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Digitalisierung Energiemanagement mit künstlicher Intelligenz

Autor / Redakteur: Christopher Haug / Simone Käfer

Mit zu wenig Energie läuft in der Produktion nichts, wer zu viel aufwendet, vergeudet bares Geld. Digitale Helfer unterstützen Sie sowohl in pneumatischen Produkten als auch bei kompletten Anlagen.

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Die Softwarelösung Scraitec von Resolto kennt den gesunden Zustand einer Anlage und detektiert durch Echtzeitanalyse von Sensordaten einer Anlage jede Anomalie.
Die Softwarelösung Scraitec von Resolto kennt den gesunden Zustand einer Anlage und detektiert durch Echtzeitanalyse von Sensordaten einer Anlage jede Anomalie.
(Bild: Resolto Informatik GmbH)
  • Mit der App „ECO-Fahrt“ können Anwender den Energieverbrauch in der Pneumatik automatisch regulieren lassen.
  • Ein Energie-Effizienz-Modul überwacht Druckluftverbrauch und -versorgung, erkennt Leckagen automatisch und spart dadurch 3,2 t CO2 und Hunderte Euro Betriebskosten je Anlage.
  • Ein lernendes System für die vorausschauende Instandhaltung für alle Typen von Spannsystemen erspart Ausfallzeiten.

Führende Industrieunternehmen aus der Automobil-, Pharma- oder Nahrungsmittel­industrie haben für ihre Produkte klare CO2-Ziele formuliert. Maschinenbauer sind daher gefordert, in neuen Maschinengenerationen deutliche Energieeinsparungen umzusetzen. Genau hier bieten Unternehmen der Automatisierungstechnik, wie etwa Festo, passgenaue Lösungen an – ob mit dem Festo Motion Terminal, dem ersten digitalisierten Pneumatikprodukt, mit dem Energie-Effizienz-Modul MSE6-C2M oder mit Künstlicher Intelligenz.

Beim Festo Motion Terminal VTEM, einem der ersten Produkte der Industrie-4.0-Ära, fusioniert die Digitalisierung mit der Pneumatik. Schnelles Zuschalten von Apps revolutioniert die Pneumatik in puncto Flexibilität und Energieeffizienz. Mit Funktionen über Apps können Maschinenentwickler einen Basis-Maschinentyp erstellen und je nach Auswahl der Apps diese Maschine mit unterschiedlichen Funktionen und Ausprägungen nach Kundenwunsch ausstatten. Zur Steuerung der Ventilhauptstufen hat Festo energie­arme Basistechnologien aus Piezoventilen entwickelt. „Mit ihnen ist eine proportionale Vorsteuerung mit minimalem Energieaufwand möglich“, erklärt Marcus Stemler, Produktmanager fürs Festo Mo­tion Terminal. Im Vergleich liege der Verbrauch für die Betätigungsenergie bei Piezoventilen um den Faktor 1000 unter dem der weit verbreiteten Magnetventile.

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Mit der App „ECO-Fahrt“ beispielsweise können Anwender den Energieverbrauch in der Pneumatik automatisch auf die für die Bewegung wirklich benötigte Energie herunterfahren. Damit kann der Energieverbrauch bei reinen Bewegungsaufgaben, in denen in der Endposition keine zusätzliche Kraft benötigt wird, auf das Nötigste gesenkt werden.

Auf den richtigen Druck kommt es an

Bei der Motion App „Wählbares Druckniveau” lässt sich für jede Funktion der Druck unkompliziert für alle Bewegungen anpassen. Ein Tipp von Stemler: „Prüfen Sie, ob Sie für ihre Automatisierungsaufgaben tatsächlich das maximale Druckniveau benötigen.“ Bei Pressenapplikationen zum Beispiel reicht beim unbelasteten Rückhub oft weniger Energieeinsatz. Geht es mit vertikalen Bewegungen nach unten, kann das Festo Motion Terminal die Gravitationskraft nutzen und benötigt dadurch weniger Druck. Bei Funktionen mit wechselnder Belastung oder unterschiedlichen Kräften in der Endlage kann jede Bewegung energetisch optimiert und das Druckniveau belastungsabhängig bestimmt werden.

Auch Beladevorgänge werden nicht nur schneller, sie benötigen auch weniger Energie, weil der Druck vermindert werden kann und damit der Luftverbrauch im pneumatischen System sinkt. Berechnungen ergaben Luftverbrauchseinsparungen gegenüber der Standardpneumatik von fast einem Drittel pro Bewegung eines horizontal eingesetzten Pneumatikzylinders des Typs DSBC und von fast drei Vierteln beim vertikal eingesetzten Zylinder desselben Typs. Für diese Be- und Entladevorgänge ergeben sich Energieeinsparungen allein für die Steuerung der vertikalen und horizontalen Zylinder von etwa 60 %.

Damit nichts mehr leckt

Die App „Diagnose Leckage“ ermöglicht eine vorausschauende Instandhaltung, indem sie Leckagen innerhalb der kompletten pneumatischen Steuerkette mit Ventilen, Schläuchen, Verbindungen und Antrieben aufspürt. Ziel dabei ist, fehlerhafte Komponenten frühzeitig zu entdecken und auszutauschen, bevor diese die Produktion lahmlegen oder die Maschine beschädigen. Zusätzlich kann das Festo Motion Terminal den fehlerhaften Luftkanal verschließen, sodass im Falle einer Leckage nicht immer noch mehr Druckluft nachgeliefert wird. Damit unterbindet die innovative Automatisierungsplattform unnützen Luftverbrauch.

