Höhere Anlageneffizienz und mehr Profitabilität sowie proaktive Maßnahmen zur Vermeidung von Stillständen und verbessertes Monitoring – diese Versprechen werden durch die Anwendung von neuen Technologien wie Smart Sensors, Big-Data-Analyse und Visualisierung mit Virtual Reality und Augmented Reality zur Realität. Insbesondere zur Bedienerschulung und für On-Time-Support sind Virtual und Augmented Reality in der Lage, die benötigten technischen Informationen und Hilfestellungen punktgenau zu liefern – an der Maschine, im Prozess oder in der Anlage.
Andritz ist mit den digitalen Steuerungssystemen Metris addIQ (addIQ-Steuerungssysteme sind Teil von Metris, der Andritz-Technologiemarke für digitale Lösungen) Vorreiter bei den IIoT-(Industrial Internet of Things)-Lösungen für Anlagen und Systeme zur Fest-Flüssig-Trennung. Zu den Metris-Technologien zählen IIoT-Lösungen sowie alle Arten von Smart Services, die exakt auf individuelle Anforderungen zugeschnitten werden und die physische Welt mit der digitalen verknüpfen können. Metris-Technologien verbinden die Anlagenbediener untereinander sowie mit Andritz-Experten und bilden die Basis für das Portfolio an digitalen Lösungen im Bereich der Fest-Flüssig-Trennung. Diese Verbindung führt nicht nur zu einer professionellen Aufbereitung der erhobenen Daten zur Verbesserung der Anlagenleistung, sondern ermöglicht den Anlagenbedienern, Business Intelligence erfolgreich anzuwenden und umzusetzen.
Kommunikation mit der Maschine
Industrie 4.0 ist stark kommunikativ: Es kommunizieren nicht nur die Bediener untereinander bzw. mit ihren Maschinen, sondern auch die einzelnen Maschinen innerhalb einer Anlage miteinander, mit ihrem Bediener und mit dem World Wide Web. Menschen sind dabei nicht die einzigen, denen Fehler durch Missverständnisse unterlaufen. Bedienfehler passieren aber häufig auch dadurch, dass die Bediener Probleme mit der Eingabe der korrekten Befehle für die Maschine oder Anlage haben. Andritz hat dieses Problem erkannt und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI – Human Machine Interface) optimiert, was zu deutlich höherer Benutzerfreundlichkeit führt, beispielsweise durch die Berücksichtigung von Faktoren wie Fehlsichtigkeit oder ob der Bediener rechts- oder linkshändig ist. Darüber hinaus bietet das HMI eine Reihe weiterer Features wie Konzepte für den Umgang mit Diversität des Personals, kulturelle Anforderungen, Dashboards, mobile Anbindung, strukturierte Benutzerzugriffsregelung für das Personal und eine mehrsprachige Benutzerschnittstelle.
Kommunikation mit der Cloud
Wenn man das Konzept von Kommunikation in der Welt von IIoT eine Stufe weiter treibt, ergeben sich weitere Möglichkeiten: Die Anlage kann beispielsweise die Dienste des World Wide Web nutzen, um mit ihren Bedienern zu kommunizieren, unabhängig von deren momentanem Aufenthaltsort. Metris addIQ-Monitoring verfolgt diesen Ansatz, indem es die zuvor vom Anlagenbediener definierten, wichtigsten Prozessparameter – von einer Einzelmaschine oder Gesamtanlage – anzeigt und diese Parameter dann durch den simultanen Einsatz von Metris addIQ Connect mit einer sicheren Daten-Cloud verknüpft. Metris addIQ Monitoring bietet nicht nur die Möglichkeit, die Parameter online hochzuladen, um den Bedienern mit Internetzugang rund um die Uhr von jedem Ort der Welt Zugriff zu geben, sondern auch eine automatische E-Mail-Benachrichtigungsfunktion für die kritischsten Prozessalarme. Da die reine Benachrichtigung die Problemsituation an sich noch nicht löst, ermöglicht die Kombination der Lösungen auch Fernunterstützung für alle Situationen, in denen rasches Handeln gefragt ist, bildlich gesprochen: eine Kombination aus einem Security-Monitoring-System für den Bediener und einer Online-Chat-Funktion für Notfälle aus der Anlagenperspektive. Metris addIQ Optimizing knüpft an diese Idee an, um die Anlagenleistung auf der Basis der gesammelten Daten und menschlicher Kompetenz zu steigern. Das Analysetool identifiziert Chancen zur Verbesserung der Anlagenleistung und Produktionssteigerung, indem es Trendanalysen von Langzeitdaten mit Analysesoftware kombiniert, die Informationen über jeden Regelkreis, Regelventil, Motor und Prozessvariablen erhebt und analysiert. Prozessparameter mit der Möglichkeit zur Leistungssteigerung werden identifiziert und ihr wirtschaftlicher Effekt vorhergesagt, bevor die Andritz-Spezialisten gemeinsam mit der Betriebsmannschaft und mit dem Instandhaltungsteam die Verbesserungspotenziale priorisieren und den Prozess dort korrigieren, wo es Bedarf gibt.
