Effiziente Instandhaltung − Applikationen mit Totally Integrated AutomationBroschüre · November 2011

Answers for industry.

Maintenance

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Mehr Effizienz für die Instandhaltung2

Mehr Effizienz für die Instandhaltung

Mehr als 99 % Verfügbarkeit sind für anspruchsvolle Produktivitätsziele keine Seltenheit. Die Instandhaltung muss diese Verfügbarkeit gewährleisten. Da der Anteil der Instandhaltungskosten an den Betriebskosten in der Praxis häufig sehr hoch ist, ist auch in der Instandhaltung höchste Effizienz erforderlich.

Geräte mit eigener Intelligenz, die ihren Wartungsbedarf abhängig von der Einsatzdauer, der Zahl ihrer Lastspiele oder ihrem Zustand selbst signalisieren, unterstützen die Arbeit der Instandhalter. Insbesondere bei größeren Anlagen kann dadurch jedoch eine Informationsflut entstehen, die den Überblick erschwert. Das gilt umso mehr, als üblicherweise Systemmeldungen zusammen mit Prozessdaten am selben Visualisierungssystem angezeigt werden.

Totally Integrated Automation schafft hier die Voraussetzung für mehr Effizienz:

• Die Daten für Prozessführung einerseits und Instand-haltung andererseits werden zielgruppengerecht aufge-teilt, aufbereitet und angezeigt – automatisch, ohne dass dafür Engineeringaufwand entsteht.

• Permanentes Condition Monitoring und die Erfassung von Energiedaten bilden die Basis für weitere Prozessoptimie-rungen.

Anlagennahes Assetmanagement

Für die Instandhaltung übernimmt eine Software-Option zum SCADA System SIMATIC WinCC und zum Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7 die automatische Datenaufbereitung und -anzeige. Instandhaltungsrelevante Informationen aller Geräte und Aggregate (Assets) werden auf einer gemeinsamen Oberfläche gebündelt. Dazu wird parallel zur Operator Station eine Maintenance Station angelegt.

Nutzen:

• Einheitliche und herstellerunabhängig standardisierte Symbole unterstützen eine intuitive und schnelle Fehlerer-kennung und -behebung.

• Ein mehrstufiges, einheitliches Meldekonzept ermöglicht es, den optimalen Instandhaltungszeitpunkt zu ermitteln, so dass die Lebensdauer der Assets optimal genutzt werden kann.

Einheitliche Symbole für den Zustand der Komponenten und Geräte

Unterschiedliche Sichten auf die Anlage, optimal aufeinander abgestimmt über eine gemeinsame Oberfläche.

umschaltbarumschaltbar

Energie-DatenProzess-DatenDiagnose-Daten

Energie-DatenProzess-DatenDiagnoseAnlage

Steuerungs-/Prozessebene

Basissystem WinCC/PCS 7

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SIMATIC Maintenance Station SIMATIC WinCC/PCS 7 SIMATIC powerrate

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Condition Monitoring zur exakten Planung des optimalen Wartungszeitpunktes

In nahezu jedem Produktionsumfeld, überall, wo Prozesse automatisiert werden, gibt es Komponenten, die für die Verfügbarkeit der Anlage von besonderer Bedeutung sind. Diese Komponenten sind häufig teuer und haben möglicher-weise eine lange Wiederbeschaffungsdauer. Deshalb ist eine besonders sorgfältige Überwachung erforderlich, um die Wartung bereits vor einer möglichen Störung durchführen zu können.

Neue Condition Monitoring Systeme machen die permanente Überwachung aller wichtigen Anlagenteile zur Ermittlung des optimalen Wartungszeitpunktes wirtschaftlich interessant. Als Indikatoren für Korrosion, Abrieb oder Verschmutzung können unterschiedliche Messgrößen erfasst werden.

Energiemanagement als Instandhaltungsaufgabe

Bei elektrisch geregelten Aggregaten führen Verschleißer-scheinungen häufig zu einer erhöhten Stromaufnahme. In diesem Zusammenhang gewinnt die Messung des Energiever-brauches in der Instandhaltung eine wichtige Rolle.

Bei Totally Integrated Automation ist es möglich, instandhal-tungsrelevante Informationen und Energieverbrauchswerte über das gleiche Visualisierungssystem darzustellen. Das steigert die Effizienz bei der Instandhaltung und erleichtert die Prozessoptimierung. Die Lösung ist modular und preiswert. Sie kann nach und nach rückwirkungsfrei in beste-hende Anlagen integriert werden.

