Mit Vortrieb in Richtung Industrie 4.0

Hintergrund

Sowohl im Verkehrswesen als auch in der Ver- und Entsorgungstechnik ist die weltweite Nachfrage nach innovativen Tunnelbau-Technologien groß. Die mts Perforator GmbH aus Valluhn gehört zur Schmidt- Kranz Gruppe. Das Unternehmen entwickelt und fertigt maßgeschneiderte Lösungen für den grabenlosen Einbau von Tunneln, wobei das Portfolio Technologien wie Schneckenförder-, Spülförder- und Erddruckausgleich- Systeme umfasst.�

Herausforderung

Zur Bedienung der Tunnelbohrmaschinen über den jeweiligen Leitstand kommen zahlreiche Drucktaster und Leuchtmelder zum Einsatz, die mit der Steuerung zu verbinden sind. Auf der Suche nach einer wirtschaftlichen Lösung, die gleichzeitig den hohen Ansprüchen der Tunnelbauexperten nach Zuverlässigkeit und Manipulationssicherheit gerecht wird, ist man auf Eatons Kommunikationssystem SmartWire-DT gestoßen. Es handelt sich hierbei um ein innovatives Verbindungs- und Kommunikationssystem, mit dem sich die aufwendige und fehleranfällige Punkt-zu-Punkt-Steuerverdrahtung von Komponenten wie Schaltgeräten, Sensoren und Aktoren mit der zentralen Steuerung ersetzen lässt.

SmartWire-DT vereint Datenleitung und Spannungsversorgung und ermöglicht so die einheitliche Kommunikation der Teilnehmer untereinander. Jedes Funktionselement im System hat eine eigene Adresse sowie die Fähigkeit zur Eigendiagnose. 

Lösung

In den Leitständen der mts-Maschinen kommen die Befehls- und Meldegeräte der Reihe RMQ zum Einsatz, die alle als SmartWire-DT-Teilnehmer über die grüne achtpolige Flachleitung vernetzt sind. Für mts ist es entscheidend, eine Manipulation bzw. den unzulässigen Betrieb durch den Bohrkopfbetreiber zu unterbinden. Dies ist mit SmartWire-DT möglich, da das System keine Kontaktüberbrückungen zulässt. Ein weiteres ausschlaggebendes Argument für den Maschinenbauer war die Tatsache, dass Eaton einen weltweiten Service und Support sowie 24-Stunden-Lieferservice für Ersatzteile bietet. 

Basierend auf diesen guten ersten Erfahrungen hat mts sich intensiver mit dem Thema SmartWire-DT und Eatons Lean-Solution-Philosophie beschäftigt. Hintergrund ist die Idee, die Methoden des Lean Management konsequent auf Engineering und Automatisierungsprozesse zu transferieren. Das Ziel besteht darin, jegliche Verschwendung zu reduzieren. Im Fokus stehen Kosten, Material und Zeit, die es zu optimieren gilt. Eaton hat hierzu eine Lösung entwickelt, die Produkte, Technologien und Prozesse umfasst, mit denen sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette Einsparungen realisieren lassen. Dabei setzt sich Lean Solution aus drei Themenkomplexen zusammen, für die SmartWire-DT das verbindende Element ist: Lean Connectivity, Lean Automation und Lean Power.

Der Begriff Lean Automation steht für weniger Komponenten und geringen Engineering-Aufwand. Die I/O-Ebene ist in die Schaltgeräte wie Motorschutz, Motorstarter, Softstarter, Frequenzumrichter oder Leistungsschalter integriert, die nun direkt mit Eatons HMI/PLCs kommunizieren. Da letztere als singuläre Einheit alle Steuerungs-, Visualisierungs- und Datenmanagementaufgaben handhaben, werden nun schlanke Automatisierungslösungen möglich, die schneller und einfacher zu projektieren sind. Mit diesen Lean-Automation-Systemen entfallen ganze Geräteebenen wie die zentrale SPS mit I/O-Baugruppen und die damit verbundenen Anschaffungs- und Wartungskosten.

Den nächsten Schritt in Richtung Lean Automation ist mts kürzlich gegangen und hat die Motorschutzschalter PKE mit elektronischem Überlastschutz sowie die Leistungsschalter NZM in den Schaltschränken der Tunnelbohrmaschinen ebenfalls an SmartWire-DT angebunden. Die Kombination aus PKE und SmartWire-DT ermöglicht nun die erweiterte Antriebsüberwachung: Prozessrelevante Daten wie der aktuelle  Motorstrom, thermische Auslastung und Betriebszustände lassen sich ohne kostenintensive analoge I/O-Technologie kontinuierlich überwachen und analysieren.

Auf diese Art ist es Eaton gelungen, Schaltgeräte in intelligente Komponenten zu verwandeln. Smart Devices wie PKE, die fähig sind, in einer offenen Architektur mit jeder SPS zu kommunizieren, sind für das Unternehmen ein wichtiger Schritt, um komplett Industrie 4.0-fähige Lösungen anbieten zu können.

"Eatons Smart Devices erlauben es uns, weltweit einen detaillierten Datenzugriff bis auf die Feldebene zu realisieren", erklärt Norbert Simdon, Electronic Supporter bei mts. "So können wir die aktuellen Zustände der derzeit weltweit 50 im Betrieb befindlichen Tunnelbohrmaschinen überwachen – Schlagwort Condition Monitoring – und im Fehlerfall schnell aus der Ferne eine Diagnose erstellen, Abhilfe schaffen und somit für den Endkunden eine verbesserte Anlagenverfügbarkeit gewährleisten. Zum Beispiel nutzen wir die Daten des PKE, um eine wiederholte Überlast zentral zu melden und rechtzeitig zu beheben. Gleichzeitig ist es uns möglich, mit den Smart Devices unsere Maschinen weltweit vor Manipulation zu schützen." In der Vergangenheit konnte der Maschinenbediener vor Ort manuell die Auslösekennwerte verändern und so unter Umständen einen Motor dauerhaft unter zu hoher Last fahren. Da heute über das SmartWire- DT-Konzept alle Sollwerte zentral in der Steuerung hinterlegt sind, wird bei Manipulation der Auslösewerte am Motorschutzschalter die Maschine automatisch stillgesetzt und somit Gefahren für den Anwender und die Maschine verhindert.

Ergebnis

Als innovative Technologie ist SmartWire-DT von Eaton ein Wegbereiter in der Entwicklung hin zur vernetzten Welt der Industrie 4.0. So verfolgt das Unternehmen die Strategie, SmartWire-DT kontinuierlich auf alle Standardkomponenten zu übertragen und diese in Smart Devices zu verwandeln. Diese intelligenten Komponenten werden Maschinen- und Anlagenbauer wie mts dabei unterstützen, schlank, smart und effizient zu wirtschaften und der Umsetzung von kompletten Industrie 4.0-Lösungen einen Schritt näher zu kommen.