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Industrie 4.0

Aktorik im vernetzen Umfeld von Industrie 4.0

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Selbst- und Autooptimierung ist wichtig

Neben der präventiven Instandhaltung ist auch die Selbst- und Autooptimierung der Regler für die Umsetzung von Industrie 4.0 entscheidend. Die Selbstoptimierung dient der Berechnung der optimalen Werte für die Regelparameter während der Anlaufphase eines Prozesses. Sie kann wahlweise automatisch bei jedem Einschalten der Maschine oder manuell per Tastendruck aktiviert werden. In jedem Fall werden während der Selbstoptimierung eine Kennlinie für den Regelprozess erstellt sowie sämtliche Parameter und die Zykluszeit ermittelt und zur Dokumentation abgespeichert. Die Prozedur läuft automatisch ab, wobei die Vorgehensweise in Abhängigkeit vom Istwert der Temperatur optimiert wird. Im Falle eines Relais-, Logik- oder Triac-Regelausgangs wird die optimale Zykluszeit automatisch bestimmt. Moderne Regler signalisieren die Optimierung mithilfe einer LED auf dem Display. Während des eigentlichen Prozesses sorgt die Funktion der Autooptimierung für die permanente Überwachung der Abweichungen vom Regelwert und für einen entsprechenden Ausgleich der Regelparameter.

Eine weitere Funktion der Selbstdiagnostik ist die interne Temperaturüberwachung. Steigende Temperaturen sind ein Anzeichen für Degeneration im Gerät und erfordern den menschlichen Eingriff. Mögliche Ursachen sind u.a. gelockerte Verbindungen oder oxidierte Kontakte. Daher erfassen moderne PID-Regler und Leistungssteller die Temperatur an allen internen Leiterübergängen wie Netz- und Lastklemme sowie an der Leistungsteilsicherung und dem Kühlkörper/Ventilator. Sie geben den ermittelten Zustand über eine Feldbusschnittstelle an das HMI oder die SPS weiter und tragen damit ebenfalls zur präventiven Instandhaltung und unterbrechungsfreien Produktion bei.

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Den gesamten Prozess diagnostizieren

Doch die elektronischen Bauteile müssen nicht nur sich selbst, sondern den ganzen Prozess diagnostizieren können. So bieten beispielsweise moderne Leistungssteller für die Regelung von Heizelementen in industriellen Schmelz-, Gieß- oder Warmhalteöfen die Möglichkeit zur Erfassung des Stromverbrauchs pro Zeiteinheit. Ob pro Stunde, Tag oder Woche, pro Gerät oder pro Stromabnehmer lässt sich individuell festlegen. Ebenfalls vorgeben lassen sich der Grenzwert, bei dessen Erreichen Alarm gegeben werden soll sowie der Normal- oder Optimalverbrauch. Das Gerät steuert die Stromabnehmer dann so, dass der Stromverbrauch optimiert und die Stromkosten minimiert werden. Dabei sind Erfassung und Alarm bei Abweichung für jede Heizzone individuell regelbar. Darüber hinaus können sich bis zu zehn Leistungssteller untereinander abgleichen und so einregeln, dass ein zuvor eingestellter Spitzenstrom nicht überschritten wird. Die Voraussetzung dafür ist ein intelligentes Lastmanagement, das die im Vorfeld berechnete Prozessleistung auf alle beteiligten Steller verteilt.

Doch aktuelle Leistungssteller sind nicht nur dazu in der Lage. Sie erkennen auch einen Teillastbruch und regeln den Prozess adaptiv. Dabei erkennt der Steller, wo welche Heizelemente ausgefallen sind, und löst den Alarm aus. Die adaptive Regelung von Strom, Spannung und Leistung nach zuvor gesetzten Präferenzen hält währenddessen den Prozess bis zum Eingreifen des Operators aufrecht. Festgelegt werden kann beispielsweise, ob die Heizelemente vor Überlastung gesichert werden sollen und daher die Temperatur heruntergefahren werden muss, oder ob nur eine bestimmte Ofenzone weiterbeheizt werden soll oder ob die jeweiligen Metallschmelzen flüssig bzw. die Ofentemperatur gehalten werden sollen und damit die noch funktionierenden Heizelemente den Leistungsausfall kompensieren müssen.

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