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Fachbeitrag von Miriam Rischer

Industrie 4.0, Digitalisierung, Digitale Transformation – unabhängig davon, welcher dieser Begriffe bevorzugt wird, sie sind nach wie vor in aller Munde. Häufig stellt sich jedoch die Frage, wie in einer Fertigung in einem gewachsenen Betrieb, also im Brownfield, die Herausforderung der Digitalisierung konkret angegangen werden kann. Erste konkrete Schritte können dabei helfen, Digitalisierung erlebbar zu machen und Abläufe effizienter zu gestalten.

Mit Blick auf Pumpen stellt sich diese Frage natürlich auch: Wie können Pumpen fit gemacht werden für die Zukunft? Wie können Abläufe rund um Instandhaltung und Wartung der Pumpe durch Digitalisierung besser gestaltet werden? Wie werden Pumpen smart? Und gibt es hier eine Möglichkeit, mit verhältnismäßigem Aufwand konkret zu starten? Der Frankenthaler Pumpen- und Armaturenhersteller KSB bietet hierfür seit September 2018 eine Lösung an. KSB Guard heißt die Überwachungslösung, die es ermöglicht, vorhandene Pumpen sogar im laufenden Betrieb in die digitale Welt zu überführen.

Abb. 1 Einfache Montage der Sensoreinheit an der Pumpe.

Das Gerät besteht aus einer Sensoreinheit, die einen Temperatur- und Schwingungssensor beinhaltet. Der Schwingungssensor misst mit einer Genauigkeit von 1 kHz und in allen drei Raumachsen. Diese Einheit wird an einer Pumpe – unerheblich ob KSB-Pumpe oder nicht – per Industrieklebstoff befestigt. Das ist im Prinzip an allen trocken aufgestellten Pumpen möglich, und zwar sogar, während die Pumpe läuft.

Eine zweite Hardwarekomponente ist die Sende- und Batterieeinheit. Sie wird per Kabel mit der Sensoreinheit verbunden und sorgt für die Stromversorgung der Sensorik. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, ein zusätzliches Kabel zur Pumpe zu ziehen, um die Sensorik mit Energie zu versorgen. Die Batterien haben dabei eine Lebensdauer von bis zu fünf Jahren und sind einfach austauschbar.

Abb. 2 KSB Guard in der Anlage verbaut.

Per Funk werden die aufgenommenen Daten an ein Gateway geschickt – die dritte Hardwarekomponente. Ein Gateway kann dabei aber bis zu 20 Sensoreinheiten versorgen und bringt durch die eingebaute SIM-Karte die notwendige Konnektivität in das Mobilfunknetz mit sich. Dadurch ist die gesamte Strecke der Kommunikation durch KSB definiert und abgesichert und der Aufwand zur Installation und Inbetriebnahme ist minimal.

Um die verfügbaren Informationen zur Pumpe abzurufen, muss die Pumpe lediglich in der zugehörigen KSB Guard App oder dem Web-Portal angelegt werden. Dabei werden Typenschilddaten der Pumpe und des Motors abgefragt. Im Fall einer KSB-Pumpe werden diese Daten basierend auf der Seriennummer der Pumpe aus KSB-Datenbanken abgerufen und sind direkt verfügbar. Aber auch, wenn das nicht der Fall ist, dauert das Eingeben der Daten nur wenige Minuten und ist nicht schwieriger als das Ausfüllen der Eingabemaske in einem Onlineshop. Eine weitere Parametrierung ist nicht erforderlich. Die gesamte Installation und Inbetriebnahme sind damit so effizient, dass es ein Leichtes ist, die vorhandenen Pumpen in einem Betrieb smart und damit fit für die Zukunft zu machen.

Abb. 3 Einfacher Zugriff über Smartphone oder Tablet.

Im Web-Portal oder der App sind nach der Inbetriebnahme eine Vielzahl von Informationen abrufbar. Für Pumpen des Herstellers können über die Seriennummer zusätzlich Dokumente, wie das Datenblatt oder eine Schnittzeichnung, in der App oder im Web-Portal abgerufen werden – ein Suchen nach Pumpeninformationen gehört damit der Vergangenheit an. Daneben besteht die Möglichkeit, auf einfache und schnelle Art und Weise eine Lebenslaufakte der Pumpe zu pflegen und abzurufen. Wartungen und Reparaturen können mit wenigen Klicks festgehalten werden und sind für alle Verantwortlichen sichtbar.

Abb. 4 Der zeitliche Verlauf der mittleren Schwinggeschwindigkeiten kann über die App oder das Web-Portal abgerufen werden.

