Anwenderbericht

Echtzeit-Überwachung von mechanischen Pumpen durch IoT

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Unter dem Markennamen tim®IOT haben wir bei Timmer im Frühjahr 2021 eine digitale Lösung auf den Markt gebracht, die eine ortsunabhängige Echtzeit-Überwachung und vorausschauende Wartung bei pneumatischen Doppelmenbranpumpen ermöglicht. Im folgenden Beitrag möchten wir einen Überblick darüber geben, wie wir dabei vorgegangen sind und aus der Innensicht direkte Einblicke gewähren, welche Möglichkeiten das neue Servicegeschäft für das Unternehmen bietet.  

Doch zuvor ein kleiner Exkurs als Motivation: Moderne Anlagen, zum Beispiel zur Farbversorgung sind hochkomplex, zahlreiche Parameter werden bereits überwacht – häufig mit Ausnahme der Pumpen. Dabei sind sie häufig das Herzstück einer Anlage und somit ein entscheidendes Element in der Prozesskette. Ausfälle können deshalb zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen. Mit den Zielsetzungen einer höheren Prozesssicherheit, Minimierung von Stillständen sowie einer erheblichen Kosteneinsparung aufgrund besserer Planbarkeit haben wir uns schon länger mit intelligenten Sensoren und Datenanalysen beschäftigt. 

IoT beginnt mit dem Heben des Datenschatzes

Das Grundkonzept für den nun vorgestellten Plattform-Ansatz haben wir ganz klassisch im Rahmen von Abschlussarbeiten erstellt. Dabei ging es vor allem darum, die Kolbenpumpen bei Kunden vor Ort zu überwachen und Parameter für eine vorausschauende Wartung ableiten zu können. Dazu mussten zunächst Daten aus Fehler- und Verschleißzuständen gewonnen und analysiert werden, d.h. es wurden Druck-, Drehzahl- und Schwingungsprofile für unterschiedlichste Betriebs- und Verschleißzustände erstellt. Parallel mit dem „Heben des Datenschatzes“ war ein Know-how-Aufbau im Bereich der Datenanalyse, speziell im Bereich des maschinellen Lernens (ML) zu stemmen. Hierbei wurden neuronale Netze programmiert und mit den historischen Daten so lange trainiert, bis eine zuverlässige Unterscheidung zwischen normalen Betriebszuständen sowie Verschleiß- und Fehlerzuständen möglich war. Darüber hinaus konnten intelligente mathematische Algorithmen implementiert werden, die zuverlässige Prognosen über die Restlebensdauer von extrem belasteten Komponenten, wie z.B. Lagern, erstellen.

Systemaufbau und Funktionsweise

Systemaufbau: Zusammenspiel zwischen mechanischer Pumpe, tim®IOT-Smartbox und Kundenplattform

Der Systemaufbau von tim®IOT ist denkbar einfach: Die Pumpe muss zunächst über einen intelligenten Sensor verfügen. Dieser ist ab dem 1. Mai bereits in den meisten Timmer-Doppelmembranpumpen standardmäßig integriert. Anschließend wird der Sensor mit der tim®IOT-Smartbox verknüpft, welche die Daten mittels einer sicheren Übertragung, zum Beispiel über einen separaten, vom Firmennetz unabhängigen LTE-Router, an die Cloud überträgt. Die Visualisierung und Auswertung der Daten erfolgen auf frei wählbaren Endgeräten wie etwa PCs, Smartphones oder Tablets.

