Heinz Nixdorf Vocational College - Retrofit som ett studieprojekt
Hur en yrkeshögskola och ifm förbereder gamla maskiner för den digitala framtiden
Heinz Nixdorf-Berufskolleg i Essen är ett av de ledande utbildningscentren för elektroteknik och informationsteknik, med starkt fokus på praktisk kunskapsöverföring. I nära samarbete med industriföretag genomför högskolan utbildningsprojekt som återspeglar den aktuella tekniska utvecklingen. Syftet är att ge framtida tekniker och ingenjörer inte bara teoretisk kunskap utan också praktiska färdigheter i att hantera moderna automations- och digitaliseringslösningar. En särskild utmaning var digitaliseringen och moderniseringen av en åldrande verktygsmaskin - ett projekt som genomfördes i samarbete med automationsspecialisten ifm.
Kärnan i projektet var uppgiften att uppgradera en äldre verktygsmaskin till den senaste tekniken genom en riktad eftermontering. Uppdraget var tydligt definierat: att sätta upp ett system för tillståndsövervakning för förebyggande underhåll utan större strukturella ingrepp i maskinen. "Vårt mål var en minimalt invasiv eftermontering - vi ville integrera givare på ett sådant sätt att de knappt syns och samtidigt bibehålla kompatibiliteten med ett stort antal system", förklarar Patrick Bonneval, statligt certifierad tekniker vid Heinz Nixdorf Vocational College.
Utmaningen låg inte bara i den tekniska implementeringen, utan också i att utveckla en plattform som kunde fungera både som ett proof of concept för Industri-4.0-kompatibla uppgraderingar och som ett mångsidigt utbildningsverktyg. Framför allt krävde integreringen av de nya givarna i befintliga strukturer och digitaliseringen av maskindata innovativa lösningar.
Smart sensorteknik, IO-Link och Edge-anslutning från ifm
Den tekniska lösningen implementerades med hjälp av ett brett utbud av ifm-komponenter. Centralt för installationen var användningen av IO-Link-givare som OGD fotoelektrisk avståndssensor och LT nivå- och temperaturgivare . Tillsammans med en IO-Link-master och en EdgeGateway (AE2100) utgjorde dessa grunden för datainsamling och bearbetning.
Bild 1: Med hjälp av flygtidsmätning bestämmer en OGD-avståndsgivare slidens position med millimeternoggrannhet och överför avståndsvärdet via IO-Link.
Bild 2: En induktiv givare känner av spåren på axeln för att mäta rotationshastigheten.
Systemet kompletterades med en VSA005 vibrationsgivare och en VSE150 utvärderingsenhet, speciellt konfigurerad för vibrationsdiagnostik på rullningslager.
"Med IO-Link-givarna registrerar vi inte bara slidens position utan även viktiga parametrar för kylmediet. Kärnan är dock den högupplösta vibrationsdiagnostiken, som gör att vi kan övervaka lagrens skick i detalj", fortsätter Patrick Bonneval.
Integreringen av givare i den befintliga maskinen var särskilt effektiv tack vare IO-Link. "IO-Link sparade oss en hel del arbete, eftersom det är mycket enkelt att implementera och möjliggör okomplicerad systemutbyggnad", bekräftar Pascal Heider, statligt certifierad tekniker vid Heinz Nixdorf Vocational College.
IO-Link-mastern samlar in data från de anslutna sensorerna och överför dem i paketerad form till EdgeGateway. Gatewayen säkerställer också en säker separation av operativ teknik (OT) och informationsteknik (IT).
"EdgeGateway är den centrala datahubben för våra givare ", förklarar Pascal Heider. "All data samlas in här, förbehandlas och överförs till vår serverlösning, en Raspberry Pi." EdgeGateway omvandlar till exempel givarens nivåvärden från centimeter till liter. På Raspberry Pi samlar olika programvaruinstanser in, bearbetar och visualiserar data.
Transparens, optimering av underhåll och framtida lönsamhet
Moderniseringen med ifm-teknik har gett flera viktiga fördelar. Maskinen kan nu leverera realtidsdata för tillståndsövervakning och förebyggande underhåll. "Med kontinuerlig vibrationsövervakning kan vi inte bara fastställa det exakta tillståndet för enskilda lagerkomponenter, utan också effektivt förhindra oplanerade driftstopp", förklarar Patrick Bonneval. Möjligheten att tidigt upptäcka lagerfel ökar maskintillgängligheten och minskar risken för produktionsförluster avsevärt.
Bild 1: Maskinens "öra": Vibrationsgivaren VSA005 fångar upp vibrationsspektra för alla rullningslager i maskinens drivsystem.
Bild 2: Strömförsörjning, utvärderingsenhet för vibrationsdiagnostik och IO-Link-master i maskinens styrskåp.
Bild 3: I EdgeGateway (till höger) samlas all givarrdata, förbehandlas och överförs sedan till servern.
Studenter får värdefull praktisk erfarenhet
För studenterna innebar projektet en unik möjlighet att bekanta sig med den senaste tekniken inom Industri 4.0 och få värdefull praktisk erfarenhet.
"Vårt mål med uppgraderingen var att visa att även maskiner med lång livslängd kan uppgraderas till modern standard", sammanfattar Philip Bourgon, statligt certifierad tekniker vid Heinz Nixdorf Vocational College.
De insamlade uppgifterna fungerar nu som underlag för studenter inom automationsteknik som kan utföra spektralanalyser och utveckla färdigheter inom tillståndsövervakning i ett industriellt sammanhang.
Även skolan drog nytta av samarbetet: "Idén till det här projektet kommer från vårt nya tekniska college för automationsteknik och digital produktionsteknik", förklarar Dr Markus Steffens, chef för det tekniska college vid Heinz Nixdorf Vocational College. "Vårt mål var att skapa en inlärningsplattform där studenterna kan arbeta med den senaste sensortekniken, dataöverföring och datautvärdering i ett eftermonteringsscenario. Tack vare samarbetet med ifm har detta varit mycket framgångsrikt."
Tobias Kunze, Director Regional Sales på ifm, understryker vikten av ett nära samarbete: "Vi stöder våra utbildningspartners inte bara med hårdvara utan även med teknisk support. På så sätt kan unga talanger arbeta direkt med framtidsinriktad teknik och få praktisk erfarenhet."
Den sömlösa integrationen av ifm-lösningarna och stödet vid konfigurationen av vibrationsdiagnostiken bidrog i hög grad till projektets framgång.
Slutsats
Eftermonteringsprojektet på Heinz Nixdorf Vocational College visar tydligt hur intelligenta sensorer och modern dataförbindelse från ifm på ett hållbart sätt kan få befintliga maskiner att uppfylla Industri 4.0-standarder. Samarbetet främjar inte bara den digitala omvandlingen inom industrin, utan levererar också praktiskt orienterade utbildningskoncept som rustar framtida yrkesverksamma för morgondagens krav.
Drift- och vibrationsdata kan visualiseras på ett överskådligt sätt. Om gränsvärdena överskrids genereras ett larmmeddelande.
Teamet: Tobias Kunze (ifm) och Dr Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval och Philip Bourgon (Heinz Nixdorf Vocational College)