Einsparungspotenzial mit der SIMATIC Maintenance Station in unterschiedlichen Projektphasen.

Komponenten für eine effiziente Instandhaltung

■ SIMATIC Maintenance Station– für die gebündelte, herstellerunabhängige

standardisierte und hierarchisch gegliederte Darstellung instandhaltungsrelevanter Informa-tionen.

– Software Option zum SCADA-System SIMATIC WinCC bzw. zum Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7.

– Einfache Einbindung von Fremdsystemen über offene Schnittstellen.

■ SIPLUS CMS Condition Monitoring– Modular aufgebautes System zur permanenten

Zustandsüberwachung, z. B. durch Schwingungs-analyse von Maschinen und Prozessen.

– Genormte Schnittstellen zur einfachen nachträg-liche Integration und den Anschluss unterschied-licher Signalquellen.

– Hohe Abtastraten, synchrone Datenaufzeichnung und standardisierte Analysebausteine garantieren eine detaillierte Analyse und Diagnose der Signale.

– Einfache Konfiguration der Anzeige relevanter Grenzwerte in der Maintenance Station.

■ SIMATIC powerrate– Zur Aufzeichnung und Auswertung von Energie-

verbrauchswerten und Energiekosten, inkl. Energieberichten.

– Software Option zum SCADA System SIMATIC WinCC bzw. zum Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7.

– Standardisierte Messgeräte:für jede Anwendung eine Lösung zum optimalen Preis-Leistungs-Verhältnis.

– Jederzeit nachträglich nachrüstbare Geräte.

Engineering/IBS

ohneMaintenance

Station

Kostenvorteil90% - 100%

mitMaintenance

Station

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Betrieb

Instandhaltungs-kosten

Zeit

Ohne

Kostenvorteil

Mit Maintenance Station

Maintenance Station

10% - 20%

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XX

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Zentrale und herstellerübergreifende Visualisierung

Die Aufteilung der Meldungen für die Prozessführung einerseits und für die Instandhaltung andererseits ist bei allen größeren Anlagen sinnvoll, um einer Informa-tionsflut vorzubeugen und die Effizienz von Bedienung und Instandhaltung zu erhöhen. Ganz besonders kommt der Nutzen einer einheitlichen und standardisierten Visualisierung von Instandhaltungsdaten bei Anlagen mit Maschinen unterschiedlicher Hersteller oder räumlich weit verteilten Teilanlagen zum Tragen.

Verpackungslinien:Unterschiedliche Maschinen − unterschiedliche Automati-sierungskonzepte − einheitliche Diagnose

Verpackungslinien bestehen häufig aus einer Vielzahl von Spezialmaschinen. Zu den eigentlichen Abfüll- und Verpa-ckungsmaschinen können Waagen, Dosiereinrichtungen, Zähler, Palettierer usw. kommen. Wird das Spektrum der zu verpackenden Produkte erweitert oder ändern sich die Anfor-derungen des Marktes, muss innoviert, ausgetauscht oder ergänzt werden. Maschinen unterschiedlicher Hersteller folgen dabei nicht selten unterschiedlichen Automatisie-rungskonzepten, haben unterschiedliche Systemschnitt-stellen und erschweren damit die Instandhaltung.

Linien-Visualisierung mit SIMATIC Maintenance Station

1) Dabei sind geeignete Schutzmaßnahmen (u.a. IT-Security, z.B. Netzwerk-segmentierung) zu ergreifen, um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Weitere Informationen zum Thema Industrial Security finden Sie im Internet unter www.siemens.de/industrialsecurity.

2) Unterstützung internationaler Standards wie OMAC, Weihenstephan oder PROFINET gestalten die Linienintegration deutlich einfacher und schneller.www.siemens.de/automation/omac

3) Modulare Automatisierungsarchitekturen sowie Software Bausteine, basierend auf leistungsstarken Hard- und Software Komponenten. OPL schafft die Voraussetzung für die einfache, schnelle und wirtschaftliche Realisierung von Maschinenlösungen mit hohem Innovationspotential.www.siemens.de/verpackung

Nutzen einer zentralen standardisierten Visualisierung von Diagnosemeldungen über die Maintenance Station

■ Schneller Zugriff auf Detailinformationen ausgehend vom Anlagenübersichtsbild: Störungen lassen sich wesentlich schneller orten und beheben.

