So steuern Sie Vakuumpumpen intelligenter

Für eine intelligente Vernetzung von Maschinen und Anlagen ist es elementar, dass industrielle Prozesse zentral gesteuert werden können. Um industrielle Vakuumanwender für das Internet der Dinge sowie Industrie-4.0-Szenarien vorzubereiten, hat der Hersteller Atlas Copco die Steuerungsplattform Hex@Grid entwickelt, die sich vor allem durch Konnektivität und Energieffizienz auszeichnet.

Gleichzeitig stellte das Unternehmen die Hex@-Steuerung vor. Dieser industrielle Vakuum-Controler dient als erweiterte Steuerungszentrale für Vakuumpumpen und -systeme und soll eine höhere Vakuumleistung und -funktionalität sowie eine größere Benutzerfreundlichkeit bei einer Vielzahl von Anwendungen gewährleisten. Durch die verbesserte Konnektivität und Systemintegration bietet der Controler einen bequemen Fernzugriff auf Vakuumsysteme mit einer erhöhten, standortunabhängigen Kontrolle.

Nur ausgewählte Werte anzeigen am Display

Die Benutzeroberfläche der Steuerung soll eine intuitive Bedienung ermöglichen. Die Bedienenden gelangen über den Startbildschirm direkt auf die wichtigsten Daten und greifen über das angezeigte Menü auf weitere Einstellungen und Bedienelemente zu. Relevante Pumpendaten werden angezeigt. „Die Steuerung kann von unseren Kunden zudem individuell konfiguriert werden, so dass nur ausgewählte Werte wie etwa Fördertemperatur, Leistungsaufnahme oder Eingangsdruck angezeigt werden“, erklärt der zuständige Produktmanager, Alistair Darroch.

Konnektivität für alle

Die Kommunikationsoptionen für Hex@-fähige Pumpen sind vielfältig: Anwender können über Smart­phones, Tablets, Laptops oder PCs aus der Entfernung auf das Gerät zugreifen; alternativ kann der Zugriff auch über die integrierte HMI-Schnittstelle oder ein lokales Gerät erfolgen, das über Kabel oder WiFi mit der Maschine verbunden ist.

„Kunden können sich für eine vollständige Verbindung mit ihrem lokalen Netzwerk und auch mit der Cloud entscheiden, um alle Vorteile einer vollständig vernetzten Pumpe zu nutzen, einschließlich automa­tischer Software- und Funktions-Updates sowie Fernsupport von Atlas Copco, falls die Unterstützung erforderlich ist. Wenn dieses Maß an Konnektivität nicht gewünscht ist, kann Hex@ nur mit dem Kundennetzwerk oder überhaupt nicht verbunden werden“, führt Darroch aus. Darüber hinaus unterstützt der Controler Kommunikationsprotokolle wie Ethernet/IP, Ethercat, Profinet, Modbus TCP, Profibus und OPC UA.

Fokus auf vier Kernbereiche

Die Steuerung sammelt und verarbeitet kontinuierlich eine Vielzahl von Pumpendaten. Für die Nutzung dieser Daten hat der Hersteller vier elementare Attribute für ein Vakuumsystem definiert: Betriebszeit, Leistung, Eco und Gesundheit.

Anhand dieser Indikatoren können Betreiber den Status ihrer Vakuumpumpe schnell beurteilen und die Auswirkungen von Änderungen auf ihr Vakuumsystem und letztendlich auf ihren Prozess verstehen.

• Die Betriebszeit ist der Indikator für die Verfügbarkeit der Pumpe. Sie dokumentiert, wie lange die Pumpe ohne Ausfälle läuft.
• Bei der Leistung betrachtet die Steuerung, ob die Pumpe die vom Anwender gesetzten Vakuumziele erreicht.
• Der sogenannte Eco-Status gibt Auskunft über das Effizienzpotenzial der Vakuumpumpen. Durch den Vergleich des angestrebten Solldrucks mit dem aktuellen Betriebsdruck erhält der Anwender eine Rückmeldung, ob die Vakuumpumpe mehr Energie als nötig verbraucht.
• Der Health-Status wertet schließlich Ausfälle und wichtige Messwerte aus, um den aktuellen Zustand der Pumpen zu beurteilen und berücksichtigt dabei auch, wann Serviceleistungen fällig sind.

Zusammenfassung auf Insight Cards

Diese vier Key-Performance-Indicators (KPI) würden den Zustand der Vakuumpumpe auf den vom Hersteller zeitgleich eingeführten Insight Cards zusammenfassen, so Darroch. Diese gäben ein Feedback über den Zustand des Vakuumsystems sowie Optimierungsempfehlungen. Darüber hinaus enthalten sie Empfehlungen zur Erhöhung der Pumpenlebensdauer, zur Reduzierung des Energieverbrauchs, zur Verbesserung der CO₂-Bilanz sowie zur Verlängerung der Wartungsintervalle.

Pumpeneinstellungen abrufen

Die konfigurierten Pumpeneinstellungen können als sogenannter Modus gespeichert und jederzeit abgerufen werden. Der entsprechende Modus sorgt dafür, dass die Pumpe auch die gewünschte Leistung abruft. Über diese Modi kann ein Anwender per Tastendruck auf dem Bedienfeld oder per Fernzugriff auf die Pumpe zugreifen. Darüber hinaus verfügt die Steuerung über weitere intelligente Funktionen, von denen zwei Trends und Scopes sind: Trends zeigen historische Daten an, um Übersichten über verschiedene gemessene Parameter zu geben, einschließlich Daten zu Eingangsdruck, Motordrehzahl, Leistungsaufnahme, Öltemperatur und mehr. Mit der Scope-Funktion können Anwender mit zyklischen Anwendungen sehen, wie sich die Pumpenparameter über die Zykluszeit entwickeln. Durch den Vergleich der aktuellen mit den historischen Zyklen können Anwender die Folgen von Änderungen der Prozess- oder Pumpeneinstellungen besser verstehen.

