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Energieautarkes Condition Monitoring System - ECoMoS
Das Ziel des Verbundprojektes
ECoMoS ist es, eine
Entwicklungsunterstützung für
energieautarke, miniaturisierte
Funksensorknoten zu erarbeiten, die
auf extrem leistungsarmen Sensor-
und Funkarchitekturen für
Mikrosysteme sowie hocheffizienten,
autarken Energieversorgungen
basieren. Die gewonnenen
Erkenntnisse sollen dann für ein
Sensornetzwerk zur
Maschinendiagnose in einer
Papierfabrik praxisnah angewendet
werden, um die Architektur- und
Aufbaukonzepte sowie die
Entwurfsmethodik zu verifizieren.
The goal of the cooperative project
ECoMoS is the development of a
design environment for
self-sufficient, miniaturised radio
sensor nodes based on ultra
low-power sensor and radio
architectures for micro systems as
well as highly efficient energy
supplies. The gained knowledge will
be used to realise a sensor network
for condition monitoring in a paper
factory in order to verify the
architecture, the assembly
conceptions and the design methods.
Ausgangslage
Condition Monitoring hat im letzten
Jahrzehnt wesentlich zum Erfolg des
deutschen Maschinen- und
Anlagenbaus beigetragen. Aufgrund der
Kosten wurde Sensorik jedoch nur dort
eingesetzt, wo sie unumgänglich war.
Fortschritte in den Bereichen der
Mikroelektronik und der Mikrointegration
erlauben die Realisierung kleinster
wartungsfreier energieautarker
Funksensoren, die die Messtechnik
revolutionieren werden. Damit eröffnet
sich die Möglichkeit, Informationen an
unzugänglichen Orten zu erfassen. Die
sonst erforderlichen
Verdrahtungsarbeiten können entfallen.
Als Anwendung wird ein
Sensornetzwerk realisiert, welches in
Papierfabriken zur
Maschinenüberwachung eingesetzt
werden soll. Solche autarken Condition
Monitoring Systeme stehen auf dem
Wunschzettel vieler Betreiber von
Industrieanlagen. Die Hebelwirkung
durch die Verfügbarkeit derartiger
Systeme reicht von neuen
Geschäftsfeldern für den Anlagenbau
mit erweiterten
Dienstleistungskonzepten bis hin zum
besseren Verständnis technischer
Systeme.
Projektziele
Die Partner des Verbundvorhabens
ECoMoS haben sich zur Aufgabe
gestellt, ein autarkes Mikrosystem zu
entwickeln und aufzubauen, welches -
leistungsarm Messdaten erfasst und
verarbeitet, - robuste Kommunikation in
gestörten Funkkanälen gewährleistet, -
bei geringen Abmaßen Energie wandelt
und aufbereitet, - modular und
zuverlässig für raue Umgebungen
aufgebaut ist. Zur Problemlösung
wurden folgende Projektziele
identifiziert: 1. Leistungsarme
Messdatenerfassung und -verarbeitung:
Um die Größe eines Mikrosystems mit
eigener Energieversorgung überhaupt
zu erreichen, werden Komponenten der
Mikrosensorik und der
Datenaufbereitung hinsichtlich
besonders kleiner Leistungsaufnahmen
im Mikrowatt-Bereich ausgewählt.
Geeignete Messmethoden werden
entwickelt und erprobt. 2. Robuste
Funkkommunikation: Es soll eine
Funkübertragung umgesetzt werden,
wobei neben einer geringen
Leistungsaufnahme und einem hohen
Miniaturisierungspotenzial die
Realisierung einer drahtlosen
Kommunikation in stark gestörten
Industrieumgebungen im Vordergrund
steht. 3. Hocheffiziente
Energiewandlung und -aufbereitung: Es
werden Architekturkonzepte für autarke
Energieversorgungen erarbeitet, die
sich aufgrund der Energieeffizienz und
des Miniaturisierungspotenzials für
energieautarke Funksensorsysteme
besonders eignen. Dazu werden
modellbasierte Simulationen
durchgeführt und in Testaufbauten
verifiziert. 4. Modulare Aufbau- und
Verbindungstechnik: Zur kompakten
Integration der heterogenen
Komponenten eines energieautarken
Condition Monitoring Systems sollen die
Aufbaukonzepte betrachtet werden, die
eine hohe Zuverlässigkeit in rauen
Umgebungen bieten und kostengünstig
gefertigt werden können. 5. Verteilte
Maschinenüberwachung: Ausgehend
von den vorangegangenen Arbeitszielen
sollen die Forschungsergebnisse für ein
Condition Monitoring System zur
Maschinenüberwachung in
Papierfabriken angewendet werden.