Besonders wertvoll sind natürlich die Zustandsdaten der verbauten Aggregate. Dabei sind nicht nur der aktuelle Wert der Temperatur und der mittleren Schwinggeschwindigkeit abrufbar, sondern auch die Trends. Durch eine Messung einmal pro Stunde (optional auch häufiger) sind Zeitreihen der Daten verfügbar, die es ermöglichen, Veränderungen des Pumpenzustands zu erkennen.

Zu diesem Zweck sind auch Alarm- und Warnungsgrenzwerte definiert. Werden die Grenzwerte erreicht, wird eine Alarm- oder Warnmeldung ausgegeben. Eine solche Meldung kann auch als E-Mail oder als Push-Nachricht auf dem Handy oder Tablet erscheinen – ganz so, wie es am besten passt. Die Grenzwerte selbst sind dabei in der App oder dem Web-Portal veränderbar, so dass eine individuelle Anpassung für jede Pumpe möglich wird.

Neben den Informationen zur Temperatur und der mittleren Schwinggeschwindigkeit sind auch ein Betriebsstundenzähler und das Lastprofil sowie der Lastzustand der Pumpe abrufbar. Anhand der detektierten Schwingung kann die Drehzahl der Pumpe festgestellt werden – damit ist zunächst klar, ob die Pumpe läuft oder steht. Für Pumpen ohne Drehzahlregelung wird basierend auf der Drehzahl und einem von KSB patentierten Algorithmus festgestellt, in welchem Lastzustand sich die Pumpe befindet – Überlast, Optimum, Teillast oder extreme Teillast. Damit hilft KSB Guard auch, Energieeinsparpotenziale aufzudecken und Anlagen dahingehend zu optimieren.

Abb. 5 Bei auffälligen Werten werden Alarme und Warnungen erzeugt, damit frühzeitig reagiert werden kann.

Der größte Nutzen von KSB Guard besteht aber sicher darin, dass durch das Beobachten von Temperatur und Schwingung und den darauf beruhenden Warn- oder Alarmmeldungen eine Veränderung des Pumpenzustands frühzeitig bemerkt werden kann. Dadurch kann reagiert werden, bevor es zu Ausfällen oder größeren Schäden an der Pumpe kommt.

In der Praxis hat sich dieses Frühwarnsystems schon in vielen Anwendungen bewährt. So konnte zum Beispiel schon eine drohende Verstopfung bei einer großen, trocken aufgestellten Abwasserpumpe frühzeitig detektiert werden. Das Pumpwerk transportiert Rohabwasser, so dass es immer wieder zu Verstopfungen kommt. In der Vergangenheit waren darauf zahlreiche Ausfälle und kostenintensive Reparaturen zurückzuführen. Dazu kommt, dass das Pumpwerk abseits liegt und nicht unter ständiger Beobachtung ist. KSB Guard hat sich damit ideal dafür angeboten, das Pumpwerk auf einfache und kostengünstige Art und Weise mit einer Überwachung auszustatten.

Im vorliegenden Fall wurde durch KSB Guard festgestellt, dass die mittlere Schwinggeschwindigkeit immer weiter anstieg. Auf dieser Basis wurde dann Servicepersonal zum Pumpwerk geschickt, das die Ursache für die höheren Schwingungen und die drohende Verstopfung beseitigen konnte. Ohne KSB Guard wäre es hier mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Ausfall und entsprechenden Schäden an der Pumpe gekommen.

Ein weiteres Beispiel betrifft eine Rohrgehäusepumpe, die auf Grund von lebensdauergeschmierten Gleitlagern für viele Jahre wartungsfrei arbeitete. Durch die langjährige Nutzung von mehr als 40 Jahren unterliegen jedoch auch diese mechanischen Komponenten einem Verschleiß. Um die maximale Betriebssicherheit nach wie vor zu gewährleisten, war KSB Guard auch hier die erste Wahl, um die Pumpe einfach und schnell mit einer Überwachung auszustatten. Auch in diesem Fall wurde nach einiger Zeit ein Anstieg der Schwingungswerte gemessen. Daraufhin wurde festgestellt, dass sich die Pumpe händisch nicht mehr bewegen ließ. Die Pumpe wurde deshalb demontiert, um eine Havarie mit sehr kostspieliger Instandsetzung oder gar Neuanschaffung zu vermeiden.

Mit KSB Guard wird damit jede Pumpe schnell und einfach Teil des „Industrial Internet of Things“ und eine bestehende Pumpenanalage kann ohne jedes Risiko auf eine neue Stufe der Transparenz gehoben werden.

www.ksb.com

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