Poklicna šola Heinz Nixdorf – naknadno opremljanje kot študijski projekt
Kako poklicna šola in ifm pripravljata stare stroje na digitalno prihodnost
Poklicna šola Heinz Nixdorf (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg) v Essnu je eno vodilnih izobraževalnih središč za elektrotehniko in informacijsko tehnologijo z velikim poudarkom na prenosu znanja v prakso. V tesnem sodelovanju z industrijskimi podjetji šola izvaja učne projekte, ki odražajo trenutni tehnološki razvoj. Cilj je bodočim tehnikom in inženirjem poleg teoretičnega znanja zagotoviti tudi praktične spretnosti pri upravljanju sodobnih rešitev za avtomatizacijo in digitalizacijo. Poseben izziv je bila digitalizacija in posodobitev starajočega se obdelovalnega stroja – projekt je bil izveden v sodelovanju s strokovnjakom za avtomatizacijo, podjetjem ifm.
Bistvo projekta je bila naloga nadgradnje starejšega obdelovalnega stroja na najnovejše stanje tehnike s ciljnim naknadnim opremljanjem. Naloga je bila jasno opredeljena: vzpostavitev sistema za spremljanje stanja za prediktivno vzdrževanje brez večjih strukturnih posegov v stroj. »Naš cilj je bilo minimalno invazivno dodatno opremljanje – senzorje smo želeli vgraditi tako, da so komaj vidni, hkrati pa ohraniti združljivost z različnimi sistemi,« pojasnjuje Patrick Bonneval, državno certificirani tehnik na poklicni šoli Heinz Nixdorf.
Izziv ni bil le v tehnični izvedbi, temveč tudi v razvoju platforme, ki bi lahko delovala kot dokaz koncepta za nadgradnje, združljive z industrijo 4.0, in kot vsestransko orodje za usposabljanje. Zlasti vključevanje novih senzorjev v obstoječe strukture in digitalizacija strojnih podatkov sta zahtevala inovativne rešitve.
Tehnologija pametnih senzorjev, IO-Link in povezljivost Edge podjetja ifm
Tehnična rešitev je bila izvedena z uporabo širokega nabora komponent ifm. Osrednji del konfiguracije je bila uporaba senzorjev IO-Linka, kot so fotoelektrični senzor razdalje OGD ter senzor nivoja in temperaturni senzor LT. Skupaj z enoto IO-Link master in prehodom EdgeGateway (AE2100) so predstavljali osnovo za zbiranje in obdelavo podatkov.
Slika 1: Senzor razdalje OGD z merjenjem časa potovanja (time-of-flight) določi položaj drsnika z milimetrsko natančnostjo in prenese vrednost razdalje prek IO-Link.
Slika 2: Induktivni senzor zazna utore na gredi in meri hitrost vrtenja.
Sistem je bil dopolnjen s senzorjem vibracij VSA005 in ocenjevalno enoto VSE150, ki je bila posebej konfigurirana za diagnostiko vibracij kotalnih ležajev.
»S senzorji IO-Linka ne zajamemo le položaja drsnika, temveč tudi ključne parametre hladilnega sredstva. Osrednji element pa je diagnostika vibracij visoke ločljivosti, ki nam omogoča podrobno spremljanje stanja ležajev,« nadaljuje Patrick Bonneval.
Vgradnja senzorjev v obstoječi stroj je bila še posebej učinkovita zaradi enote IO-Link. »Enota IO-Link nam je prihranila veliko dela, saj je zelo enostavna za implementacijo in omogoča preprosto razširitev sistema,« je potrdil Pascal Heider, državno certificirani tehnik na poklicni šoli Heinz Nixdorf.
Enota IO-Link master zbira podatke iz priključenih senzorjev in jih v paketu pošilja v prehod EdgeGateway. Prehod zagotavlja tudi varno ločitev operativne tehnologije (OT) in informacijske tehnologije (IT).