Unsere IoT-Plattform wird zum EKG für mechanische Pumpen

In Verbindung mit Druck- und Durchflußsensoren lassen sich in der IoT- Plattform nun aussagekräftige Profile aufnehmen, die – vergleichbar mit einem EKG beim Menschen – Aussagen über den „Gesundheitszustand“ der Pumpe ermöglichen. Wird ein kritischer Schwellwert erreicht, können über ein Benachrichtigungssystem Zustandsinformationen über die IoT- Plattform oder auch per eMail an den Maschinenführer übermittelt werden. Wartungseinsätze können somit rechtzeitig geplant und schon vor dem Ausfall der Komponente durchgeführt werden. Übersichtliche Histogramme, Tabellen und Statistiken sind unabhängig von Ort und Zeit einsehbar. Im Falle von Fehlerzuständen oder beim Überschreiten festgelegter Schwellenwerte erfolgt eine Benachrichtigung in der IoT-Plattform oder an eine festgelegte Mailadresse.

Erst mit den gesammelten und ausgewerteten Betriebsdaten wird eine vorausschauende Wartung ermöglicht, die zu geplanten Wartungseinsätzen ohne Anlagenstillstände und damit zu einer erheblichen Reduzierung der Kosten führt. Der proaktive Ansatz der vorausschauenden Wartung unterscheidet sich somit deutlich von denen häufig noch praktizierten reaktiven Wartungsansätzen, bei denen die Pumpen bis zum Ausfall betrieben werden.

Mehrwerte für Unternehmen und Kunden: Ein neues Geschäftsmodell entsteht

Weitere Kostenvorteile können sich aus der Analyse der gesammelten Daten ergeben. Durch die höhere Transparenz über die Nutzungszeiten und Einsatzbedingungen können die Anlagenverfügbarkeit verbessert und eine höhere Produktivität erreicht werden.  Die Planung und Dokumentation von Serviceprozessen werden mittlerweile ebenfalls über die IoT- Plattform ermöglicht. Hierdurch sind ebenfalls eine größere Transparenz und Effizienz der Serviceaktivitäten gegeben. Werden Ersatzteillisten oder Betriebsanleitungen benötigt, kann direkt auf die zugehörigen Dokumente in der Cloud zugegriffen werden. Unsere IoT- Cloud ist damit eine entscheidende Schlüsseltechnologie, um die Potentiale der Timmer- Pumpen voll auszunutzen und die Betriebskosten minimieren zu können.

Mithilfe der intelligenten Timmer-Software stehen Anwendern nun weitere nützliche Tools zur Verfügung. Dazu gehören unter anderem eine intuitive Wartungsplanung, ein Wartungskalender sowie eine nutzerfreundliche Verwaltung von Serviceberichten und pumpenspezifischen Dokumentationen. Die IoT-Lösung wird dabei auf Basis eine jährlichen Lizenzmodells vertrieben. 

Wir hoffen, dass unser Überblick andere Anwender aus der Region dazu motiviert, über ihre Erfahrungen zu berichten oder einen ähnlichen Weg einzuschlagen. Wir freuen uns über jede Möglichkeit zum Austausch. 

Autor Olaf Beckmann

Die Timmer GmbH ist Ihr zuverlässiger Partner in den Bereichen Pneumatik, Vakuumtechnik sowie Pumpen- und Dosiertechnik. Mit über 140 Mitarbeitern entwickeln, fertigen und vertreiben wir in zwei Werken eine umfassende Produktpalette – von kundenspezifischen Sonderlösungen bis hin zu technischem Zubehör. Kurzum: Wir bieten Ihnen alles, was Sie für Ihre tägliche Praxis benötigen. Unsere Produkte sind unter den Markennamen Timmer und TIVAtec weltweit bekannt.


Autor Christoph Bauer

Die Timmer GmbH ist Ihr zuverlässiger Partner in den Bereichen Pneumatik, Vakuumtechnik sowie Pumpen- und Dosiertechnik. Mit über 140 Mitarbeitern entwickeln, fertigen und vertreiben wir in zwei Werken eine umfassende Produktpalette – von kundenspezifischen Sonderlösungen bis hin zu technischem Zubehör. Kurzum: Wir bieten Ihnen alles, was Sie für Ihre tägliche Praxis benötigen. Unsere Produkte sind unter den Markennamen Timmer und TIVAtec weltweit bekannt.


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