμάζουν παλιές μηχανές για το ψηφιακό μέλλον
Το Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg) στο Έσσεν είναι ένα από τα κορυφαία εκπαιδευτικά κέντρα ηλεκτρολογίας και πληροφορικής, με ισχυρή έμφαση στη μεταφορά γνώσης προσανατολισμένης στην πράξη. Σε στενή συνεργασία με βιομηχανικές εταιρείες, το κολλέγιο υλοποιεί εκπαιδευτικά έργα που αντικατοπτρίζουν τις τρέχουσες τεχνολογικές εξελίξεις. Ο στόχος είναι να προσφερθούν στους μελλοντικούς τεχνικούς και μηχανικούς όχι μόνο θεωρητικές γνώσεις, αλλά και πρακτικές δεξιότητες στην εφαρμογή σύγχρονων λύσεων αυτοματοποίησης και ψηφιοποίησης. Μια ιδιαίτερη πρόκληση ήταν η ψηφιοποίηση και ο εκσυγχρονισμός μιας παλιάς εργαλειομηχανής – έργο που υλοποιήθηκε σε συνεργασία με την εταιρεία αυτοματισμού ifm.
Στην καρδιά του έργου βρισκόταν η αποστολή αναβάθμισης μιας παλαιότερης εργαλειομηχανής στο πιο σύγχρονο επίπεδο τεχνολογίας μέσω στοχευμένης εκ των υστέρων τοποθέτησης. Η αποστολή ήταν σαφώς καθορισμένη: δημιουργία ενός συστήματος επιτήρησης κατάστασης για προγνωστική συντήρηση χωρίς ουσιώδεις μηχανικές επεμβάσεις στη μηχανή. «Ο στόχος μας ήταν μια ελάχιστα επεμβατική αναβάθμιση – θέλαμε να ενσωματώσουμε αισθητήρες με τρόπο ώστε να είναι σχεδόν αόρατοι, διατηρώντας παράλληλα τη συμβατότητα με ένα ευρύ φάσμα συστημάτων», εξηγεί ο Patrick Bonneval, πιστοποιημένος κρατικός τεχνικός στο Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf.
Η πρόκληση δεν αφορούσε μόνο την τεχνική υλοποίηση, αλλά και την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας που θα μπορούσε να λειτουργήσει τόσο ως απόδειξη ιδέας για αναβαθμίσεις συμβατές με τη Βιομηχανία 4.0 όσο και ως ευέλικτο εκπαιδευτικό εργαλείο. Ιδιαίτερα, η ενσωμάτωση των νέων αισθητήρων στις υπάρχουσες δομές και η ψηφιοποίηση των δεδομένων των μηχανών απαιτούσαν καινοτόμες λύσεις.
Έξυπνη τεχνολογία αισθητήρων, IO-Link και συνδεσιμότητα Edge από την ifm
Η τεχνική λύση υλοποιήθηκε με τη χρήση μιας ευρείας γκάμας εξαρτημάτων της ifm. Κεντρικό στοιχείο της εγκατάστασης ήταν η χρήση αισθητήρων IO-Link όπως το φωτοκύτταρο μέτρησης απόστασης OGD και ο αισθητήρας στάθμης/θερμοκρασίας σειράς LT. Σε συνδυασμό με έναν κύριο ελεγκτή IO-Link και ένα EdgeGateway (AE2100), αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τη συλλογή και επεξεργασία δεδομένων.
Εικόνα 1: Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μέτρησης χρόνου τροχιάς, ένας αισθητήρας απόστασης OGD καθορίζει τη θέση του συρόμενου μέρους με ακρίβεια χιλιοστού και μεταδίδει την απόσταση μέσω IO-Link.
Εικόνα 2: Ένας επαγωγικός αισθητήρας ανιχνεύει τις αυλακώσεις στον άξονα για τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής.
