Kommunikation mit Ethernet Wenn Industrie 4.0 auf Getreide trifft

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Zugegeben: Auf den ersten Blick haben Industrie 4.0 und Landwirtschaft nicht viel gemeinsam. Ein großer getreideverarbeitender Betrieb in den USA setzt jedoch auf ein cloudbasiertes System, um die Ausfallzeiten in den Verladeprozessen und vor allem in den Becherwerken zu minimieren. Basistechnologie hierfür war Profinet.

Wenn man Getreideverarbeitungsprozesse so problemlos wie möglich, ohne Ausfallzeiten, unerkannte Sicherheitsrisiken und unnötige Betriebskosten ausführen möchte, ist das Internet-of-Things wahrscheinlich nicht gerade die erste Option, an die man denkt. Und doch wurde hierfür ein cloudbasiertes System entwickelt und mit durchschlagendem Erfolg eingesetzt. Das System überwacht nicht nur die Zustände des Getreides sondern auch die Anlagenkomponenten und liefert den Anlagenfahrern wertvolle Informationen, sodass sie proaktiv handeln können.

Riceland Foods setzt ein von Temputech implementiertes Profinet-System ein, das Hunderte Sensoren überwacht und so zu deutlich optimierten Prozessen, höherer Sicherheit, geringeren Ausfallzeiten und zur Erfassung von umfangreicheren Betriebsdaten für kontinuierliche Verbesserungen beiträgt. „Zum ersten Mal haben die Anlagenfahrer in den Getreideverarbeitungsanlagen nicht nur Echtzeitzugriff auf Informationen sondern auch auf rund um die Uhr erfasste Datentrends, anhand derer sie nicht nur nachvollziehen können, was vor sich geht, sondern auch warum etwas vor sich geht“, beschreibt Adrian Merrill, Vice President of Operations and Corporate Development von Temputech, den Vorteil. „Dank dieser Trendanalyse erhalten Anlagenfahrer und Manager aller Ebenen bei Riceland einen detaillierten Einblick in die Vorgänge, die sie zur Entscheidungsfindung nutzen können. Besser als dies mit den herkömmlichen zu einem bestimmten Stichzeitpunkt eingereichten Tagesberichten möglich gewesen wäre.“

Vernetzung von Sensoren und Betriebsmitteln

Das Temputech-System kombiniert GE Equipment Insight – ein Hard- und Softwaresystem für die Datenerfassung, Datenanalyse und die Remote-Verwaltung von Betriebsmitteln – mit einem Profinet-Industrial-Ethernet-Netzwerk, in dem Hunderte von Sensoren und sonstige Betriebsmittel in der Getreideverarbeitungsanlage sowie an Fördervorrichtungen und Becherwerken untereinander vernetzt sind. Das System bietet Datenübertragungsmöglichkeiten und Analysetools, die wertvolle Betriebsdaten liefern, auf die Anlagenführer und Manager des Unternehmens jederzeit vor Ort oder aus der Ferne per Internet zugreifen können.

Proaktive Verwaltung von allen Komponenten

Zusätzlich zur Bereitstellung von Daten für die Analyse liefert das System Informationen zur proaktiven Verwaltung der Zustände des Getreides und der Betriebsmittel. So können Probleme erkannt werden, noch bevor sie eine Gefährdung darstellen, und Betriebsmittel können rechtzeitig abgeschaltet werden, um den sicheren Betrieb aufrecht zu erhalten. „Zur Erntezeit ist es bei einem großen Lagerkomplex nichts Ungewöhnliches, wenn 25 mit Getreide beladene Lastwagen auf das Entladen warten“, erklärt Merrill. „Wenn dann ein Becherwerk ausfällt oder sich verklemmt, stehen die Lastwagenfahrer, Landwirte und Anlagenführer stundenlang herum und verlieren bares Geld, während die Anlage repariert wird.“

Das System wurde ursprünglich an zwei Maschinen der Anlage in Jonesboro implementiert und umfasst die Überwachung von 296 Sensoren einschließlich Sensoren an Becherwerken, Zuführvorrichtungen und Lagern, Näherungsschaltern, Motorsensoren, Abschaltkreisen und Alarmkreisen.

„Bei unserer ersten Implementierung in der Anlage von Riceland im April 2014 haben wir bemerkt, dass die Zuführvorrichtung zu einem der Becherwerke zu schnell lief und somit mehr Getreide zuführte als das Becherwerk weitertransportieren konnte. Somit fiel der Prozess unter die in der Norm OSHA 1910.272 geforderte 80-Prozent-Grenze. Wenn dies eintritt, müssen Arbeiter das Getreide aus dem Becherwerk schaufeln, was mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann“, sagt Merrill.

