Drahtlose Zustandsüberwachung: Produktion steigern & Ausfallzeiten senken

Mechanische Ausfälle an Motoren, Antrieben und anderen elektromechanischen Geräten sind die häufigste Ursache für Produktionsstopps. Moderne vibrationsbasierte Zustandsüberwachungssysteme erkennen Probleme vor dem Ausfall, reduzieren kostspielige Stillstände und maximieren die Ausgabe.

Warum drahtlos?

Zustandsüberwachungseinheiten sind typischerweise per Netzwerk an einen Zentralcomputer angebunden für Datenanalyse und Alarmierung. In vielen Anlagen befinden sich Maschinen an abgelegenen oder beweglichen Standorten, wo kabelgebundene Konnektivität unpraktisch oder kostprohibitiv ist. Drahtlose Kommunikation bietet niedrigere Installationskosten, schnellere Bereitstellung und in manchen Fällen verbesserte Zuverlässigkeit.

Netzwerk-Kostenherausforderungen

Wenn Netzwerkinfrastruktur fehlt, können die Zusatzkosten für Glasfaserverkabelung, Leitungsbau, Grabungsarbeiten und gemietete Telefonleitungen den ROI über akzeptable Grenzen treiben. Beispielsweise betragen durchschnittliche Verkabelungskosten in einem Chemiewerk 40 $ pro Fuß (120 $ pro Meter), in einem Kernkraftwerk bis zu 2.000 $ pro Fuß (6.000 $ pro Meter). Das Mieten von Telefonleitungen für Standorte mehrere Meilen entfernt fügt Aktivierungsgebühren und monatliche Kosten hinzu, die hochgeschwindige, kontinuierliche Vibrationsdatenströme unterstützen müssen.

Mobilfunkdienste werden manchmal für Remote-Standorte genutzt, sind aber durch Abdeckung und Bandbreite limitiert, und Abonnementkosten können hoch sein.

Drahtlose Technologieoptionen

Der gängigste Ansatz für drahtloses Ethernet ist RF-Übertragung in den 2,4- und 5,8-GHz lizenzfreien Bändern. Zwei Spreizspektrum-Techniken stehen zur Verfügung: Direct Sequence und Frequency Hopping.

Direct Sequence nutzt einen breiten Kanal für komplexe Modulationsschemata und bietet die höchsten Datenraten (bis 54 Mbit/s mit IEEE 802.11g). Die breite Bandbreite ist jedoch anfälliger für Interferenzen, wenn viele Systeme in unmittelbarer Nähe betrieben werden. In den meisten Ländern überlappen sich nur drei der 13 verfügbaren 2,4-GHz-Kanäle nicht, was zu potenzieller Überlastung führt.

Frequency Hopping teilt das Spektrum in viele kleine Kanäle und springt schnell zwischen ihnen. Obwohl langsamer (typisch <1 Mbit/s) und mit höherer Latenz, liefert es überlegene Störimmunität und Zuverlässigkeit. Frequency-Hopping-Systeme sind proprietär, was Herstellern einzigartige Authentifizierung und Verschlüsselung ermöglicht und das Industrienetzwerk von der Unternehmens-IT isoliert.

Integration von Drahtlos mit Zustandsüberwachung

Die meisten Zustandsüberwachungssysteme nutzen Ethernet für Konnektivität. Bei drahtloser Bereitstellung müssen zwei Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden: Datenrate (Bandbreite) und Latenz. Für mehrere entfernte Maschinen kann ein dediziertes RF-Netzwerk oder separate RF-Systeme erforderlich sein, um Performance zu halten. Industrielle RF-Geräte sollten hohe Sendeleistung, breiten Temperaturbereich, eingebaute Diagnose, Gefahrgut-Zertifizierungen und Support von Ingenieuren mit Erfahrung in industriellem Networking bieten.

Praktische Anwendungen

Drahtlose Zustandsüberwachung nützt praktisch jeder Industrie, die auf elektromechanische Geräte angewiesen ist. Typische Use Cases:

• Abwasserbehandlungspumpen
• Öl/Gas-Bohranlagen-Antriebe
• Automobil-Montagelinien-Antriebe
• Deckenkrane in Warmwalzwerken
• Kraftwerkskühlventilatoren

Fallstudie: Kraftwerkskühlventilatoren

Ein Kohlekraftwerk musste Kühlventilatoren am Fuß seiner Kühltürme überwachen. Die raue Umgebung und fehlende Ethernet-Infrastruktur machten Glasfaserinstallation prohibitiv – geschätzt über 100.000 $ und sechs Monate Dauer. Durch Einsatz einer drahtlosen Ethernet-Lösung installierte das Werk das System in nur drei Wochen und betreibt es seit über fünf Jahren zuverlässig.

Fazit

Fortschritte in der Vibrationsanalyse bieten nun zuverlässige, Echtzeit-Zustandsüberwachung. Wenn kabelgebundenes Networking kostspielig oder unpraktisch ist, können drahtlose Technologien dieselben Vorteile mit geringerem Kapitaleinsatz und schnellerer Bereitstellung liefern. Die Wahl der geeigneten drahtlosen Methode und Ausrüstung ist kritisch für langfristige Zuverlässigkeit und Performance.

Abbildung 1. Direct Sequence Wellenform.

Abbildung 2. 802.11b Direct Sequence Kanäle.

Abbildung 3. Nicht-überlappende 802.11b Kanäle.

Abbildung 4. Frequency Hopping Kanäle.

Abbildung 5. Drahtlose Kühlturm-Anwendung.