Stephan Sagebiel, Leitung Industrie Management Prozess. Modernisierung von Großanlagen Fit für die Wartung 4.0?

(1)

Modernisierung von Großanlagen – Fit für die Wartung 4.0 ?

Stephan Sagebiel, Leitung Industrie Management Prozess

(2)

§ Vermeidung von ungeplanten Ausfällen

§ Monitoring von kritischen Assets

§ Motoren, Apparate, Ventile…

§ Erhöhung der Anlagen- / Personensicherheit

§ Monitoring von Handventilen, Notduschen

§ IT-Security, Ex-schutz, Functional Safety

§ Effizientere / fehlerfreie Wartung

§ Papierlose Wartung / Mobile Worker

§ WLAN Infrastruktur

§ RFID-Markierung

Modernisierung und Digitalisierung

Was kann Phoenix Contact bei Großanlagen tun?

2

§ Verkürzung von Anlagenstillständen

§ Erneuerung der Leit- / MSR Technik

§ Migrationskonzepte

§ Platzsparende Leitsystemanbindung

§ Rangieren, Trennen, Versorgen etc.

§ Verkürzung von Time-2-Market

§ MTP für Feinchemie / Pharma

(3)

Buzz-Wörter

§ Digitaler Zwilling

§ Predictive Maintenance

§ Neue Geschäftsmodelle

§ Agilität

§ Cloud-Computing

§ Augmented Reality

§ Künstliche Intelligenz

§ Time 2 Market

§ Blockchain

§ …

Was bringt die Digitalisierung der Großindustrie?

Hype und Verwirrung

3

Einfluss auf

§ Vertrieb

§ Forschung

§ Logistik

§ Instandhaltung

§ Engineering

§ …

(4)

4

Anforderungen der Großindustrie

Theorie und Praxis

§ Kontinuierliche Prozesse

§ Störungsfreier Betrieb

§ Stillstände alle 5 Jahre

§ vs.

§ Ungeplante Ausfälle

§ Nötige Modernisierungen

§ Änderungen / Erweiterungen

§ Gesetzliche Neuerungen

§ SIL / Ex / ISO 50001

(5)

Der Wunsch nach Transparenz

§ Hier:

§ „Alles im grünen Bereich“

Anlagenübersicht

Status auf einen Blick

5 Quelle: Fieldbus.org

Statusgruppen der NAMUR - NE 107

Anlage 1

Anlage 3

Anlage 5

Anlage 2

Anlage 4

Anlage 6

(6)

§ Anlage 3: Wartung planen

Anlagenübersicht

Anlage 1

Anlage 3

Anlage 5

Anlage 2

Anlage 4

Anlage 6

(7)

§ Pumpe P65: Stromaufnahme zu hoch

§ Empfehlung: mechanisch kontrollieren in spätestens 2 Wochen

Wartungsauftrag anlegen

Übersicht Anlage 3

(8)

§ Anlage 6: Stillstand - Fehler

Anlagenübersicht

Anlage 1

Anlage 3

Anlage 5

Anlage 2

Anlage 4

Anlage 6

(9)

§ Anlage 6: Stillstand - Fehler

§ Ventil 17: Schliesst nicht

§ Empfehlung: Luftzufuhr prüfen - Sofort Wartungsauftrag anlegen

Übersicht Anlage 6

(10)

Ziel: Transparenz zur Reduzierung ungeplanter Ausfällen Schritte:

§ Kritische Assets identifizieren

§ Kritische Assets überwachen / Daten sammeln

§ Vorhersagen über mögliche Ausfälle treffen

Instandhaltung – Maintenance 4.0

Fokussierung

10 Quelle: NAMUR Hauptsitzung 2015, Hr. Schlichtmann, Fa. BASF

(11)

Ziel: Transparenz zur Reduzierung ungeplanter Ausfällen Schritte:

Betrachtung im Folgenden:

Motore+Pumpen

Ventile Transmitter

Instandhaltung – Maintenance 4.0

Fokussierung

11

(12)

Schritte:

Wie kann die Überwachung realisiert werden?

Wie kommt man an die Daten?

Instandhaltung – Maintenance 4.0

Fokussierung

12

(13)

NOA – NAMUR Open Architechture

§ Rückwirkungsfreiheit – „Datendiode“

§ OPC UA als Autobahn

§ Analyse / Mehrwertdienste

§ Rückmeldung / Empfehlung à Vom Feld in die Cloud

Nutzen von (quasi) Standards

13

Umsetzung

Beliebiges Asset

Management

Automatisierungs- pyramide Zweiter Kanal

- Regelt den Prozess - Hochverfügbar

(14)

Schritte:

§ Die Aufgabe:

§ Sensor in die Cloud !