Steuerungsplattform für industrielle Vakuumanwender

Passend zu dieser Steuerung bietet das Unternehmen eine Mehrpumpen-Steuerung für die Industrie 4.0 an: Hex@Grid. Sie nutzt die Funktionen der Hex@-Steuerung, um den Betrieb zu verbessern und Energie- und Wartungskosten zu senken. Die zentrale Mehrpumpensteuerung besitzt eine Vielzahl intelligenter Funktionen.

Im Sinne optimierter Betriebsabläufe haben Anwender damit die Möglichkeit, ihre Vakuumperfomance zu verbessern. Darüber hinaus lassen sich Kosten einsparen, weil sich ein sauber abgestimmtes Vakuumsystem einfacher betreiben und warten lässt. „Ein weiterer Nutzenvorteil für Anwender betrifft die Konnektivität, weil mit der neuen Steuerung sämtliche Vakuumkomponenten in ein System integriert werden können“, erklärt der verantwortliche Produktmanager, Yuri Vanderveken.

Werte in Echtzeit auf dem Endgerät

So können Anwender ihre Systeme standortunabhängig aus einer Hand betreiben: Wenn etwa mehrere Komponenten eines Vakuumsystems mit variabler Drehzahlregelung (VSD) den Druck konstant halten müssen. „Mit Hilfe der optionalen 10-Zoll-HMI-Schnittstelle des Hex@Grid bekommen Nutzer einen vollständigen Einblick in das zentrale Vakuumsystem“, betont Yuri Vanderveken. „Über die individuelle, intuitiv bedienbare Benutzeroberfläche lassen sich die Werte der Systemkomponenten in Echtzeit per Laptop, Tablet oder Smartphone eingeben und überwachen“, ergänzt der Produktmanager.

Updates und neue Funktionen lassen sich direkt herunterladen. Eine Benachrichtigungsfunktion auf dem gewählten Endgerät hält die Nutzer stets auf dem Laufenden. Regelmäßige Checks des Vakuumsystems und das Kalibrieren sollen damit einfacher sein als bisher. „Bei Bedarf kann der User Zeitpläne hinzufügen, Aktionen planen und damit den gesamten Prozess absichern. Mit Hilfe der zentralen Sollwertsteuerung lässt sich das Vakuumsystem stabil und intelligent betreiben“, erläutert Yuri Vanderveken.

Verschiedene Features, je nach Anwendung

Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Versionen zur Verfügung. Für Vakuumanwender mit einem Hex@, MK5 oder einer anderen Steuerung der Firma steht eine Standard-Hex@Grid-Version sowie eine aktualisierte Version mit Optimizer bereit. „Beide Versionen können auch Fremdfabrikate steuern“, sagt Vanderveken. Für Vakuumsysteme, aus DZS VSD+- oder GVS-VSD+-Pumpen eignet sich die VSD+-App; für ein System mit bis zu 16 Vakuumpumpen der Link Hex@Grid mit Drucksensor und sequenzieller VSD-Steuerung.

Mit der Link-Steuerung hat der Anwender den Vorteil, die Vakuumpumpen als eine virtuelle Maschine zu betreiben. Je nach Prozess werden diese Pumpen nacheinander bei 60 Prozent gestartet, immer dann, wenn die erste Pumpe, die als VSD-Leader fungiert, die volle Kapazität erreicht. Sobald alle Folgepumpen bei 60 Prozent sind und die Führungspumpe keine Kapazität mehr hat, können diese Folgepumpen ihre Kapazität in Schritten von zehn Prozent als eine Maschine erhöhen. Für Prozesse mit einer vordefinierten Betriebszeit ist die Bereitstellung von Reservepumpen entscheidend. Die Link-Steuerung koordiniert den Einsatz von Reservepumpen, um die Wartungsintervalle zu verbessern.

Leitpumpe gleicht Bedarfsschwankungen aus

Die Standardversion der Hex@-Grid-Plattform steuert bis zu acht Pumpen. „Sie verfügt über eine virtuelle Maschinensteuerung und damit über das gleiche Arbeitsprinzip wie der Link, bei dem wir eine Führungspumpe haben, die sich VSD an den Bedarf anpasst, und Folgepumpen, die als eines im Leistungsbereich von 60 bis 100 Prozent arbeiten“, führt Yuri Vanderveken aus. Unter dem Strich kann dies zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu zehn Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Sequenzern führen. „Außerdem können die Betriebsstunden verschiedener Pumpen in einem Netzwerk ausgeglichen werden“, fasst der Produktmanager zusammen.

Die Spitze des technologischen Eisbergs ist der Opti­mizer-Regelalgorithmus. Jede einzelne Pumpe in einem Vakuumsystem hat eine andere spezifische Energie bei unterschiedlichen Drehzahlen und Eingangsdrücken. Die Plattform nutzt diese Informationen, um die Drehzahl jeder dieser einzelnen Pumpen kontinuierlich zu optimieren, indem es die energieeffizienteste Art der Steuerung des gesamten Systems auf Basis des Bedarfs berechnet. Zusätzlich können bis zu 20 Pumpen über die Optimizer-Steuerung geregelt werden.

Quelle: Atlas Copco Deutschland