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Industrie 4.0 Aktorik im vernetzen Umfeld von Industrie 4.0

| Redakteur: Jan Vollmuth

Moderne industrie-4.0-fähige Geräte müssen über die Fähigkeit zur Kommunikation, Selbstdiagnose und Prozessdiagnostik verfügen. Dies gilt bereits für die Ebene der elektronischen Bauteile wie Leistungssteller und PID-Regler.

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Intelligente Regler wie beispielsweise die PID-Regler von Gefran erfassen Geräte- und Prozessdaten und regeln permanent die Ist- mit den Sollwerten ab.
Intelligente Regler wie beispielsweise die PID-Regler von Gefran erfassen Geräte- und Prozessdaten und regeln permanent die Ist- mit den Sollwerten ab.
(Bild: Gefran)

Der Traum von Industrie 4.0 ist eine schöne neue Welt mit massenindividualisierten Produkten und Maschinen, die im Internet der Dinge miteinander kommunizieren. Sie passen sich autonom an veränderte Randbedingungen an, rekonfigurieren sich selbst, informieren sich gegenseitig über ihren aktuellen Zustand und bestellen gegebenenfalls selbständig den Monteur.

Reibungslos zusammenarbeiten

Eine beeindruckende Vorstellung und eine Unmenge an Daten, die verwaltet werden muss. Steigende Flexibilität, Adaptionsfähigkeit und Selbstoptimierung sowie die unterschiedlichen Kommunikationsmöglichkeiten und das große Datenvolumen – von dem übrigens laut Prof. Liggesmeyer, dem Inhaber des Lehrstuhls für Softwareengineering an der TU Kaiserslautern, lediglich rund 25 Prozent verwertbar sind – fordern den Waren und den produzierenden Maschinen sowie ihren Komponenten einiges ab. Sensorik, Aktorik, Kommunikationssysteme, Steuerung und Mechanik müssen derart konzipiert sein, dass sie reibungslos ineinander greifen.

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Ein bereits greifbares Beispiel dafür sind Erntemaschinen, die ihre Aufgabe fahrerlos und selbstoptimierend verrichten. Das funktioniert nur, wenn alle Komponenten miteinander ohne menschliches Zutun kommunizieren können und in der Lage sind, ihren Zustand eigenständig zu diagnostizieren sowie sich selbst zu optimieren. Statt Schaden zu nehmen, müssen die Maschinen von alleine wissen, ob, wann und was sie am Prozess ändern müssen, um dies zu verhindern. Moderne industrie-4.0-fähige Geräte müssen also über die Fähigkeit zur Kommunikation, Selbstdiagnose und Prozessdiagnostik verfügen. Dies gilt bereits für die Ebene der elektronischen Bauteile wie Leistungssteller und PID-Regler, denn sie sind die Basis für eine erfolgreiche Maschine-zu-Maschine- und Mensch-zu-Maschine-Kommunikation.

Was intelligente Leistungssteller können

Intelligente Leistungssteller passen Strom und Spannung den jeweiligen Erfordernissen an. Intelligente Regler gleichen in einem geschlossenen Regelkreis die Soll- mit den Ist-Werten ab und sorgen durch permanentes Nachregeln für eine Übereinstimmung dieser Werte. Beide Geräte geben ihre Daten an die zentrale Steuerung und an Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) wie Monitore, Tablets oder ähnliche Endgeräte. Diese HMIs erlauben die Interpretation der Daten durch den Menschen und sein mögliches Eingreifen. Die drahtlose Übertragung der Daten über das Internet gestattet zudem die Fernanalyse und -wartung der Anlagen und Maschinen.

Eine wichtige Rolle hierbei spielen beispielsweise PID-Regler mit Zählerfunktion. Sie erfassen die Anzahl der Schaltzyklen und gleichen sie mit den als Verschleißalarm gesetzten Grenzwerten ab. Bei Übersteigen dieser Werte gibt der Regler entsprechende Meldungen an die Steuerung bzw. das HMI aus. Mit dieser präventiven Diagnosefunktion weist er auf die wahrscheinliche Notwendigkeit des Austausches von Stellgliedern hin, bevor es zum Maschinenausfall kommt, und ermöglicht so die vorbeugende Wartung. Zudem bieten aktuelle Geräte Diagnosefunktionen zur Erkennung von Sensorbruch, Anschlussfehlern, bei Teillast- oder Lastbruch, bei Störungen des Regelkreises und bei Überschreiten der Grenzwerte.

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