§ Pumpe in die Cloud !

14

Instandhaltung - Maintenance 4.0

Beliebiges Asset Management

(15)

Schritte:

§ Die Aufgabe:

§ Sensor in die Cloud !

§ Pumpe in die Cloud !

15

Instandhaltung - Maintenance 4.0

(16)

Monitoring von Motoren / Pumpen

Konkretisierung

16

§ Erfassung der Motor-Betriebswerte

§ Elektr. Strom: Wirkleistung und cos PHI

§ Schwingungen

§ Temperaturen

§ Drücke (Vor / hinter der Pumpe)

§ Durchfluss

Mechanische

Arbeiten im Feld nötig - Kabel ziehen

- Sensoren anbringen - Ausschalten

Kontaktlos über Stromwandler im Schaltraum

(17)

Monitoring von Motoren / Pumpen

Konkretisierung

17

§ Schwingungen

§ Temperaturen

§ Drücke (Vor / hinter der Pumpe)

§ Durchfluss

Feld Bis1500mSchaltraumLeitwarte

Junction Box

DCS / SPS

Mechanische

Arbeiten im Feld nötig - Kabel ziehen

- Sensoren anbringen - Ausschalten

Kontaktlos über Stromwandler im Schaltraum

Schütz

(18)

Wirkleistungsverlauf bei Fehlern

Pumpen-Anwendungen

18

Luftblase Trockenlauf

Verstopfung

Verschmutzung à Schleichende

Überlast

Hindernis

Schmutz

Verschleiß

Normalbetrieb

(19)

Monitoring von Motoren / Pumpen

Konkretisierung

19

§ Über Stromwandler

§ Möglich für

§ Drehstrommaschinen

§ 230 V / 400 V / 500 V / 690 V

§ In Kombination mit

§ Direktschaltung / Schütz

§ Frequenzumrichter

§ Motor Control Center (MCC)

§ Übertragung in überlagertes System

§ Cloud, MES, DB, Asset Mgmt

§ Rückwirkungsfreiheit sicher gestellt

SchaltraumLeitwarte

Junction Box Schütz

DCS / SPS

Feld Bis1500m

Motor Control Center (MCC)

oder oder Frequenz-

umrichter (FU) Beliebiges Asset

Management

z.B.

OPC UA Oder MQTT

Pumpe 1 Pumpe 2 Pumpe n

Stromwandler

(20)

Am Beispiel: Instandhaltung – Maintenance 4.0

Fokussierung

20

Schritte:

§ Pumpen / Motoren

§ Ventile / Transmitter

(21)

Monitoring von Transmittern / Ventilen / Positioner

Konkretisierung

21

Bestandsaufnahme:

§ Welche Technologie ist verbaut? HART / Profibus etc.?

§ Typisch: HART: 80%, Feldbus: 20%

§ Wie erfolgt die Erfassung von Daten

§ HART: Wireless oder per Multiplexer?

§ Profibus: Master 2. Ordnung

§ Foundation Fieldbus: FF Gateway

§ Transport der Daten in ein Zielsystem

§ Vorhandene Cloud? Datenbank?

§ Asset Management System?

(22)

§ Hersteller, Typ, Serialnummer, HW, SW, FW Version

§ Tag-Name

§ Gasblasen in der Flüssigkeit

§ Korrosion an den Elektroden

§ Zus. Messgrößen (Leitfähigkeit / Temp. / Dichte)

§ Beschädigung der Auskleidung

§ Elektrodenbelag

§ Kurzschluss der Elektroden (durch metallische Partikel)

§ Externe EMV-Störungen

§ Teilfüllung / Einbaulage

Was geben die Daten her?

Geräteparameter - Sensor

22

µs / °C…

Beule

Abrasion Diffusion

Chemisch thermaler Angriff

Vakuum

Quelle: Krohne Messtechnik

(23)

§ Hersteller, Typ, Serialnummer, HW, SW, FW Version

§ Tag-Name

§ Abfahren spezieller Kennlinien

§ Partial Stroke Test

§ Minimales Öffnen/Schliessen des Ventils zur Vermeidung von Blockaden durch Verrostung oder Verkrustung

§ Messung von Haftreibung und Totzone

§ Verschiebung der End-Anschläge

§ Durch Ventilsitzverschleiß / Ablagerungen

§ Bildung des Wegintegrals

§ Alarmzähler / Ventilstellzeit

§ Antriebsleckage

Was geben die Daten her?