■ Einfaches intuitives Bedienen ohne aufwändige Einarbeitung des Instandhaltungspersonals.

■ Mehrstufiges Meldekonzept gibt Planungssicherheit für optimalen Instandhaltungszeitpunkt.

■ Diagnosemeldungen und -symbole werden automa-tisch generiert.

■ Energiedaten als Bestandteil der zentralen Visuali-sierung: Aus der Korrelation mit dem Maschinen-status kann auch auf Wartungsbedarf geschlossen werden.

■ Einheitliche Visualisierung aller Assets

Zugriff für Fernwartung 1)

Maschine 4 3)Maschine 3 3)Maschine 2 3)Maschine 1 3)

vertikale Integration

horizontale Integration

Prozess

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SIMATIC Maintenance Station

SCADA

Standard Machine Interface 2)

PROFINET

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Das Optimized Packaging Line-Konzept, kurz "OPL" reduziert die Komplexität durch Verwenden einheitlicher Automatisie-rungs- und Kommunikationsstandards. Somit schafft es die Basis, um die Optimierungen hinsichtlich Produktivität, Flexi-bilität, Zuverlässigkeit, Wartung und Energieeffizienz voll auszuschöpfen.

Abfüllanlage

Hier bewährt sich die Vereinheitlichung der Schnittstellen zur Übertragung von Maschineninformationen über den OMAC-Standard. Eine zentrale Liniensteuerung fasst die Informa-tionen der unterlagerten Maschinen zusammen. Die überge-ordnete Visualisierung übernimmt SIMATIC WinCC. Die SIMATIC Maintenance Station zeigt die instandhaltungsrele-vanten Informationen der gesamten Linie zentral an.

Wasserwirtschaft:Weit verteilte Anlagen − bedienerloser Betrieb − ortsunab-hängige Diagnose, eindeutig und ohne Zeitverzug

Ein Beispiel aus der Prozesstechnik ist die Wasserwirtschaft. Trinkwasser wird aus Grundwasserbrunnen, aus Quellen oder Oberflächengewässern gewonnen, in Wasserwerken aufbe-reitet und über das Rohrnetz an Industrie und Haushalte verteilt. Nach Gebrauch wird es als Abwasser über die Kanali-sation zu Kläranlagen geleitet, wo es verschiedene Reini-gungsstufen durchläuft, um schließlich in Flüsse geleitet zu werden.

Typisch für Wasserwerke und Kläranlagen sind zentrale Warten zur vollautomatischen Überwachung und Visuali-sierung von Unterstationen, die räumlich relativ weit entfernt sein können und in der Regel auch ihrerseits vollautomatisch arbeiten.

Trinkwasserspeicher

Die Maintenance Station unterstützt die Instandhaltung der zum Teil schwer zugänglichen Geräte und Armaturen:

• Automatische Generierung von Geräte-Identifikations- und Wartungsdaten reduziert Engineeringaufwand.

• Herstellerübergreifende Normung der Datenformate durch PROFIBUS und PROFINET International spart Zeit und verringert die Fehlerwahrscheinlichkeit.

• Das Meldearchiv des unterlagerten Prozessleit- oder -visua-lisierungsystems bietet die Möglichkeit, (Wartungs-)Ereig-nisse und die Reaktion des Bedieners darauf nachvoll-ziehen zu können.

• Die bewährten WinCC Server-Client- und Webanwen-dungen machen den Fernzugriff auf Daten möglich und stellen sicher, dass die Instandhaltung rechtzeitig infor-miert wird, auch wenn niemand vor Ort ist1).

Positives Feedback aus unterschiedlichen Branchen

Beste Erfahrungen mit der Maintenance Station existieren auch bereits bei der Entwässerung von Klärschlamm. Hier konnte ein englischer Betreiber durch die gleichzeitige Visua-lisierung der zuführenden Pipeline und der eigentlichen Anlage in der Instandhaltung deutlich effizienter werden.

Gaskavernen sind mit hohen Investitionen verbunden. Mehr als bei vielen anderen Anlagen entscheidet hier die Verfüg-barkeit über die Wirtschaftlichkeit. Um schnell und zuverlässig auf Angebot und Nachfrage von Energiebörse reagieren zu können, müssen Störungen ausgeschlossen werden können. Ein großer Energieversorger setzt dafür auf SIMATIC PCS 7 und die Maintenance Station (Anlagennahes Asset Management).

