TS/Albrecht Winter Diagnose 22. April 2009
Diagnose in der Pneumatik – Integration in Maschinenkonzepte
Hannover Messe 2009, MDA Forum
Christoph Albrecht Winter, Dr. Jan Bredau
Festo AG & Co. KG
TS/Albrecht Winter Diagnose 22. April 2009
Festo – ein unabhängiges Familienunternehmen
Festo Aktiengesellschaft
• Automatisierungstechnik und Didactic
1,7 Mrd. € Umsatz
• international in 176 Ländern
• 13.500 Mitarbeiter weltweit
Innovativ
• 2800 Patente weltweit
• ca. 100 Innovationen pro Jahr
• Forschung und Entwicklung: 7,5 % vom Umsatz
Aus- und Weiterbildung:
• 1,5% vom Umsatz
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Über 25.000 Katalogprodukte
für den Maschinenbau
• Druckluftaufbereitung und
Systemzubehör
• Ventile und Ventilinseln
• Controller und integrierte Elektronik
• Elektrische und pneumatische
Antriebe
• Handhabungs- und Positioniertechnik
• Vakuumtechnik und Greifer
Lösungsanbieter und Servicepartner
• Komplettsysteme
• Service
Festo – Innovation von der Komponente bis zum System
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Inhalt
1. Trends und Anforderungen
2. Diagnose in der Pneumatik - Systemansatz
3. Integration in Maschinenkonzepte
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Treiber der derzeitigen Entwicklung
Condition
Monitoring
und
Diagnose
Trends im Markt
• Forderung nach größerer Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Qualität und Sicherheit
• Lebenszykluskosten / TCO
• Service als wachsendes Geschäft für Maschinenhersteller
• Neue Geschäftsmodelle, Wartungsverträge,
Technologie-Trends
• Sensor Technologien
• Leistungsfähigere Steuerungen
• Integration von Intelligenz, in die Komponenten
• Nutzung von Detaildaten von der Feldebene auf Leitebene
• Entwicklung in den
Schnittstellen/
Bustechnologien
(Ethernet, WLAN)
• Simulation/ modellbasierte
Methoden der Diagnose
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Anforderungen der Zielgruppen an Diagnose und Beiträge der Pneumatik
Produzierende Unternehmen
Anlagenverfügbarkeit erhöhen
• Lokalisierung fehlerhafter Antriebe
• Detektion/ Identifizierungvon Störungen
• Datensammlung, Trendanalyse
Zuverlässigkeit erhöhen
• Diagnose für kritische/ prozessrelevante Antriebe
• Verfolgung Produktionsdaten, Nachvollziehbarkeit von Chargen
• Neue Sicherheitskonzepte
Produktivität verbessern
• Leckagedetektion, Ermittlung Energieverbrauch
• Optimierung der Instandhaltung(präventiv, zustandsbasiert…)
Bessere Maschinenfunktionalität
• Leistungsfähige Komponenten mit zusätzlicher Intelligenz
• Rückfluss von Daten zur Funktionalität an Konstruktion
Kundenservice aufwerten
• Ferndiagnose• Support der lokalen
Instandhaltung• Kostenreduktion für
Serviceeinsätze, E-Services
Neue Geschäftsmodelle
• Neue Dienstleistungen
• Betreibermodelle …
• Verträge für Instandhaltung,
& Betrieb (Fokus auf LCC)
Maschinenhersteller
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Besipiel Verpackungstechnik – Welche Funktionen sind wichtig?
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Anforderungen an praktischem Beispiel
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Fokus des Maschinenherstellers:
• Sicherheit, Qualität der Herstellungsprozesse steigern• durch neue Konzepte einen Vorsprung in der
Wettbewerbsfähigkeit erreichen • Kundennutzen für den Betreiber
Luftmenge für Verpackungsprozesse
Monitoring der Verfahrzeit aller Zylinder
Ausführliche Diagnose für qualitäts-und prozessbestimmende Bewegungen
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1 Condition Monitoring des gesamten pneumatischen Systems(Druckluft und Durchflussüberwachung)
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1. Trends und Anforderungen
2. Diagnose in der Pneumatik – Systemansatz
3. Integration in Maschinenkonzepte
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Diagnosekonzept: Systemansatz für kundenspezifische Lösungen
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Systemdiagnose(Fehlerlokalisierung)
• Ventil oder Zylinder• Leckagedetektion
Monitoring(Störungserkennung)
• Druck, Durchfluss, • Luftverbrauch, Energie• Verfahrzeiten
Komponentendiagnose(Fehleridentifizierung)
•Last, Reibung• interne/ ext. Leckage• Drosselung•Schaltfehler
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Realisierung durch einen
Baukasten Diagnose
• Standard-Produktlösungen
• Kundenspezifische Lösungen auf Basis von Standardprodukten
• Servicelösungen
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Anwendung auf eine pneumatische Schaltung
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Endschalter
Ventil-steuersignale
pQDruck- und
Durchfluss-Sensor in der Versorgung
Monitoring
Grundgrößen
Fehlerlokalisierung
(Subsystem, Komponente)
Detaillierte
Fehleridentifizierung
Zusätzliche Sensorik
Fehleridentifizierung
Zusätzliche
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Toolkit – Stufe 3Toolkit – Stufe 2Toolkit – Stufe 1
• Weitere Funktionen, u.a. Leckagedetektion und Detaildiagnose für Antriebe und Ventile mit verdichteten Aussagen
• Basis - Konfiguration
• Weitere Schnittstellen
zu übergeordneten Systemen (Profinet …)