»EdgeGateway je osrednje podatkovno vozlišče za naše senzorje,« pojasnjuje Pascal Heider. »Vsi podatki se tukaj zberejo, predhodno obdelajo in prenesejo v našo strežniško rešitev, Raspberry Pi.« EdgeGateway na primer pretvori vrednosti nivoja senzorja iz centimetrov v litre. Na Raspberry Pi različni primeri programske opreme zajemajo, obdelujejo in na koncu vizualizirajo podatke.
Preglednost, optimizacija vzdrževanja in sposobnost uporabe v prihodnosti
Posodobitev s tehnologijo ifm je prinesla več ključnih prednosti. Stroj lahko zdaj zagotavlja podatke v dejanskem času za spremljanje stanja in prediktivno vzdrževanje. »S stalnim spremljanjem vibracij lahko ne le natančno določimo stanje posameznih komponent ležajev, temveč tudi učinkovito preprečujemo nenačrtovane izpade,« pojasnjuje Patrick Bonneval. Zmožnost zgodnjega odkrivanja vzorcev okvar ležajev poveča razpoložljivost stroja in znatno zmanjša tveganje izgube proizvodnje.
Slika 1: »Uho« stroja: senzor vibracij VSA005 zajame spektre vibracij vseh kotalnih ležajev v pogonu stroja.
Slika 2: Napajanje, enota za ocenjevanje vibracijske diagnostike in enota IO-Link master v krmilni omarici stroja.
Slika 3: V prehodu EdgeGateway (desno) se vsi podatki senzorjev združijo, predhodno obdelajo in nato prenesejo v strežnik.
Učenci pridobijo dragocene praktične izkušnje
Učencem je projekt ponudil edinstveno priložnost, da se seznanijo z najsodobnejšimi tehnologijami industrije 4.0 in pridobijo dragocene praktične izkušnje.
»Naš cilj pri dodatnem oporemljanju je bil pokazati, da je mogoče tudi stroje, ki že dolgo služijo, prilagoditi sodobnim standardom,« je povzel Philip Bourgon, državno certificirani tehnik na poklicni šoli Heinz Nixdorf.
Zbrani podatki zdaj služijo kot podlaga učencem avtomatizacijskega inženirstva za izvajanje spektralnih analiz in razvijanje spretnosti na področju spremljanja stanja v industrijskem kontekstu.
Sodelovanje je koristilo tudi šoli: »Zamisel za ta projekt je nastala na naši novi tehnični šoli za avtomatizacijo in digitalno proizvodno tehnologijo,« pojasnjuje Dr. Markus Steffens, vodja tehnične šole na poklicni šoli Heinz Nixdorf. »Naš cilj je bil ustvariti učno platformo, na kateri bodo lahko učenci delali z najsodobnejšo senzorsko tehnologijo, prenosom podatkov in vrednotenjem podatkov v scenariju naknadnega opremljanja. Zahvaljujoč sodelovanju z družbo ifm je bilo to zelo uspešno.«
Tobias Kunze, direktor regionalne prodaje pri družbi ifm, poudarja pomen tesnega sodelovanja: »Svojih izobraževalnih partnerjev ne podpiramo le s strojno opremo, temveč tudi s tehnično podporo. Na ta način lahko mladi talenti neposredno delajo s tehnologijami prihodnosti in pridobivajo praktične izkušnje.«
K uspehu projekta sta pomembno prispevali nemotena integracija rešitev ifm in podpora pri konfiguriranju diagnostike vibracij.
Zaključek
Projekt posodobitve na poklicni šoli Heinz Nixdorf jasno kaže, kako lahko inteligentni senzorji in sodobna podatkovna povezljivost podjetja ifm trajnostno prilagodijo obstoječe stroje standardom industrije 4.0. Sodelovanje ne spodbuja le digitalne preobrazbe v industriji, temveč tudi v prakso usmerjene koncepte usposabljanja, ki bodoče strokovnjake pripravijo na zahteve prihodnosti.
Podatke o delovanju in vibracijah je mogoče jasno vizualizirati. Če so mejne vrednosti presežene, se ustvari alarmno sporočilo.
Ekipa: Tobias Kunze (ifm) in dr. Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval in Philip Bourgon (poklicna šola Heinz Nixdorf)