Selbstorganisierende Prozesse
Die Metris-addIQ-Steuerungssysteme leisten das Versprechen, Maschinen „IQ hinzuzufügen“, sie also sozusagen mit einem Gehirn zu versehen und intelligenter werden zu lassen. Und nein – das ist keine Beschreibung der Handlung eines modernen Science-Fiction-Films, sondern eine erprobte Lösung mit großem Potenzial für Qualitätskontrolle, nachhaltige Verfahren und die Effizienz der gesamten Lieferkette. Während die mit IIoT verbundenen Schlagwörter nun bereits mehrere Jahre im Umlauf sind, wurde eine wachsende Anzahl von Maschinen mit den Systemen ausgestattet. Damit gibt es immer mehr Referenzprojekte, die die Vorteile dieser Technologie demonstrieren. Eines davon ist eine Abwasseraufbereitungsanlage in Südeuropa, in der das automatisierte Polymermess- und Dosiersystem Metris addIQ Rheoscan installiert wurde.
Vor der Installation des Systems mussten zahlreiche Anforderungen erfüllt werden. Die wichtigste davon war die Verringerung des Polymerverbrauchs am Bandeindicker, um zumindest 5 % Trockengehalt am Ende des Eindickers zu erzielen. Dieses Kriterium musste trotz eines herausfordernden Betriebs mit hochdynamischer Konsistenz des einlaufenden Schlamms erfüllt werden. Nach dem Einsatz von Metris addIQ Rheoscan betrugen die jährlichen Polymereinsparungen schließlich 33,8 % in der Eindickungsphase, dazu kamen 16 % Polymereinsparungen in der Entwässerungsphase und ein Anstieg der Biogasproduktion um 11,7 %. Das voll automatisierte System führt auch zu einem reduzierten Kontrollbedarf und höherer Leistung bei gleichzeitig verringerter Polymerdosierung im Faulbehälter, Anstieg der Biogasproduktion und verringertem Polymerverbrauch beim Entwässerungsprozess mit Zentrifugen.
Die Anlage als Hellseher
Da Maschinen- und Anlagenstillstände von jedem Produktionsbetrieb gefürchtet werden, ist eine Prognose, wann Fehler auftreten könnten, ein wahrer Segen. IIoT-Lösungen verfolgen genau dieses Ziel, indem sie sich die bisherigen Erfahrungen und Daten zunutze machen und diese Daten miteinander verknüpfen und analysieren, um daraus ein zukünftiges Auftreten von Problemen vorherzusagen. Ein Element dieser prädiktiven Lösung sind smarte Sensoren. Zusätzlich zu den herkömmlichen Sensoren nutzen smarte Sensoren auch Mikro- und Funksensoren dazu, immer detailliertere, für die Betriebsoptimierung relevante Maschinen- und Anlagendaten aus vordefinierten Bereichen zu sammeln. Die Datenerhebung durch Metris addIQ Monitoring alleine ist aber nicht ausreichend. Zusätzlich sind wichtige Informationen herauszufiltern, zu analysieren und zu interpretieren – insbesondere dann, wenn es um die Verarbeitung großer Datenmengen geht. An dieser Stelle kommen Big-Data-Analysen ins Spiel, die die gewonnenen Daten dazu verwenden, Abweichungen auf Basis des gewonnenen Materials vorherzusagen. Dies wiederum liefert die Grundlage für Metris addIQ Optimizing, ein Tool zur prädiktiven Wartung mithilfe der verwendeten Sensorik und der Datenanalysen. In der Folge kann der Bedarf an Servicemaßnahmen frühzeitig erkannt werden, ohne Anlagenstillstände zu riskieren.
Intelligente Filterpresse
Ein konkretes Projekt, das im Zusammenhang mit IIoT Erwähnung finden soll, ist die intelligente Filterpresse von Andritz, eine Maschine, die viele der bereits genannten Automatisierungslösungen vereint. In vielen Prozessen benötigt der Filterkuchen einen bestimmten Sollfeuchtegehalt und genau an dieser Stelle kommt die Intelligenz der Filterpresse und ihres Metris-addIQ-Steuersystems ins Spiel. Die intelligente Filterplatte in der Presse ist in der Lage, den Restfeuchtegehalt im Kuchen zu messen und ermöglicht gleichzeitig auch Online-Monitoring. Somit kann die Filtrierung zum idealen Zeitpunkt beendet und wertvolle Zykluszeit, gleichbedeutend mit Produktionskapazität, gewonnen werden. Die Anlage ist in der Lage, einen homogeneren Restfeuchtegehalt im Filterkuchen zu erzielen, mit dem für einen gleichmäßigeren Energieverbrauch im thermischen Entwässerungsprozess gesorgt wird. Smarte Sensoren rund um die Filterpresse ermitteln zusätzlich alle relevanten Betriebsdaten und ein ausgeklügeltes Datenanalyse-Tool verwandelt diese in betriebsrelevante Informationen. Das Metris-addIQ-Steuerungssystem überwacht den Verschmutzungsgrad der Filterplatten, indem nicht nur der hydraulische Druck und der Förderdruck, sondern auch die Fördertemperatur gemessen, gesteuert und bei Bedarf angepasst werden. Andere Messwerte werden von Metris addIQ Monitoring beigesteuert. So bleiben die Anlagenbetreiber rund um die Uhr und in aller Welt über den Zustand der Maschinen und Anlagen informiert.
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Autor: Jürgen Kern
Head of Global Separation Automation,
Andritz
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