Szkoła zawodowa Heinz Nixdorf - modernizacja jako projekt badawczy
Jak szkoła zawodowa i ifm przygotowują stare maszyny na cyfrową przyszłość
Heinz Nixdorf Vocational College (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg) w Essen jest jednym z wiodących ośrodków edukacyjnych w dziedzinie elektrotechniki i technologii informatycznych, kładącym duży nacisk na transfer wiedzy zorientowany na praktykę. W ścisłej współpracy z firmami przemysłowymi uczelnia realizuje projekty edukacyjne, które odzwierciedlają aktualny rozwój technologiczny. Celem jest zapewnienie przyszłym technikom i inżynierom nie tylko wiedzy teoretycznej, ale także praktycznych umiejętności w zakresie obsługi nowoczesnych rozwiązań automatyzacji i cyfryzacji. Szczególnym wyzwaniem była cyfryzacja i modernizacja starzejącej się obrabiarki - projekt realizowany we współpracy ze specjalistą w dziedzinie automatyzacji, firmą ifm.
Sercem projektu było zadanie modernizacji starszej obrabiarki do najnowszego stanu techniki poprzez ukierunkowaną modernizację. Zadanie było jasno określone: skonfigurowanie systemu monitorowania stanu w celu konserwacji predykcyjnej bez większych interwencji strukturalnych w maszynie. "Naszym celem była minimalnie inwazyjna modernizacja - chcieliśmy zintegrować czujniki w taki sposób, aby były ledwo widoczne, zachowując jednocześnie kompatybilność z szeroką gamą systemów", wyjaśnia Patrick Bonneval, technik z certyfikatem państwowym w Heinz Nixdorf Vocational College.
Wyzwanie polegało nie tylko na wdrożeniu technicznym, ale także na opracowaniu platformy, która mogłaby funkcjonować zarówno jako dowód koncepcji dla aktualizacji zgodnych z Industry-4.0, jak i jako wszechstronne narzędzie szkoleniowe. W szczególności integracja nowych czujników z istniejącymi strukturami i cyfryzacja danych maszynowych wymagały innowacyjnych rozwiązań.
Technologia inteligentnych czujników, łączność IO-Link i Edge od ifm
Rozwiązanie techniczne zostało wdrożone przy użyciu szerokiej gamy komponentów ifm. Centralnym elementem konfiguracji było wykorzystanie czujników IO-Link, takich jak fotoelektryczny czujnik odległościOGD oraz czujnik poziomu i temperatury LT. Wraz z urządzeniem nadrzędnym IO-Link i bramą EdgeGateway (AE2100) stanowiły one podstawę do gromadzenia i przetwarzania danych.
Zdjęcie 1: Wykorzystując pomiar czasu przelotu, czujnik odległości OGD określa pozycję suwaka z milimetrową dokładnością i przesyła wartość odległości przez IO-Link.
Zdjęcie 2: Czujnik indukcyjny wykrywa rowki na wale w celu pomiaru prędkości obrotowej.
System został uzupełniony o czujnik drgań VSA005 i jednostkę przetwarzającą VSE150 , specjalnie skonfigurowaną do diagnostyki drgań łożysk tocznych.
"Dzięki czujnikom IO-Link rejestrujemy nie tylko pozycję suwaka, ale także kluczowe parametry chłodziwa. Kluczowym elementem jest jednak diagnostyka drgań o wysokiej rozdzielczości, która pozwala nam szczegółowo monitorować stan łożysk" - kontynuuje Patrick Bonneval.
Integracja czujników z istniejącą maszyną była szczególnie wydajna dzięki IO-Link. "IO-Link zaoszczędził nam wiele pracy, ponieważ jest bardzo prosty we wdrożeniu i umożliwia nieskomplikowaną rozbudowę systemu", potwierdza Pascal Heider, technik z certyfikatem państwowym w Heinz Nixdorf Vocational College.
Master IO-Link zbiera dane z podłączonych czujników i przesyła je w zgrupowanej formie do bramki edge gateway. Brama zapewnia również bezpieczną separację technologii operacyjnej (OT) i technologii informacyjnej (IT).