Den Verbrauch regeln

Ein weiterer Baustein eines ganzheitlichen Energiekonzepts ist das Energie-Effizienz-Modul MSE6-C2M von Festo: Es überwacht Druckluftverbrauch und -versorgung und erkennt Leckagen automatisch. Dabei bleiben Maschinen und Anlagen immer verfügbar. Mit dem Energie-Effizienz-Modul sind nicht nur Messdatenerfassung und -analyse möglich, der Druckluftverbrauch lässt sich auch automatisch durch aktives Eingreifen in die Versorgung reduzieren. Anwender können pro Jahr bis zu 3,2 t CO2 und Hunderte Euro Betriebskosten je Anlage einsparen.

Das Energie-Effizienz-Modul MSE6-C2M kombiniert Druckregler, Einschaltventil, Sensorik und Feldbuskommunikation in einer intelligenten Einheit. Es überwacht den Druckluftverbrauch, sperrt die Druckluft in produktionsfreien Zeiten nach definierter Wartezeit ab und verhindert gleichzeitig, dass der Anlagendruck unter ein definiertes Standby-Drucklevel abfällt. Analog zur Start-Stopp-Automatik im Automobil wird somit bei Anlagenstillständen keine Energie mehr verschwendet.

Das niedrigere Druckniveau spart Energie ein, ohne die Anlage ganz drucklos zu schalten. Dadurch bleiben die Maschinen und Anlagen dauerhaft verfügbar. Das MSE6-C2M kann über die Zeit auftretende Leckagen automatisch erkennen und meldet diese an eine Steuerung. Es ist über Profinet voll in das Maschinennetz integrierbar. Alle Messwerte wie Druck, Durchfluss oder Systemparameter stehen in der SPS oder Cloud zur Verfügung und können angezeigt oder individuell weiterverarbeitet werden.

Zum ständigen Abruf bereit stehen die Werte der Durchfluss-, Verbrauchs- und Druckmessung. Anhand der gewonnenen Informationen besteht für Anlagenbetreiber die Möglichkeit, kontinuierlich ein intelligentes Energie-Monitoring an der Maschine durchzuführen. Mit dem MSE6-C2M kann beispielsweise ermittelt werden, ob eine Anlage heute mehr als noch vor einem Jahr verbraucht, wie viel Druckluft für eine Charge benötigt wird, ob der Druck richtig eingestellt ist oder wie hoch Druck und Durchfluss beim Ausfall einer Maschine waren.

In Echtzeit gegen Ausfälle

Mit Künstlicher Intelligenz kann das Energiemanagement die nächste Stufe der Effizienz erklimmen. Entscheidend ist, KI direkt an die Maschine zu bringen und dort – direkt an der Quelle – Daten in Echtzeit zu interpretieren. Das geschieht beispielsweise bei einem Automobilhersteller mit der Plattform Scraitec des KI-Spezialisten Resolto, der Teil der Festo-Gruppe ist. Daten werden im Feld maschinennah interpretiert. Dies ermöglicht Energieeinsparungen, kürzere Zykluszeiten, reduziert Maschinenausfälle und Produktionsfehler. Scraitec kennt den gesunden Zustand einer Anlage und detektiert durch Echtzeit-Analyse von Sensordaten einer Anlage jede Anomalie. Scraitec liefert frühzeitige und präzise Prognosen, stellt Diagnosen und gibt Handlungsempfehlungen.

„Das Thema Analytics und Künstliche Intelligenz wird das Produktportfolio von Festo beeinflussen, indem beispielsweise KI-Algorithmen sowohl in die Cloud als auch direkt in Komponenten von Festo eingebunden werden können”, beschreibt Tanja Maaß, Geschäftsführerin von Resolto, die Vorzüge der Zusammenarbeit. Kunden können so beispielsweise mit dem IoT-Gateway CPX-IOT von Festo als Hardware auf Feldebene ihre Maschinen und Anlagen überwachen lassen. Zur Anwendung kommt ein vortrainiertes Modell von Resolto, das nur minimale Anforderungen an eine Hardware stellt. Das IoT-­Gateway verbindet sich bei Bedarf mit der Cloud.

Ein pneumatisches Spannsystem kostet einen Automobilhersteller gerade einmal 100 Euro. Ein unvorhergesehener Stillstand in der Produktion jedoch mehrere 100.000 Euro. Ein Frühwarnsystem für Verschleiß und Verlangsamung von Zykluszeiten war daher ideal – genauer gesagt ein lernendes System für die vorausschauende Instandhaltung für alle Typen von Spannsystemen. Die Lösung mit Scraitec zur Echtzeit-Datenanalyse bindet direkt den Festo-­Controller CPX-E-CEC mit ein. Eine Verbindung in die Cloud ist nicht notwendig.

* Christopher Haug ist Manager International Trade Press bei Festo in 73734 Esslingen, Tel. (07 11) 3 47 40 32

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