Το σύστημα συμπληρώνεται με έναν αισθητήρα δονήσεων VSA005 και μια μονάδα αξιολόγησης VSE150, ειδικά ρυθμισμένη για τη διάγνωση κραδασμών σε ρουλεμάν.
«Με τους αισθητήρες IO-Link, δεν καταγράφουμε μόνο τη θέση του συρόμενου μέρους αλλά και βασικές παραμέτρους του ψυκτικού υγρού. Το κύριο στοιχείο, ωστόσο, είναι η διάγνωση κραδασμών υψηλής ανάλυσης, που μας επιτρέπει να επιτηρούμε λεπτομερώς την κατάσταση των ρουλεμάν», συνεχίζει ο Patrick Bonneval.
Η ενσωμάτωση των αισθητήρων στην υπάρχουσα μηχανή αποδείχθηκε ιδιαίτερα αποδοτική χάρη στην τεχνολογία IO-Link. «Το IO-Link μας εξοικονόμησε πολύ χρόνο, καθώς είναι εξαιρετικά απλό στην εφαρμογή και επιτρέπει την εύκολη επέκταση του συστήματος», επιβεβαιώνει ο Pascal Heider, πιστοποιημένος κρατικός τεχνικός στο Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf.
Η κύρια μονάδα IO-Link συλλέγει τα δεδομένα από τους συνδεδεμένους αισθητήρες και τα αποστέλλει συγκεντρωμένα στην πύλη EdgeGateway. Η πύλη εξασφαλίζει επίσης τον ασφαλή διαχωρισμό μεταξύ της λειτουργικής τεχνολογίας (OT) και της τεχνολογίας πληροφοριών (IT).
«Ο EdgeGateway είναι ο κεντρικός κόμβος δεδομένων για τους αισθητήρες μας», εξηγεί ο Pascal Heider. «Όλα τα δεδομένα συλλέγονται εδώ, υφίστανται προεπεξεργασία και μεταφέρονται στη λύση διακομιστή μας, ένα Raspberry Pi.» Για παράδειγμα, ο EdgeGateway μετατρέπει τις τιμές στάθμης του αισθητήρα από εκατοστά σε λίτρα. Στο Raspberry Pi, διάφορα λογισμικά προγράμματα συλλέγουν, επεξεργάζονται και τελικά απεικονίζουν τα δεδομένα.
Διαφάνεια, βελτιστοποίηση συντήρησης και μελλοντική βιωσιμότητα
Ο εκσυγχρονισμός με την τεχνολογία της ifm απέφερε σημαντικά βασικά οφέλη. Η μηχανή είναι πλέον ικανή να παρέχει δεδομένα σε πραγματικό χρόνο για επιτήρηση κατάστασης και προγνωστική συντήρηση. «Με τη συνεχή επιτήρηση των κραδασμών, μπορούμε όχι μόνο να προσδιορίσουμε με ακρίβεια την κατάσταση μεμονωμένων στοιχείων έδρασης, αλλά και να αποτρέψουμε αποτελεσματικά απογραμμάτιστες διακοπές λειτουργίας», εξηγεί ο Patrick Bonneval. Η ικανότητα έγκαιρης ανίχνευσης προτύπων βλάβης στα ρουλεμάν αυξάνει τη διαθεσιμότητα της μηχανής και μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο απωλειών παραγωγής.
Εικόνα 1: Το «αυτί» της μηχανής: ο αισθητήρας κραδασμών VSA005 καταγράφει τα φάσματα δονήσεων όλων των ρουλεμάν του μηχανικού συστήματος μετάδοσης.
Εικόνα 2: Τροφοδοσία ρεύματος, μονάδα αξιολόγησης διάγνωσης κραδασμών και κύρια μονάδα IO-Link στον ηλεκτρικό πίνακα ελέγχου της μηχανής.
Εικόνα 3: Στον EdgeGateway (δεξιά), όλα τα δεδομένα των αισθητήρων συγκεντρώνονται, υφίστανται προεπεξεργασία και στη συνέχεια μεταδίδονται στον διακομιστή.
