Produktion mit Netto-Null-CO2

Höhere Wirkungsgrade nutzen

Der Einsatz von effektiveren Steuerungen reicht bis hinunter zu einzelnen Stellgliedern und Motoren. Motoren machen etwa 70 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs in einer Prozessanlage aus. Bisher war es üblich, relativ ineffiziente Asynchron-Wechselstrommotoren in der industriellen Produktion einzusetzen, da sie geringere Investitionskosten verursachen und wartungsfreundlich sind. Neuere Motorentechnologien bieten einen weitaus höheren elektrischen Wirkungsgrad durch die Reduzierung von Problemen wie Schlupf sowie ein viel höheres Steuerungsniveau. Anstatt einen Wechselstrommotor durchgängig laufen zu lassen, um ein hohes Drehmoment für den Fall aufrechtzuerhalten, dass dieses benötigt und durch Ankuppeln mit einem Getriebe aufgenommen wird, kann ein elektronisch gesteuerter Synchronmotor so programmiert werden, dass er nur bei Bedarf startet und genau jenes Drehmoment bzw. jene Drehzahl liefert, das/die der Steueralgorithmus vorgibt. Der Einsatz von elektronischen Reglern und Motorantrieben von Anbietern wie Eaton und Maxon zahlt sich nicht nur durch einen reduzierten Stromverbrauch, sondern auch durch weniger Verschleiß und Wärme aus.

Kommunikation mit kurzer und großer Reichweite

Zu wissen, wann und wie Maschinen zu betreiben sind, ist ein zentraler Aspekt bei der Maximierung der Energie- und Materialeffizienz. Dabei rücken Industrie-4.0-Technologien in den Fokus. Ein wesentliches Element der Industrie-4.0-Architektur liegt in der Nutzung von Kommunikation mit kurzer und großer Reichweite, um lokalen Steuerungssystemen den Informationsaustausch zu ermöglichen. Solche Systeme können sicherstellen, dass Förderer nur dann aktiv sind, wenn Produkte von einem Ort zum anderen bewegt werden müssen, und dass Werkzeugmaschinen abgeschaltet werden können, wenn keine Teile verarbeitet werden müssen. Umgekehrt können sie in einen Bereitschaftszustand übergehen, kurz bevor ein neues Teil bei ihrer Produktionszelle ankommt.

Weit verteilte Sensoren und Rechenplattformen spielen eine zentrale Rolle beim Empfang von Daten aus der gesamten Produktionsumgebung und dabei, Entscheidungen – manchmal mit Unterstützung von Remote-Servern, basierend auf dem, was sie in Echtzeit wahrnehmen – zu treffen. Der zunehmende Einsatz von drahtlosen Protokollen wie Bluetooth, Wi-Fi und LoRaWAN erleichtert den Einsatz von Sensoren dort, wo sie am meisten gebraucht werden, sodass bestehende Werkzeugmaschinen und Systeme, die diese verwalten, Daten von immer mehr Geräten empfangen. Die Integration solcher Sensoren und Cloud-Unterstützung erfordert keine vollständige Überholung der Steuerungssysteme. In vielen Fällen können SPSen, die einzelne Werkzeugmaschinen verwalten, für viele Jahre geeignet sein. Sie können jedoch durch Industriecomputer ergänzt werden, die als Module zur DIN-Schienenmontage implementiert werden, um die Integration in die Werksumgebungen zu vereinfachen. Fortschrittliche SPSen wie jene von Industrial Shields und Kunbus können als leistungsfähigere Upgrades bestehender SPSen fungieren, wenn ausgeklügeltere Steuerungsalgorithmen erforderlich sind. Mittels Ethernet und ähnlicher Konnektivität mit hoher Bandbreite können Edge-Server Eingaben von den zahlreichen SPSen und Steuerungssystemen aufnehmen und in fortschrittliche Modelle integrieren, die eine enge Koordination in der gesamten Fertigungsstätte gewährleisten und Systeme im laufenden Betrieb aktivieren bzw. deaktivieren, sodass keine überschüssige Energie verschwendet wird.

Intelligente Sensoren: eine kritische Komponente

Dank des weit verbreiteten Einsatzes von Sensoren, die mit intelligenten Überwachungssystemen gekoppelt sind, ist es möglich, einen Maschinenbetrieb mit mehr Effizienz zu gewährleisten und Verschwendung zu vermeiden. Wenn die Systeme bei der Prüfung und Inspektion eine Abweichung von normalen Betriebsparametern feststellen, können die verantwortlichen Geräte außer Betrieb genommen und schnell überprüft werden. Auf diese Weise werden Verschrottungen und Nachbesserungen vermieden, die sich ansonsten negativ auf die Emissionsberichte auswirken und direkte Kosten für das Unternehmen verursachen würden.

Außerdem können Hersteller die Vorteile der vorausschauenden Wartung nicht nur nutzen, um sicherzustellen, dass Werkzeugmaschinen und andere mechanische Systeme mit maximaler Effizienz arbeiten, sondern auch dazu, die Wartung zu Zeiten zu planen, die sich in Bezug auf Ziele wie Kohlenstoffemissionen am besten eignen. Früher wäre die Entscheidung, Maschinen stillzusetzen, von traditionellen Arbeitsmustern geleitet gewesen. Heute hingegen kann ein Analyseprogramm bestimmen, dass die kostengünstigste Möglichkeit darin besteht, die Wartung genau dann zu planen, wenn kohlenstoffarme Energiequellen in einem geringeren Maß verfügbar sind als zu anderen Zeiten. Auf Erfahrung basierende KI-Modelle können die vielen Eingaben von Systemen in der Fertigungsstätte dazu nutzen, die beste Vorgehensweise zu bestimmen.

Datum:10. Oktober 2022

Autoren:Ankur Tomar, Regional Solutions Marketing Manager, Farnell GmbH

Themen: Technik, Cloud/Internet of Things, Industrie 4.0

Webseite: www.farnell.com

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