Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Antrieb der Zukunft für die Digitalisierung der Produktion : Ausgabe 05/2018, 08.05.2018

Intelligent vernetzt

NORD DRIVESYSTEMS verfolgt das Ziel, das Schlagwort «Industrie 4.0» auf allen Ebenen mit Leben zu füllen. Das Unternehmen aus Bargteheide sieht die Antriebstechnik als eine der Grundvoraussetzungen für die Digitalisierung der Produktion.

Deshalb setzt NORD seine Kompetenz in der Mechanik, Elektrotechnik und Elektronik für die Entwicklung vernetzter, aber autarker Antriebslösungen ein. Diese intelligenten Antriebe bestehen aus perfekt abgestimmten Kombinationen aus Getriebe, Motor und Frequenzumrichter, die über eine sichere Cloudanbindung verfügen. Die Digitalisierung der Antriebstechnik und der Produktion erfordert das Zusammenspiel von Sensorik, virtueller Sensorik, den Schnittstellen zu Bussystemen und intelligenter Software. Getriebemotoren in Produktions- oder Logistikanlagen werden meist über Frequenz­umrichter gesteuert. Die Umrichter ermitteln standardmässig wichtige Betriebsdaten wie Stromaufnahme, Spannung, Drehzahl und ihre Betriebstemperatur, die sich für die intelligente Zustandsüberwachung der Antriebe und die Steuerung der Anlage verwenden lassen. Mittels virtueller Sensorik, die auf mathematischen Algorithmen basiert, und der in die NORD-Umrichter integrierten PLC kann mit dem aus den gemessenen elektrischen Daten berechneten Antriebsleistung und in Kombination mit den bekannten physikalischen Eigenschaften des Getriebeöls hinreichend genau die Öllebensdauer ermittelt werden. So wird der Ausnutzungsgrad des Getriebeöls und damit der voraussichtliche Ölwechseltermin zugänglich. Mithilfe einer integrierten PLC können die Antriebe ausserdem selbständig Aufgaben lösen und Signale auswerten, um lokale Fehler zu erkennen. Durch Kommunikation in der lokalen Antriebsgruppe können die intelligenten Antriebe bestimmte Probleme autark lösen: Sie schalten eine Bypass-Strecke in der Förderlinie und können bei Erkennung eines Hardware-Defektes via Bussystem eine Meldung an die zentrale Anlagensteuerung senden, bzw. bei Bedarf direkt über ein Internet-Gateway kommunizieren. Eine integrierte PLC auf der Antriebsebene und die Kommunikationsfähigkeit mit der Aussenumgebung sind zwei Voraussetzungen für Industrie-4.0-fähige Antriebssysteme. Der intelligente Antrieb ist vernetzbar, autark sowie in Funktion und Leistung skalierbar.

Neue Möglichkeiten dank Datenanbindung

Durch die Bildung intelligenter Antriebsgruppen, die miteinander kommunizieren können, wird die Vernetzung ganzer Fabriken möglich. Die Anbindung an eine sichere Cloud-Lösung ermöglicht die Bildung beliebig vieler und beliebig grosser Antriebsnetzwerke in Paketversandzentren, Flughäfen oder Intralogistikanlagen, die aus der Ferne überwacht werden können. Ser­vicemitarbeiter in Europa können Betriebszustände von Anlagen in Australien beurteilen und umgekehrt. Damit sich Industrie 4.0 und Cloud-Lösungen weltweit durchsetzen können, bedarf es einheitlicher Sicherheitsstandards und einer anerkannten Standardarchitektur für die Automatisierungsbranche, die alle Anforderungen aus Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik berücksichtigt. Hier wurde mit der fortlaufenden Entwicklung des Referenzarchitekturmodells RAMI 4.0 und der Industrie 4.0 Komponente bereits ein vielversprechender Weg eingeschlagen. Gleiches gilt für die Bussysteme, die die Kommunikation der einzelnen Antriebe untereinander und mit der Steuerung ermöglichen. Hier können Interoperabilitätsstandards wie OPC Unified Architecture künftig eine einheitliche Basis für die Kommunikation vom Feldsensor bis in die Cloud bilden. Solche Standards sind eine Grundvoraussetzung für Industrie 4.0 und echte Machine-to-Machine Kommunikation bis hin zum Internet der Dinge.