"EdgeGateway to centralne centrum danych dla naszych czujników" - wyjaśnia Pascal Heider. "Wszystkie dane są tutaj gromadzone, wstępnie przetwarzane i przesyłane do naszego rozwiązania serwerowego, Raspberry Pi". Na przykład, EdgeGateway konwertuje wartości poziomu czujnika z centymetrów na litry. Na Raspberry Pi różne instancje oprogramowania przechwytują, przetwarzają i ostatecznie wizualizują dane.
Przejrzystość, optymalizacja konserwacji i przyszła rentowność
Modernizacja z wykorzystaniem technologii ifm przyniosła kilka kluczowych korzyści. Maszyna jest teraz w stanie dostarczać dane w czasie rzeczywistym do monitorowania stanu i konserwacji predykcyjnej. "Dzięki ciągłemu monitorowaniu drgań możemy nie tylko określić dokładny stan poszczególnych elementów łożyska, ale także skutecznie zapobiegać nieplanowanym przestojom" - wyjaśnia Patrick Bonneval. Zdolność do wczesnego wykrywania usterek łożysk zwiększa dostępność maszyn i znacznie zmniejsza ryzyko strat produkcyjnych.
Zdjęcie 1: "Ucho" maszyny: Czujnik drgań VSA005 rejestruje widmo drgań wszystkich łożysk tocznych w napędzie maszyny.
Zdjęcie 2: Zasilacz, jednostka oceny diagnostyki drgań i master IO-Link w szafie sterowniczej maszyny.
Zdjęcie 3: W EdgeGateway (po prawej) wszystkie dane z czujników są konsolidowane, wstępnie przetwarzane, a następnie przesyłane do serwera.
Studenci zdobywają cenne doświadczenie praktyczne
Dla studentów projekt stanowił wyjątkową okazję do zapoznania się z najnowocześniejszymi technologiami Przemysłu 4.0 i zdobycia cennego praktycznego doświadczenia.
"Naszym celem przy modernizacji było pokazanie, że nawet wysłużone maszyny można podnieść do nowoczesnych standardów", podsumowuje Philip Bourgon, technik z certyfikatem państwowym w Heinz Nixdorf Vocational College.
Zebrane dane stanowią teraz podstawę dla studentów inżynierii automatyki do przeprowadzania analiz spektralnych i rozwijania umiejętności monitorowania stanu w kontekście przemysłowym.
Szkoła również skorzystała na tej współpracy: "Pomysł na ten projekt zrodził się w naszej nowej szkole technicznej zajmującej się inżynierią automatyzacji i cyfrową technologią produkcji", wyjaśnia dr Markus Steffens, dyrektor szkoły technicznej w Heinz Nixdorf Vocational College. "Naszym celem było stworzenie platformy edukacyjnej, na której studenci mogą pracować z najnowocześniejszą technologią czujników, transmisją danych i oceną danych w scenariuszu modernizacji. Dzięki współpracy z ifm odnieśliśmy duży sukces".
Tobias Kunze, dyrektor ds. sprzedaży regionalnej w ifm, podkreśla znaczenie ścisłej współpracy: "Wspieramy naszych partnerów edukacyjnych nie tylko sprzętem, ale także wsparciem technicznym. W ten sposób młode talenty mogą bezpośrednio pracować z przyszłościowymi technologiami i zdobywać praktyczne doświadczenie".
Płynna integracja rozwiązań ifm i wsparcie w konfiguracji diagnostyki drgań znacząco przyczyniły się do sukcesu projektu.
Wniosek
Projekt modernizacji w Heinz Nixdorf Vocational College wyraźnie pokazuje, w jaki sposób inteligentne czujniki i nowoczesna łączność danych ifm mogą w zrównoważony sposób dostosować istniejące maszyny do standardów Przemysłu 4.0. Współpraca nie tylko promuje cyfrową transformację w przemyśle, ale także zapewnia praktyczne koncepcje szkoleniowe, które przygotowują przyszłych profesjonalistów do wymagań jutra.
Dane dotyczące pracy i drgań mogą być wyraźnie wizualizowane. W przypadku przekroczenia wartości granicznych generowany jest komunikat alarmowy.
Zespół: Tobias Kunze (ifm) oraz dr Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval i Philip Bourgon (Heinz Nixdorf Vocational College)