Geräteparameter - Aktor

23

Quelle: Siemens

(24)

Monitoring von Transmittern / Ventilen

Konkretisierung

24

§ Z. B. Erfassung der HART Daten per

§ Multiplexer

§ Verdrahtungsaufwand / Platzbedarf

§ Langsam, da ein Kanal nach dem anderen abgefragt wird

§ IP Gateway

§ Verdrahtungsaufwand / Platzbedarf

§ Vergleichsweise schneller Zugriff auf alle Teilnehmer gleichzeitig

§

§ Geringer Verdrahtungsaufwand

§ Richtig Langsam! Teuer!

DCS / SPS

Transmitter Ventil

Rangier- ebene Interface

Ebene

Junction Box

(25)

Konkretisierung

25

§ Erfassung der HART-Daten per IP Gateway

§ Abgreifen der HART Daten aus dem 4…20mA Loop

§ Zwischen IO Karte und Interface-/ Rangierebene

§ Ansprechen mit unterschiedlichen HART Kommandos

§ Rückwirkungsfrei durch Zugriffsbeschränkung auf „lesend“

§ Sammlung / Verdichtung der Daten und…

§ Bereitstellung

§ per OPC UA

§ Oder Schreiben in Phoenix Contact ProfiCloud

§ Oder in andere Clouds / Datenbanken

§ In Ethernet Netzwerk oder per Mobilfunknetz

Monitoring von Transmittern / Ventilen

DCS / SPS

Transmitter Ventil

Ebene

Junction Box

z.B.

OPC UA Oder MQTT

Loop 1 Loop 2 Loop n

Zugriff auf

„Lesend“

beschränkbar

(26)

Konkretisierung

26

§ Erfassung der HART-Daten per

§ Aufbau der WirelessHART Infrastruktur / Clusterbildung

§ Abgreifen der HART Daten per WirelessHART Adapter am Transmitter / Positioner

§ Ansprechen mit unterschiedlichen HART Kommandos

§ Rückwirkungsfrei durch Zugriffsbeschränkung auf „lesend“

§ Sammlung / Verdichtung der Daten und…

§ Bereitstellung

§ per OPC UA

§ Oder Schreiben in Phoenix Contact ProfiCloud

§ Oder in andere Clouds / Datenbanken

§ In Ethernet Netzwerk oder per Mobilfunknetz

Wireless HART Gateway

Monitoring von Transmittern / Ventilen

DCS / SPS

Transmitter Ventil

Ebene

Junction Box

Zugriff auf

„Lesend“

beschränkbar

z.B.

OPC UA Oder MQTT

WirelessHART WirelessHART

Adapter Adapter

(27)

Schritte:

§ Pumpen / Motoren

§ Ventile / Transmitter

Was machen wir jetzt mit den Daten?

Am Beispiel: Instandhaltung – Maintenance 4.0

Fokussierung

27

(28)

Digital Twin – As Built

Nutzung der Daten

28

CAE L015 T345 F035

……

§ Der Bestand der installierten 4…20mA Geräte weicht nach kurzer Zeit stark von den früher geplanten ab

§ Probleme:

§ Fehlerplanung bei der Lagerhaltung

§ Vorhaltung der falschen Herstellerdokumentation

§ Versionsunterschiede bei der Integration / Parametrierung

§ Fehlleitung von Abkündigungs- Änderungsinfos

§ Falsche Rückschlüsse für Betriebsbewährung

§ …..

(29)

Digital Twin – As Built

Nutzung der Daten

29

§ Flächendeckende HART Anbindung ermöglicht „digitales Abbild“ und Vergleich der Planungsdaten aus CAE System mit Bestandsliste der installierten Geräte

TAG CAE-Tool IST-Daten

Level 081 Vega xyz E&H abc Serial 247476 Serial 78258379 Version HW01 / SW03 Version HW02 / SW06 Auflösung x-y Auflösung d-e

Flow 054 Krohne rtz Rosemount htg

Serial …. ……

…… ……

Bessere Datenqualität == bessere Instandhaltung

(30)

Die richtige und die falsche Wartung?

