Industrie 4.0 Steuerung macht Druckluft fit für die Zukunft

Autor / Redakteur: Erwin Ruppelt und Daniela Koehler / Frank Jablonski

Kaum einer kennt den Namen Werner & Mertz, aber jeder kennt die Produkte Erdal und Frosch. Was ebenfalls kaum einer weiß: Das Unternehmen verfügt über ein modernes Druckluftsystem, das schon heute fit für die Anforderungen von Industrie 4.0 ist.

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Kaeser liefert individuelle und intelligente Konzepte für die Druckluftversorgung. Die Station von Werner & Mertz ist in einem separaten, gut belüfteten Gebäude untergebracht.
Kaeser liefert individuelle und intelligente Konzepte für die Druckluftversorgung. Die Station von Werner & Mertz ist in einem separaten, gut belüfteten Gebäude untergebracht.
(Bild: Kaeser)

Hauptbestandteil der Industrie 4.0 ist die Vernetzung von Maschinen und IT, zum Nutzen für Kunden wie Produzenten. Im Fall der Druckluftversorgung bedeutet das: ein Gesamtkonzept, das alle Elemente von der Planung über die Ausführung bis hin zur vorausschauenden Wartung intelligent steuert. Auf diese Weise entstehen automatisch die individuell geforderte Druckluftleistung und -qualität bei höchster Verfügbarkeit und Effizienz mit geringeren Lifecycle-Kosten. Werner & Mertz passt seine Produktionsbedingungen kontinuierlich an künftige Herausforderungen an und stellt daher auch an die Versorgung mit Druckluft hohe Ansprüche.

Nachhaltigkeit als Leitmotiv – auch in der Druckluft

Die Verpflichtung zu Umweltschutz und Nachhaltigkeit sind für das Unternehmen, das Produkte für Consumer und professionelle Anwender herstellt, keine Modeerscheinung, sondern Unternehmenstradition. Standorttreue und Innovationsfreude bilden die Basis von Werner & Mertz für ständig neue Impulse. Die Marken Erdal und Frosch werden nach dieser Philosophie entwickelt. Auch das Firmengebäude wurde nach diesen Grundsätzen gebaut und dafür mit dem deutschen Nachhaltigkeitspreis ausgezeichnet. So erfolgt etwa die Energieversorgung über Windkraftrotoren, die auf dem Dach des Verwaltungsgebäudes installiert sind.

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Gestützt wird eine solche Unternehmensphilosophie auch durch eine moderne Druckluftversorgung, die hohe Ansprüche bedienen muss. Sie muss zuverlässig und effizient sein sowie während des gesamten Lebenszyklus kostensparend Druckluft zur Verfügung stellen. Ein hoher Bedarf an individuellen Lösungen ist die Folge bei einem Hersteller mit diesen Ansprüchen.

Neues Druckluftsystem sollte ökonomisch und ökologisch sein

Als eine Erneuerung des gesamten Systems anstand, ging es nicht nur darum, die vorher sehr unterschiedlichen und veralteten Komponenten zu ersetzen. Die Zielsetzung war darüber hinaus eine deutliche Reduzierung der Kosten. Das Unternehmen suchte also nach einer ökonomisch wie ökologisch modernen Lösung.

Fündig wurde Werner & Mertz bei Kaeser Kompressoren. Das Unternehmen bietet ein Contractingkonzept an, bei dem die Druckluftstation selbst Eigentum des Herstellers bleibt. Der Kunde zahlt nur die tatsächlich bezogene Druckluft.

Günther Heinrichs, Leiter Technik bei Werner & Mertz, sagt dazu: „Der Hauptgrund für dieses Projekt war, eine moderne Anlage zu nutzen, die energiesparend, effizient, flexibel in der Leistung und wartungsarm läuft.“ Die Contracting-Variante biete neben den technischen Aspekten darüber hinaus den Vorteil, dass die anfallenden Kosten für Druckluft zu variablen Kosten werden.

Das Thema Industrie 4.0 ist bei Werner & Mertz zwar offiziell noch nicht als Leitlinie definiert, wird aber bereits diskutiert. Das bedeutet, dass die Druckluftstation auch für diesen potenziellen Anwendungsbereich in der Zukunft kompatibel sein muss.

Maßgeschneidertes Druckluftsystem setzt genaue Analyse voraus

Um ein Druckluftsystem in ein modernes Managementsystem zu integrieren, empfiehlt es sich, vorher eine Gesamtanalyse durchzuführen, die alle bei der Produktion relevanten Punkte berücksichtigt. Bei Werner & Mertz sind das vor allem: Betriebssicherheit, Energieersparnis sowie die Anbindung an das Produktions- und Energiemanagementsystem. Das Unternehmen war historisch gewachsen und das alte Druckluftsystem nicht mehr produktionsgerecht.

Zusätzliche Probleme machte eine Aufsplittung in verschiedene Standorte. Weil die alte Anlage zudem mit keinerlei Sensorik ausgestattet war, musste zunächst ein Druckluftaudit durchgeführt werden. Das dafür verwendete Analysesystem ist mit relativ einfachen Anbindungsmöglichkeiten in der Lage, an der vorhandenen Anlage im Rahmen eines 14-tägigen Druckluftaudits vorhandene Verbrauchsmuster, aber auch Schwachstellen des Altsystems zu erkennen.

