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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Volumenstrom- und Luftverbrauchsanalyse einer Anlage

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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

Fun

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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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TS/Albrecht Winter Diagnose 22. April 2009

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)

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!