§ Feste Instandhaltungsintervalle sind Pflicht bei sicherheitsrelevanten Einrichtungen

§ Sie können aber

§ bei zu später Einplanung Geld kosten …zum Ausfall führen

§ Pumpen werden daher oft größer ausgelegtà Hohe Anschaffungs- und Energiekosten

§ Aber: Auch zu kurze Intervalle kosten Geld …verringern die Produktionszeit == Menge

Optimierung der Instandhaltung

Nutzung der Daten

30

Quelle: NAMUR Hauptsitzung 2015, Hr. Schlichtmann

(31)

§ Die Grundidee

§ Auf Basis von vergangenen Fehlern lernt ein Algorithmus, welche Anzeichen auf den Fehler hingedeutet haben und wendet dies auf heutige Daten an, und gibt dem Maintenance Team frühzeitig Bescheid

§ Z.B. ein bestimmter Stromverlauf eines Motors weißt auf schleichende Schwergängigkeit eines Lagers hin

§ Problem dabei:

§ Wie beim Wetter hängt an einer Vorhersage eine mathematische Wahrscheinlichkeit

§ Die Entscheidung muss der Mensch == Betreiber treffen à Wie zuvor: „zu früh“ ist genauso teuer wie „zu spät“

Vorhersagen treffen – Prädiktive Instandhaltung

Nutzung der Daten

31

Temperatur: 14-16 °C Niederschlagmenge: 10L/m² Regenwahrscheinlichkeit: 70 %

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§ Vermeidung von ungeplanten Ausfällen

§ Monitoring von kritischen Assets

§ Motoren, Apparate, Ventile…

§ Erhöhung der Anlagen- / Personensicherheit

§ Monitoring von Handventilen, Notduschen

§ IT-Security, Ex-schutz, Functional Safety

§ Effizientere / fehlerfreie Wartung

§ Papierlose Wartung / Mobile Worker

§ WLAN Infrastruktur

§ RFID-Markierung

Modernisierung und Digitalisierung

Was kann Phoenix Contact bei Großanlagen tun?

32

§ Verkürzung von Anlagenstillständen

§ Erneuerung der Leit- / MSR Technik

§ Migrationskonzepte

§ Platzsparende Leitsystemanbindung

§ Rangieren, Trennen, Versorgen etc.

§ Verkürzung von Time-2-Market

§ MTP für Feinchemie / Pharma

(33)

§ Papierlose Wartung

§ Laufzettel und Handbücher am Mobilgerät

§ Virtuelle Realität

§ Reparaturen und Rundgänge etc. vorher üben

§ Angereicherte (augmented) Realität

§ Die richtigen Hinweise an der richtigen Stelle

§ Hände frei zum Arbeiten

Beispiel:videolink

Mobile Maintenance

Nutzung der Daten

33

(34)

Netzwerkabdeckung

Zusätzliche Grundlagen für Maintenance 4.0

34

§ Stabiles WLAN als Basis

§ Fragestellungen:

§ Liegt bereits Ethernet?

§ Netzwerk über die IT verwalten lassen?

§ „eigenes“ Produktionsnetzwerk aufbauen und verwalten?

§ Video link

§ IT-Sicherheit bei Verbindung mit Systemen?

§ Topologien? Kosten?

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„digitale“ Anlagenmarkierung

35

§ Manuelles Ablesen der Anlagenkennzeichen birgt Gefahren

§ à Falsches Rohr angeflext etc.

§ Systembasierte Identifikation per…

§ Barcode

§ QR code

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Dienstleistungen im Projekt

Modernisierung und Digitalisierung

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Konzept, Planung Basic Engineering Detail Engineering Installation & Inbetriebnahme After-Sales-Services

• Schulung

• Hotline

• Support

• Wartung

• Bau und Montage

• Inbetriebsetzung

• Schlüsselfertige Übergabe

• Schaltplanerstellung mit CAE-System

• Bau der Hardware

• Softwareimplementierung

• Funktionstest

• Lastenhefterstellung

• Pflichtenhefterstellung

• Hardwareplanung

• Software-Engineering

• Projektmanagement

• Bestandaufnahme

• Konzepterstellung

• Hardwareplanung

• Kosten- und Terminplanung

§ Monitoring von kritischen Assets Pumpen, Apparate

§ Aufbau des Digitalen Zwillings für MSR Kreise

§ Aufbau einer Netzwerk / WLAN Infrastruktur

§ Etablierung der digitalen Markierung

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„digitale“ Anlagenmarkierung

37

§ Systembasierte Identifikation per…

§ Barcode

§ QR code

§ RFID

§ …als Marker für Augmented Reality

§ …verhindert Eingabefehler

§ …führt / dokumentiert Kontrollrundgänge

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