Druckluftsystem ist komplett vernetzt und damit reif für Industrie 4.0

Eine computergestützte Software ermöglicht es, das Verhalten der Kompressoren sowie Luftverbräuche, Drücke und auch mögliche Probleme bei der Druckluftaufbereitung zu visualisieren und über eine computergestützte Software Optimierungsvorschläge zu erarbeiten.

Werner & Mertz entschied sich für die Contracting-Variante – in diesem Fall für Sigma Air Utility –, bei der es vonseiten des Betreibers nur notwendig ist, auf dem Gelände seiner Produktionsstätte eine Räumlichkeit oder einen Platz zur Verfügung zu stellen, in dem eine moderne Druckluftstation aufgebaut und effizient betrieben werden kann.

Sind diese Voraussetzungen geschaffen, ist die anschließende Konzeptumsetzung relativ einfach. Wichtig für das System ist, dass nicht nur einzelne Komponenten ohne Intelligenz installiert werden, sondern dass die Kompressoren bereits mit Industrie-PCs ausgerüstet sind. Diese dienen später dazu, die Daten an eine übergeordnete Steuerung, wie in diesem Fall den Sigma Air Manager (SAM), weiterzuleiten, die die Station aufgrund der gesammelten Daten eigenständig optimieren kann und auch gleichzeitig – je nach Produktionslage des Betriebes – den Luftverbrauch, den der Betrieb benötigt, erkennt und die Anlage entsprechend nachregelt. Dies ist relativ einfach über einen Drucksensor an der Schnittstelle zwischen Erzeugung und Verbrauch möglich.

Druckluftmanagement erfasst sämtliche Daten

Ein solches Druckluft-Managementsystem ist auch die Schnittstelle, über die sämtliche Daten der Druckluftstation gehen. Das System aggregiert die Betriebsdaten sämtlicher Kompressoren, die die Informationen über Profibus DP an den zentralen Sigma Air Manager weiterleiten. Zusätzlich werden auch Störungen, Verbrauchsverhalten, Wirtschaftlichkeit des gesamten Systems und angeschlossener Peripheriegeräte, beispielsweise Trockner, Kondensatableiter und -aufbereiter, erfasst.

Auch das Überwachen der Umgebungsbedingungen der Kompressorenstation ist Teil des Leistungskataloges. Das System betätigt sich nicht nur als Datensammler – so können Zeitdaten von bis zu einem Jahr immer wieder abgerufen werden –, sondern kann auch, falls erforderlich, die Daten über Standardschnittstellen an ein bereits beim Betreiber vorhandenes Leittechniksystem weitergeben. Außer auf die Kompatibilität der Anlage wurde auch Wert auf eine einfachere Visualisierung gelegt. Das System ist zusätzlich als Web-Server aufgebaut und kann so die Daten auch über einen einfachen Rechner in einem Webbrowser visualisieren. Das ist insbesondere von Vorteil, wenn der Betreiber kein Leittechniksystem besitzt.

Bedarfsgerechte Sicherheit

Die ständige Verfügbarkeit und Analyse der erhobenen Daten beinhaltet einen zusätzlichen Vorteil: Anomalien und Probleme werden frühzeitig erkannt und können automatisiert behandelt werden. Das fördert die Sicherheit der Anlage. Die Datenschnittstelle des Air-Managers bietet beispielsweise die Möglichkeit der Integration einer Nottelefonschaltung.

Um einen optimalen Betrieb der Anlage zu gewährleisten, ist das System in der Lage, die Daten online an ein zentrales Datenzentrum beim Betreiber, in diesem Falle Kaeser, zu übermitteln.

Zusätzliche Sicherheit bieten weitere Entwicklungen wie das Sigma Network, womit Kaeser ein leistungsfähiges Netzwerk auf Ethernet-Basis bietet, das in sich sicher abgeschlossen ist und das eine optimale Überwachung und effiziente Steuerung der Druckluftstation auch im Sinne der Industrie 4.0 ermöglicht.

Bei Werner & Mertz ist diese Komponente noch nicht installiert, die Möglichkeit zur Nachrüstung besteht aber auch in späteren Projektphasen. Das zentrale Datencenter des jeweiligen Herstellers ist nach einer Installation der zentrale Dreh- und Angelpunkt für alle weiteren Aktivitäten. So wird etwa die Servicestruktur über ein spezielles Servicemodul geleitet. Das international ausgerichtete Datencenter des Herstellers der Druckluftstation bricht die Daten auf die jeweils nationalen Servicecenter herunter. Diese können zum Beispiel Noteinsätze direkt über die ortsansässigen Monteure koordinieren, die mit eigenen Fahrzeugen in ständiger Bereitschaft stehen.

Die Umstellung der Druckluftversorgung wurde bei Werner & Mertz positiv begrüßt. Günther Heinrichs lobt vor allem die reibungslose Planung und Umsetzung über alle Phasen der Einführung hinweg, den zeitlichen Ablauf, die individuelle Anpassung und nicht zuletzt den Kostenfaktor. Besonders beim Stromverbrauch seien heute deutliche Änderungen zu spüren.

* Dipl.-Ing. (FH) Erwin Ruppelt ist leitender Projektingenieur, Dipl.-Betriebsw. Daniela Koehler ist Pressesprecherin bei der Kaeser Kompressoren SE in 96410 Coburg

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