1) Weitere Informationen zum Thema Industrial Security finden Sie im Internet unter www.siemens.de/industrialsecurity.

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Condition Monitoring für erhöhte Verfügbarkeitsanforderungen

Die permanente Überwachung von Geräten und Aggre-gaten, z. B. auf Schwingungen, Erhitzung oder erhöhte Stromaufnahme ermöglicht eine wesentlich bessere Planung und Koordinierung von Instandhaltungsmaß-nahmen. Einsparpotenzial ergibt sich sowohl aus der integrierten Darstellung aller instandhaltungsrelevanten Informationen in einem System, als auch dadurch, dass die Lebensdauer kontinuierlich überwachter Kompo-nenten noch besser ausgenutzt werden kann. Aus der Modularität und Nachrüstbarkeit von Mess-, Auswerte- und Visualisierungssystemen ergibt sich ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis bei der Anschaffung, Lager-haltung und im laufenden Betrieb.

Nahrungsmittelindustrie − maximale Anforderungen an Qualität, Verfügbarkeit, Flexibilität und Nachvollzieh-barkeit

Speiseöl ist ein Grundnahrungsmittel, das weltweit in großen Mengen konsumiert wird. Ertrag und Qualität der dafür benötigten Ölsaaten sind stark von Klima und Anbaubedin-gungen abhängig. Aber auch die Weiterverarbeitung von der Saat zum Öl beeinflusst die Qualität entscheidend. Die Herausforderung besteht darin, unter diesen Bedingungen gleichbleibend hochwertige Produkte in den vom Markt gefor-derten Mengen zu liefern. Neben höchster Verfügbarkeit der Anlage sind Transparenz und Flexibilität gefordert, um jederzeit Optimierungen vornehmen und in ihrer Auswirkung nachvollziehen zu können.

In der Ölmühle kommen Kreiselpumpen, Antriebe, Motoren, Messgeräte und Steuerungen vor, die besonders sorgfältig in Stand zu halten sind, da ein Ausfall zur Verunreinigung des

Speiseöls führen und hohen Aufwand für die Entsorgung, zusätzliche Aufarbeitung und Reparatur nach sich ziehen kann.

Verändertes Antriebsverhalten − Hinweis auf bevorste-henden Ausfall oder auf Qualitätsschwankungen des Pressguts?In jeder Ölmühle kommen eine Vielzahl von Antrieben zum Einsatz. Das Spektrum reicht von 2-kW-Antrieben für die Förderbänder bis zu Motoren mit über 400 kW für die Saaten-pressen. Änderungen im Vibrationsverhalten der verschie-denen Apparate − gemessen über das Condition Monitoring System SIPLUS CMS − können hier Hinweise auf eine Wartungsaufgabe geben. Der Stromverbrauch der Apparate ist ebenfalls ein wichtiger Zustandsparameter. Ein ungewöhn-licher Wert – dargestellt über SIMATIC powerrate – kann ein Hinweis auf Verschleiß sein. In Prozessanlagen, wie z. B. den Saatenpressen der Speiseölindustrie, wäre ein untypischer Wert auch ein Hinweis auf falsche Prozesssteuerung oder einen mangelhaften Rohstoff. So lassen sich aus dem Werte-verlauf auch wertvolle Hinweise zur Prozessoptimierung gewinnen.

Mit Hilfe von SIMATIC Steuerungen können Prozessdaten visualisiert und zusammen mit allen Bedieneingriffen archi-viert werden.

Einsatz in weiteren BranchenDie Vorteile von SIPLUS CMS nutzt man auch in der Stahlblech-verarbeitung und der Papierherstellung, um rückwirkend die Qualität von Produktionsprozessen zu analysieren. Weitere Einsatzbereiche sind u. a. Windenergieanlagen, Zement-mühlen, Kranmanagement und die Metallverarbeitung.

Diagnosemöglichkeiten eines Antriebs mit SIPLUS CMS über Vibrationsanalyse

Lagerschaden

Wicklungsfehler

Falsche Ausrichtung

Zahnradschaden

Resonanz

Unwucht

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Gefährlichen Verschleiß in Kreiselpumpen schnell und zuverlässig identifizieren

Kreiselpumpen in Raffinerien und anderen Prozessanlagen werden oft redundant ausgeführt, da ein plötzlicher Ausfall fatale Folgen haben könnte. In der Desodorierung einer Speiseölraffinerie beispielsweise würde bei Ausfall der Produktpumpe das fertige Öl zurück in den unter Vakuum stehenden Desodorator fließen. Der komplette Prozess käme zum Erliegen.