Οι φοιτητές αποκτούν πολύτιμη πρακτική εμπειρία
Για τους φοιτητές, το έργο προσέφερε μια μοναδική ευκαιρία να εξοικειωθούν με τις πιο σύγχρονες τεχνολογίες της Βιομηχανίας 4.0 και να αποκτήσουν πολύτιμη πρακτική εμπειρία.
«Στόχος μας με την αναβάθμιση ήταν να δείξουμε ότι ακόμη και μηχανές μεγάλης διάρκειας λειτουργίας μπορούν να αναβαθμιστούν ώστε να ανταποκρίνονται στα σύγχρονα πρότυπα», συνοψίζει ο Philip Bourgon, πιστοποιημένος κρτικός τεχνικός στο Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf.
Τα συλλεγμένα δεδομένα χρησιμεύουν πλέον ως βάση για τους φοιτητές της μηχανολογίας αυτοματισμού, ώστε να πραγματοποιούν φασματικές αναλύσεις και να αναπτύσσουν δεξιότητες επιτήρησης κατάστασης σε βιομηχανικό περιβάλλον.
Το σχολείο επίσης ωφελήθηκε από τη συνεργασία: «Η ιδέα για αυτό το έργο προήλθε από το νέο μας τεχνικό κολλέγιο για μηχανική αυτοματισμού και τεχνολογία ψηφιακής παραγωγής», εξηγεί ο Δρ Markus Steffens, διευθυντής του τεχνικού κολλεγίου στο Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf. «Στόχος μας ήταν να δημιουργήσουμε μια εκπαιδευτική πλατφόρμα όπου οι φοιτητές θα μπορούν να εργάζονται με την πιο σύγχρονη τεχνολογία αισθητήρων, μετάδοσης και αξιολόγησης δεδομένων σε ένα σενάριο αναβάθμισης. Χάρη στη συνεργασία με την ifm, αυτό το εγχείρημα στέφθηκε με μεγάλη επιτυχία.»
Ο Tobias Kunze, Διευθυντής Περιφερειακών Πωλήσεων της ifm, τονίζει τη σημασία της στενής συνεργασίας: «Υποστηρίζουμε τους εκπαιδευτικούς μας συνεργάτες όχι μόνο με υλικό εξοπλισμό αλλά και με τεχνική υποστήριξη. Με αυτόν τον τρόπο, οι νέοι επαγγελματίες μπορούν να εργαστούν άμεσα με τεχνολογίες προσανατολισμένες στο μέλλον και να αποκτήσουν πρακτική εμπειρία.»
Η απρόσκοπτη ενσωμάτωση των λύσεων της ifm και η υποστήριξη στη ρύθμιση των διαγνωστικών κραδασμών συνέβαλαν ουσιαστικά στην επιτυχία του έργου.
Συμπέρασμα
Το έργο αναβάθμισης στο Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf αποδεικνύει ξεκάθαρα πώς οι έξυπνοι αισθητήρες και η σύγχρονη διασυνδεσιμότητα δεδομένων της ifm μπορούν να αναβαθμίσουν με βιώσιμο τρόπο τις υπάρχουσες μηχανές στα πρότυπα της Βιομηχανίας 4.0. Η συνεργασία δεν προωθεί μόνο τον ψηφιακό μετασχηματισμό στη βιομηχανία, αλλά και προσφέρει εκπαιδευτικές προσεγγίσεις προσανατολισμένες στην πράξη, που προετοιμάζουν τους μελλοντικούς επαγγελματίες για τις απαιτήσεις του αύριο.
Τα λειτουργικά και δεδομένα δονήσεων μπορούν να απεικονιστούν με σαφήνεια. Εάν ξεπεραστούν οι οριακές τιμές, παράγεται μήνυμα συναγερμού.
Η ομάδα: Tobias Kunze (ifm) και Dr Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval και Philip Bourgon (Επαγγελματικό Κολλέγιο Heinz Nixdorf)