Der Weg führt zum Ziel

Grundsätzlich ist eine Cloud-Anbindung selbst beim Retrofitting bestehender Anlagen nicht schwer umzusetzen. Alle Antriebe haben eine eigene IP-Adresse über die sie mittels eines Routers erreicht werden können. Drehzahl, Stromaufnahme und Umrichtertemperatur jedes einzelnen Antriebes in der Anlage lassen sich abfragen ohne in die Gerätesteuerung oder die Software einzugreifen. Die intelligenten Antriebskomponenten übertragen die Werte über ein Internet-Gateway an eine sichere Cloud. Dort stehen sie für die Auswertung mit Filter- und Analyse-Tools zur Verfügung. Datenabgriff und Speicherdauer in der Cloud lassen sich individuell wählen. An einem beliebigen anderen Ort kann also ein Techniker die Daten übersichtlich aufbereitet in einem browserbasierten Webinterface analysieren und die Anlage auf jedem mobilen Endgerät in einer übersichtlichen 3D-Darstellung mit einem Blick überschauen.

Es gilt: Safety first

Das vernetzte Arbeiten im Sinne von Industrie 4.0 steht und fällt mit dem Thema Sicherheit. Speziell wenn Antriebe direkt an die Cloud angebunden sind, ist die Datensicherheit ein bestimmendes Thema, um Manipulationen, Sabotage oder Wissensdiebstahl vorzubeugen. Deshalb muss der intelligente Antrieb einen sicheren Datentransfer gewährleisten. Eine Möglichkeit ist die sichere Kommunikation über Lösungen wie PROFIsafe.

Früherkennung von Manipulationen

Dabei vergleicht der Empfänger einer Datenmenge die genaue Anzahl der Bits und Bytes mit den Informationen des Senders. Erst wenn die Informationen von Sender und Empfänger übereinstimmen, können die Daten weiterverarbeitet werden. Wenn jemand die Informationen auf dem Weg vom Sender vom Empfänger manipuliert oder gehackt hat, merkt das der Anwender frühzeitig bevor die Daten in die Steuerung eingespeist werden und der Prozess kann gestoppt werden. Die derzeitigen Cloud-Lösungen bieten diese Möglichkeit bereits an. In Zukunft wird es dafür weitere Lösungen und Konzepte geben. Langfristig sehen die NORD-Experten den Trend zu cyber-physikalischen Systemen, die verteilt und dezentral, herstellerunabhängig und standortübergreifend zusammenarbeiten. Eine beliebige Kombination aus Steuerungen, SPS und Kommunikationsprotokollen wird ihre Betriebsdaten in diesem Szenario an die jeweilige Steuerungsebene übertragen. Die ERP-Ebene steuert dann die Feldebene auf Basis der Felddaten. Für die komplett vernetzte und virtuell abgebildete Produktion werden mit dem bereits erwähnten RAMI 4.0 und der Industrie 4.0-Komponente derzeit die erforderlichen Standards erarbeitet.


Info
Getriebebau Nord AG
Member of the NORD DRIVESYSTEMS Group
9212 Arnegg
Tel. +41 71 388 99 11
Fax +41 71 388 99 15
switzerland@nord.com
www.nord.com



Das LogiDrive-Konzept mit dem Feldverteiler NORDAC Link, zweistufigem Kegelradgetriebe und IE4-Synchronmotor bildet die Grundlage für Industrie-4.0-Lösungen.


Die Verbindung aus Bussystem, integrierter PLC und einer sicheren Cloud-Anbindung ermög­licht den NORD-Frequenzumrichtern die intelligente Datenauswertung und Kommunikation. (Bilder: NORD)


Die Feldverteiler der Antriebe mit integriertem PLC lösen selbständig Aufgaben, werten Signale aus und lokalisieren Fehler.