Escola Profissional Heinz Nixdorf - Retrofit como projeto de estudo
Como uma escola profissional e a ifm estão a preparar máquinas antigas para o futuro digital
A Escola Profissional Heinz Nixdorf (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg), em Essen, é um dos principais centros de formação em engenharia eletrotécnica e tecnologias da informação, com uma forte ênfase na transferência de conhecimentos orientados para a prática. Em estreita colaboração com empresas industriais, a escola implementa projectos de aprendizagem que reflectem os desenvolvimentos tecnológicos actuais. O objetivo é dotar os futuros técnicos e engenheiros não só de conhecimentos teóricos, mas também de competências práticas na utilização de soluções modernas de automação e digitalização. Um desafio particular foi a digitalização e modernização de uma máquina-ferramenta antiga - um projeto implementado em cooperação com a ifm, especialista em automação.
No centro do projeto estava a tarefa de atualizar uma máquina-ferramenta antiga para o mais recente desenvolvimento tecnológico através de um retrofit direcionado. A tarefa estava claramente definida: criar um sistema de monitorização da condição para manutenção preditiva sem grandes intervenções estruturais na máquina. “O nosso objetivo era uma adaptação minimamente invasiva - queríamos integrar os sensores de forma a serem pouco visíveis, mantendo a compatibilidade com uma vasta gama de sistemas”, explica Patrick Bonneval, técnico certificado pelo Estado no Heinz Nixdorf Vocational College.
O desafio não residia apenas na implementação técnica, mas também no desenvolvimento de uma plataforma que pudesse funcionar como uma prova de conceito para actualizações compatíveis com a Indústria 4.0 e como uma ferramenta de formação versátil. In particular, the integration of the new sensors into existing structures and the digitalisation of machine data required innovative solutions.
Tecnologia de sensores inteligentes, IO-Link e conectividade Edge da ifm
A solução técnica foi implementada utilizando uma ampla gama de componentes da ifm. O ponto central da configuração foi a utilização de sensores IO-Link, tais como o sensor de distância fotoelétrico OGD e o sensor de nível e temperatura LT. Juntamente com um mestre IO-Link e um EdgeGateway (AE2100), estes constituíram a base para a aquisição e processamento de dados.
Imagem 1: Utilizando a medição do “time of flight”, um sensor de distância OGD determina a posição da corrediça com precisão milimétrica e transmite o valor da distância através do IO-Link.
Imagem 2: Um sensor indutivo detecta as ranhuras no eixo para medir a velocidade de rotação.
O sistema foi completado por um sensor de vibração VSA005 e uma unidade de avaliação VSE150, especificamente configurada para o diagnóstico de vibrações em rolamentos de elementos rolantes.
"Com os sensores IO-Link, não só captamos a posição da corrediça, mas também parâmetros-chave do líquido de refrigeração. O elemento central, no entanto, é o diagnóstico de vibrações de alta resolução, que nos permite monitorizar o estado dos rolamentos em pormenor", continua Patrick Bonneval.
A integração dos sensores na máquina existente foi particularmente eficiente graças ao IO-Link. “O IO-Link poupou-nos muito trabalho, uma vez que é muito simples de implementar e permite uma expansão descomplicada do sistema”, confirma Pascal Heider, técnico certificado pelo estado no Heinz Nixdorf Vocational College.
O mestre IO-Link coleta os dados dos sensores conectados e transmite-os de forma agrupada para o EdgeGateway. O gateway também garante a separação segura entre a tecnologia operacional (OT) e a tecnologia da informação (IT).
“O EdgeGateway é o hub central de dados para os nossos sensores”, explica Pascal Heider. “Todos os dados são recolhidos aqui, pré-processados e transferidos para a nossa solução de servidor, um Raspberry Pi.” Por exemplo, o EdgeGateway converte os valores de nível do sensor de centímetros para litros. No Raspberry Pi, várias instâncias de software captam, processam e, por fim, visualizam os dados.
Transparência, otimização da manutenção e viabilidade futura
A modernização com a tecnologia ifm proporcionou vários benefícios importantes. A máquina é agora capaz de fornecer dados em tempo real para monitorização da condição e manutenção preditiva. “Com a monitorização contínua das vibrações, podemos não só determinar a condição exacta dos componentes individuais dos rolamentos, mas também prevenir eficazmente os períodos de inatividade não planeados”, explica Patrick Bonneval. A capacidade de detetar precocemente os padrões de avaria dos rolamentos aumenta a disponibilidade da máquina e reduz significativamente o risco de perdas de produção.
Imagem 1: O “ouvido” da máquina: o sensor de vibração VSA005 capta os espectros de vibração de todos os rolamentos de elementos rolantes no acionamento da máquina.
Imagem 2: Fonte de alimentação, unidade de avaliação de diagnóstico de vibrações e IO-Link master no armário de controlo da máquina.
Imagem 3: No EdgeGateway (à direita), todos os dados dos sensores são consolidados, pré-processados e, em seguida, transmitidos para o servidor.
Os alunos adquirem experiência prática valiosa
Para os estudantes, o projeto ofereceu uma oportunidade única de se familiarizarem com as tecnologias de ponta da Indústria 4.0 e de adquirirem uma valiosa experiência prática.
“O nosso objetivo com o retrofit era mostrar que mesmo as máquinas mais antigas podem ser elevadas aos padrões modernos”, resume Philip Bourgon, técnico certificado pelo estado na Escola Profissional Heinz Nixdorf.
Os dados recolhidos servem agora de base para os estudantes de engenharia de automação efectuarem análises espectrais e desenvolverem competências na monitorização da condição num contexto industrial.
A escola também beneficiou com a cooperação: “A ideia para este projeto tem origem na nossa nova escola técnica de engenharia de automação e tecnologia de produção digital”, explica o Dr. Markus Steffens, diretor da escola técnica do Heinz Nixdorf Vocational College. "O nosso objetivo era criar uma plataforma de aprendizagem em que os alunos pudessem trabalhar com tecnologia de sensores de ponta, transmissão de dados e avaliação de dados num cenário de retrofit. Graças à cooperação com a ifm, este projeto foi muito bem sucedido".
Tobias Kunze, Diretor Regional de Vendas da ifm, sublinha a importância de uma cooperação estreita: "Apoiamos os nossos parceiros educativos não só com hardware, mas também com apoio técnico. Desta forma, os jovens talentos podem trabalhar diretamente com tecnologias orientadas para o futuro e ganhar experiência prática".
A integração perfeita das soluções ifm e o apoio na configuração dos diagnósticos de vibração contribuíram significativamente para o sucesso do projeto.
Conclusão
O projeto de retrofit no Heinz Nixdorf Vocational College demonstra claramente como os sensores inteligentes e a moderna conetividade de dados da ifm podem, de forma sustentável, levar as máquinas existentes aos padrões da Indústria 4.0. A colaboração não só promove a transformação digital na indústria, como também fornece conceitos de formação orientados para a prática que equipam os futuros profissionais para as exigências do futuro.
Os dados de funcionamento e de vibração podem ser claramente visualizados. Se os valores-limite forem ultrapassados, é emitida uma mensagem de alarme.
A equipa: Tobias Kunze (ifm) e Dr. Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval e Philip Bourgon (Escola Profissional Heinz Nixdorf)