Diagnosebaustein PumpMon für SIMATIC PCS 7

Eine Möglichkeit, die Funktion der Pumpe abzusichern, besteht darin, sie redundant auszulegen. SIMATIC PCS 7 bietet im Rahmen des Anlagennahen Asset Managements eine wesentlich kostengünstigere Lösung: den Diagnosebaustein PumpMon. Durch die intelligente Auswertung von Sensor-Signalen, die bereits im Leitsystem vorhanden sind, wie Druckdifferenzen, Durchfluss, Leistungsaufnahme und Temperatur, erlaubt PumpMon eine Zustandsüberwachung und Analyse von Kreiselpumpen. Grenzwertverletzungen des Pumpen-Nennarbeitsbereiches und Abweichungen vom erwarteten Kennlinienverlauf werden dem Anwender gemeldet. Bausteinausgänge erlauben die Weiterverar-beitung dieser Daten. Statistische Auswertungen der Betriebs-daten ermöglichen zusätzlich die Optimierung der Pumpen-auslegung. So stellt PumpMon gleichzeitig eine kosten-günstige Lösung für das Aufspüren von Energieeinsparungs-möglichkeiten dar.

Entsprechende Diagnosebausteine bietet SIMATIC PCS 7 auch für weitere mechanische Komponenten, wie Ventile und Wärmetauscher.

Auch die Vibrationsanalyse mit Hilfe von SIPLUS CMS kann zur Diagnose von Verschleißerscheinungen an der Pumpe genutzt werden.

Synergien durch erhöhte Transparenz

Das modulare Condition Monitoring System SIPLUS CMS ermöglicht die permanente Überwachung von Motoren, Lagern, Kompressoren, Pumpen, Getrieben etc. auf unter-schiedliche Parameter.

• Die permanente Überwachung bietet sicheren Schutz vor unerwarteten Ausfällen

• Die Instandhaltung wird besser planbar und effizienter.• Die Lebensdauer kostspieliger Aggregate kann voll genutzt

werden.• Die abgeleiteten Instandhaltungsstrategien sind in der

Regel wirtschaftlicher als redundant ausgelegte Geräte.

Das Energiemanagementsystem SIMATIC powerrate für das SCADA System SIMATIC WinCC und das Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7 erfasst Energiedaten, wertet sie aus und visua-lisiert sie.

Diese unterschiedlichen Sichten auf eine Anlage (System-diagnose, Instandhaltungshinweise, Anlagenzustand, Energieverbrauch) sind bei Totally Integrated Automation optimal aufeinander abgestimmt und über eine gemeinsame Oberfläche visualisiert. Diese Transparenz ermöglicht eine wesentlich effizientere Instandhaltung, erhöht die Verfüg-barkeit und erleichtert Prozessoptimierung, die zu mehr Flexi-bilität oder einem energieeffizienteren Betrieb führen können.

Systemaufbau mit SIPLUS CMS

SIMATIC Steuerung

Antrieb

Service-Zentrale

Schwingungs-Sensoren

Drehzahl-sensor

Temperatur-fühler

SIPLUS CMS4000 X-Tools

SIMATIC Maintenance Station

Internet

SIPLUS CMS2000

Ethernet

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Die Informationen in dieser Broschüre enthalten Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. Liefermöglichkeiten und technische Änderungen vorbehalten.Alle Erzeugnisbezeichnungen können Marken oder Erzeugnis-namen der Siemens AG oder anderer, zuliefernder Unternehmen sein, deren Benutzung durch Dritte für deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann.

Weitere Informationen

Broschüren:

Produkte und Funktionen für effiziente Instandhaltung in der Prozessautomatisierung; PDFwww.siemens.de/simatic/druckschriften

Produkte und Funktionen für effiziente Instandhaltung in Totally Integrated Automation; PDFwww.siemens.de/simatic/druckschriften

Effizientes Condition Monitoring für Maschinen und Prozesse: SIPLUS CMSwww.siemens.de/simatic/druckschriften

Mehr zum Thema:

Maintenance Station für Totally Integrated Automation:www.siemens.de/wincc

Maintenance Station in der Prozessleittechnik:www.siemens.de/pcs7(siehe Systemkomponenten)

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