Neben der Erarbeitung der
entsprechenden Architektur- und
Aufbaukonzepte sollen
Entwurfsverfahren und -werkzeuge
entwickelt werden, die eine Bestimmung
der technisch, ökonomisch und
ökologisch effizientesten Lösung
hinsichtlich der autarken
Energieversorgung und der
Mikrosystemarchitektur je nach
geforderter Funktionalität ermöglichen.
Parallel zur Verifikation der
Forschungsarbeiten soll aufgezeigt
Energieautarkes Condition Monitoring System (ECoMoS). Stand: 11.08.2008
werden, dass derzeit Sensornetzwerke,
basierend auf energieautarken
Funksensoren, in vielen
Industrieanwendungen eine
kostengünstige Alternative darstellen
können. Dies wird am Beispiel der
Maschinendiagnose in Papierfabriken
aufgezeigt, wo entsprechende
Schwingungsanalysen oftmals mit
mobilen Messgeräten und nur in
längeren Abständen durchgeführt
werden. Bei der Verwendung eines
stationären Condition Monitoring
Systems ist eine aufwändige
Verkabelung nötig, weil die Systeme
eine Leistungsaufnahme von einigen
100mW benötigen und sich die
Funkübertragung bisher als teuer und
störanfällig erwies. Eine Beseitigung
dieser Anwendungshemmnisse ist
daher ein wichtiger Aspekt der hier
vorgeschlagenen Projektarbeit.
Ergebnistransfer
Messeauftritte, Veröffentlichungen, der
Abschlussbericht und ein Internetauftritt
werden zur Darstellung aktueller
Projektergebnisse eingesetzt. Dazu
gehört auch eine Erstellung von
Entwicklungsleitfäden zur Erläuterung
der erarbeiteten Entwurfsverfahren und
-werkzeuge. Außerdem soll ein
Kompetenzzentrum für kleinere und
mittlere Unternehmen entstehen. Das
innerhalb des Projektes erarbeitete
Wissen, die Ergebnisse und
Firmenkompetenzen sollen dann
gebündelt für Anwender verfügbar sein.
Förderung des Projektes imRahmenprogrammMikrosysteme (2004-2009):Bundesministerium für Bildung und
Forschung
Heinemannstraße 2
53175 Bonn
Projektbetreuung:im Auftrag des BMBF
VDI/VDE Innovation + Technik GmbH
Herr Johannes Rittner
Steinplatz 1, 10623 Berlin
Telefon: +49 30 310078-230
Fax: +49 30 310078-223
E-Mail: [email protected]
Projektkoordinator:GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose
mbH
Dr.-Ing. Rainer Wirth
Köpenicker Str. 325, Haus 40
12555 Berlin
Telefon: +49 30 6576-2565
Fax: +49 30 6576-2564
E-Mail: [email protected]
Projektpartner:• GfM mbH, Berlin
• ScatterWeb GmbH, Berlin
• Elbau GmbH Berlin, Berlin
• FhG IZM, Berlin
• Converteam GmbH, Berlin
• Baumer Hübner GmbH, Berlin
• imc Meßsysteme GmbH, Berlin
• TU Berlin, Berlin
Förderkennzeichen:16SV3373
Projektlaufzeit:01.09.2008 bis 31.08.2011
Gesamtprojektkosten:ca. 4,4 Mio Euro