Interaktionsfähiges Pumpensystem
Beitrag von Grundfos zum Industrie 4.0-Konzept
Unter dem Dach der ‚Industrie 4.0‘ wachsen Elektrotechnik, IT sowie der Maschinen- und Anlagenbau zusammen. Der Pumpenhersteller Grundfos ist mit seinem iSolutions-Konzept schon heute Teil der Lösung: Pumpenhydraulik, Antriebstechnik, Sensoren, MSR-Technik sowie spezifische Software sind aufeinander abgestimmt. Funktechnik bzw. Ethernet-Bus machen die Pumpensysteme Industrie 4.0-ready.
Vor vier Jahren etwa tauchte der Begriff ‚Industrie 4.0‘ zum ersten Mal auf – und das dahinterstehende Konzept gewinnt an Bedeutung. Heute wird nahezu alles und jedes mit diesem Schlagwort versehen, ob es passt oder nicht. Nun diskutieren auch die Pumpenhersteller über die Einbindung ihrer Produkte ins ‚Internet der Dinge‘. Anhand praktischer Beispiele kann Grundfos aufzeigen, dass die Pumpe 4.0 durchaus keine leere Worthülse ist.
Die praktische Umsetzung von Industrie 4.0 bedeutet u.a., dass eine Anlage nicht mehr allein vom zentralen Prozessleitsystem gesteuert wird. Die Intelligenz wandert ins Feld, wo smarte Feldgeräte wie Pumpen spezifische Funktionalitäten ausführen.
Konkretes Beispiel: Als leistungsstarke Alternative zu herkömmlichen Trennverfahren in der Prozessindustrie bietet sich die Membrantechnik an. Sie trennt organische Stoffe, Salze und feinste Partikel vom Wasser ab. Dabei wird das zu filtrierende Medium unter Druck längs einer halbdurchlässigen (‚semi-permeablen’) Membran geführt. Drehzahlgeregelte Pumpen halten nicht nur die Filtrationsgeschwindigkeit konstant, sondern erfassen auch die Druckdifferenz bei zunehmendem, durch Blockung verursachtem Filterwiderstand und sorgen damit für einen gleichbleibenden Volumenstrom. Besteht die Forderung nach gleich bleibender Mengenleistung, liefert ein Durchflussmesser den aktuellen Istwert und die Pumpe regelt den ansteigenden Gegendruck durch zunehmende Drehzahl aus. Zudem können Zustandsänderungen auf der Saugseite der Pumpe ausgeglichen werden, beispielsweise beim Umstellen auf Tanks mit unterschiedlicher Zulaufhöhe.
Konkretes Beispiel: Druckerhöhungsanlagen sind in der Regel mit mehreren Pumpen bestückt. Die Mehrpumpensteuerung CU 352 ist für das korrekte Zu- und Abschalten der Pumpen und für die Drehzahlregelung der einzelnen Pumpen zuständig. Das Steuergerät passt so die Leistung der Druckerhöhungsanlage dem Bedarf an und minimiert auf diese Weise die Energiekosten. Durch ständige Anpassung/Überprüfung von Pumpendrehzahl und -anzahl erreicht die Druckerhöhungsanlage ein Höchstmaß an Konstantdruck, unabhängig von schwankenden Entnahmemengen und Vordruckschwankungen. Bei einem Pumpenwechsel arbeitet das System mit unterschiedlichen Drehzahlen, um Druckschwankungen zu unterbinden.
Konkretes Beispiel: Das Grundfos Remote Management (GRM) dient als internet-basiertes Telemetriesystem sozusagen als Auge und Ohr zur Überwachung entfernt installierter Pumpensysteme. Dazu sind die Pumpen und Steuerungen mit einem GPRS/GSM-Modul verbunden, der die Daten per Mobilfunk drahtlos zu einem zentralen Grundfos-Server sendet. Der Zugriff auf den Server und die Daten erfolgt mit Hilfe eines internetfähigen Endgerätes (z.B. Tablet, etc). Vorteile bietet das ‚Remote Management’ allen Betreibern, die auf eine kostengünstige Fernüberwachung und einen zuverlässigen Fernzugriff Wert legen, dafür aber keine komplette Leitwarte einrichten möchten.
Sind Grundfos-Pumpen unter diesen Gesichtspunkten Industrie-4.0-ready? Eindeutig ja: Mit dem MGE-Motor der 3. Generation ausgerüstet, kann das Pumpensystem zum einen bidirektional kommunizieren. Und es kann per Mikroprozessor und hinterlegten Algorithmen in eigener Regie bestimmte Funktionalitäten ausführen. Nicht zuletzt können sich mehrere installierte Pumpen untereinander abstimmen.
Um seine Pumpensysteme in ein Feldbus-System integrieren zu können, nutzt Grundfos seit Jahren bereits pumpenspezifische Feldbuskarten. Diese sind in zwei Ausführungen verfügbar: Als CIM (Communication Interface Module) - diese Steckkarten werden direkt im Antrieb der Pumpe eingesteckt – und als CIU (Communication Interface Unit) in einer externen Box mit integriertem 24-240 Volt AC/DC-Netzteil. Speziell für Smart Digital Dosierpumpen wurde eine zwischen Pumpe und Fußplatte einklickbare E-Box entwickelt.
Existierende Feldbusse der ersten Generation werden mittlerweile häufig durch ein echtzeitfähiges Industrial Ethernet ersetzt oder ergänzt. Neben den klassischen Feldbus-Protokollen hat Grundfos deshalb das CIM/CIU 500 im Programm, das Industrial Ethernet-Busprotokolle unterstützt. Um die Variantenvielfalt zu reduzieren, unterstützt eine einzige CIM 500-Feldbuskarte durch Drehen eines Schalters unterschiedliche Ethernet-Busprotokolle wie Profinet IO, Modbus TCP und BacNet IP.
Fazit & Ausblick: Das alles ist durchaus bereits die notwendige Basis auf dem Weg zum cyber-physischen Pumpensystem. Die nächsten Schritte sind in Vorbereitung: Weitere Sensoren, noch mehr per Software hinterlegte Intelligenz im lokalen Mikroprozessor, leistungsfähigere Diagnosesysteme.
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