• Vollständige Diagnosebibliothek (mit Funktionen zur System-& Kompo-nentendiagnose)
• Visualisierung
• Komfortable Konfiguration
Das Festo Diagnosesystem für kundenspezifische Lösungen
• Standardfunktionen
(Druck, Volumenstrom, Luftverbrauch, Druckauf-bauzeiten, Hubzähler, Verfahrzeit Antriebe, …)
• Diagnose – Framework• Kundenspezifische
Funktionen nachrüstbar• Verschiedene Sensoren
• Profibus, OPC, Ethernet-Anbindung
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•Flexibel erweiterbareDiagnosebibliothek
•Fokus:Pneumatik-Applikationen(Montage- und Verpackungstechnik)
•Verknüpfung Produktentwicklung und Kundenprojekte
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Intelligente Remote IO Sensoren Anzeigen und Dialog
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Festo Energy Monitoring (GFDM)
• Druck- und Durchflussbestimmung
• Teach-In Funktionalität
• Zeit – und chargenabhängige Referenzen…
• Flexible Prozess- oder Zeittrigger
• Visualisierung von Status, aktuellen Werten …
Festo Energy Monitoring
Diagnose
Festo Energy Monitoring
Diagnose
Durchfluss-sensoren
Controllermit Software
Visualization
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Beispiel: Servopneumatische Schweißzange mit Diagnose
Eigenschaften
• Geregeltes System: Frei programmierbare
Öffnungsweite und Kraft für jeden Schweißpunkt
• Kompakter Controller,
geregelter Zangenausgleich
• Kein Prellschlag, Kompensation des
Kappenabrandes durch Referenzfahrt
• Verschiedene Bussysteme möglich
wie z.B. Interbus (LWL), Profibus DP…
Fehlererkennung und Diagnose
• Störungserkennung: Kommunikation,
Positions-, Druck- und Kraftüberwachung,
• Leckagedetektion, Luftverbrauchskontrolle
• Automatisches Teach-In und Referenzierung
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Beispiel: Verpackungsmaschine
Folienabzug
• Zylinder zum Anpressen der Transportriemen(Anpressdruck + Riemenverschleiß)
Quersiegelung mit Schnittmesser
• Backen Bewegung –elektrischer Antrieb
• Schnittmesser –pneumatischer Zylinder(Ermittlung Schnittzeit)
Kühlluft
• Ventil – Typ MPA(Kühlluftmenge)
Längssiegelung
• Zylinder zum Anpressen und zum Gegenhalten(Verfahrzeiten, Hubzähler)
Allgemein:
• Luftverbrauch, Energiemonitoring
• Betriebsdruckkontrolle• Ventilschaltung
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Inhalt
1. Trends und Anforderungen
2. Diagnose in der Pneumatik - Systemansatz
3. Integration in Maschinenkonzepte
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Integration in Maschinenkonzepte – Stufe 1
Separate Diagnose
• ohne Verbindung zum
Automatisierungs- und
Vernetzungskonzept der Maschine
• Meist für eine spezifische Technologie
und spezifischer Information
• Information vor Ort für
Maschinenbetreiber und
Instandhaltung
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Integration in Maschinenkonzepte – Stufe 2
Separate Diagnose
• ohne Verbindung zum
Automatisierungs- und
Vernetzungskonzept der Maschine
• Mehrere Technologien über einen
Diagnoserechner
• Informationen gebündelt vor Ort
und/oder übergeordnet für
Maschinenbetreiber und
Instandhaltung
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Integration in Maschinenkonzepte – Stufe 3
Visualisierung Maschinenpanel
PLC / Motion Control
Profibus
Pneumatikdiagnose
Ventilinsel mit Controller
Diagnoseergebnisse(Status, Werte …)
- Digital I/O der Ventile und Aktuatoren
- Prozesszustand, Befehle (Teach-In, …)
2. Luftverbrauch des Systems
(Durchflusssensor)
3. Verfahrzeiten der Aktuatoren
(Endschalter, Steuersignale)
4. Position und Druck der Abzugseinheit
(Positionssensor 50 mm und Drucksensor)
1. Systemdruck
(Drucksensor)
Diagnose – eingebunden in das Automatisierungskonzept derMaschine:
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Prinzipbild der Integration von Diagnose in die Maschine/Anlage
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Anlagensteuerung
Feldbus/Ethernet
Anlagenvisualisierung
1. Datenerfassung
Anschluss zusätzlicher Sensoren
2. Kalkulation und
Datenverdichtung
Diagnosecontroller
• im CPX-Terminal
• oder Stand-Alone
3. Datentransfer via
Feldbus/Ethernet
4. Visualisierung
und Langzeitdaten-
auswertung
(optional)
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Gewinnung, Verarbeitung und Nutzung von Diagnoseinformation
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Integration in übergeordnete Systeme (PLC, SCADA …)
• Standardplattformen
• Etablierte Schnittstellen
Verknüpfung der Daten für Maschinen- / Prozessdiagnose
Maschinenherstellers, Steuerungshersteller
MES/ ERP (Enterprise Resource Planning)• Fernzugriff• Instandhaltungssteuerung• Archivierung,
Dokumentation
Betreiber/ Instandhaltung/ Service
(Informationsbereitstellung für den Nutzer)
Hydraulische Antriebe
...
Pneumatische Antriebe
Komponenten- und Sensorhersteller
Elektrische Antriebe
Sensorrohdaten und verdichtete Daten aus Intelligenten Geräten
Mechanik
Weiteres …
Pneumatische Antriebe
Hydraulische AntriebeAntriebe
Elektrische AntriebeAntriebe
...
Mechanik
Weiteres …
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Diagnoseausrüstung Montageanlage – Langzeitdatenüberwachung
Luftverbrauch – Maximum (Zelle 3)