„Mittlerweile sind wir in der Lage, bereits die Entstehung einer solchen Situation zu erkennen. Wenn das Becherwerk die 90-Prozent-Grenze unterschreitet, wird die Zuführvorrichtung automatisch gestoppt und ein Alarm ausgegeben, sodass das Becherwerk überschüssiges Getreide abführen kann, bevor sich die Anlage zusetzt.“

Nach einer kurzen Inspektion wird die Zuführvorrichtung dann von Hand neu gestartet. Die Integration der unterschiedlichen Gerätesensoren und der Software zur Überwachung von Betriebsmitteln erfolgt über eine einzelne Echtzeitplattform mit proaktiver Ausgabe von Alarmen in Equipment Insight von GE. Die Lösung liefert die detaillierten Daten, die mit den Alarmen im Zusammenhang stehen.

Des Weiteren waren die automatische Backup-Funktion, die Redundanz und die Möglichkeit zum ortsunabhängigen Zugriff auf Informationen über Mobilgeräte weitere ausschlaggebende Faktoren, die Riceland von der Fähigkeit des Systems überzeugt haben, die Getreideverarbeitungsprozesse grundlegend zu optimieren. Merrill fügte hinzu, dass nachdem das System installiert wurde, Riceland bei der Ernte 2014 erstmals keine Prozesse stoppen musste, um Getreide herauszuschaufeln.

Anwendbarkeit auch in kleinen Siloanlagen

Dank der modularen Hardware und der vorkonfigurierten Software des Temputech-Systems können selbst kleine getreideverarbeitende Betriebe ihre Prozesse deutlich optimieren. Basierend auf dem Erfolg des Systems bei Riceland bietet Temputech Nachrüstprojekte für weitere Anlagen an und entwickelte eine abgespeckte Version für kleinere Siloanwendungen.

Einer der Hauptgründe dafür, dass das System auch für kleine Betriebe erschwinglich ist, ist der Wegfall von vielen Leitungen. Bei dem System werden Profinet-Kabel für die Vernetzung der Sensoren über die gesamte Anlage hinweg verwendet. „Mit Profinet können wir auf die herkömmlichen Leitungen verzichten, die von jedem Getreidesilo an einen zentralen Punkt verlegt werden müssen“, sagt Merrill. „Wir haben buchstäblich mehrere Kilometer Leitungen und Kabelführungen durch ein Ethernetkabel ersetzt. Damit ließen sich erhebliche Einsparungen erzielen, wenn man bedenkt, dass sich in einigen der Anlagen Hunderte von Getreidesilos über eine Distanz von bis zu 800 Meter oder weiter erstrecken.“

Konzentration auf die wichtigen Probleme

Merrill hebt die Intelligenz zur Sicherstellung der größtmöglichen Netzwerkzuverlässigkeit als wichtigste Eigenschaft hervor, die mit der Profinet-Technologie einhergeht. „Die fehlertolerante Profinet-Technologie verfügt über eigene Diagnose- und Alarmfunktionen, sodass wir stets wissen, wenn ein Kommunikationspfad verloren gegangen ist. Ein Controller stellt dann einen redundanten Pfad bereit, sodass wir nie die Verbindung verlieren. Dies ist der Schlüssel für maximale Maschinenverfügbarkeit, da das Profinet-Netzwerk sowohl den Kunden als auch unsere Servicetechniker unabhängig von deren Standort über sämtliche Kommunikationsfehler informiert.“

„Dank der Datenerfassung von allen Sensoren über die Echtzeitplattform von Profinet sind an unseren Mensch-Maschine-Schnittstellen oder sonstigen Geräten stets die richtigen Informationen schnell und in überwachter Form verfügbar und ermöglichen so eine vorbeugende Wartung. Unsere Techniker können Kommunikationsprobleme schnell ad acta legen und sich auf das tatsächliche Problem konzentrieren, wegen dem der Servicefall tatsächlich ausgelöst wurde“, fügte Merrill hinzu.

Ausblick: In naher Zukunft wird das Temputech-System in der Lage sein, Auszüge aus den Betriebsdaten in den Berichten so bereitzustellen, dass diese genau auf die jeweiligen Anforderungen und Bedürfnisse der einzelnen Manager abgestimmt sind.

„Mit diesen neuen Fähigkeiten, sind wir von einem reagierenden Unternehmen, das nach dem Eintreten von Schäden zur Reparatur gerufen wurde, zu einem proaktiv agierenden Softwareanalyseunternehmen geworden“, sagt Merrill. „Die von diesem System bereitgestellten Betriebsdaten können nicht nur die Verwaltung von Getreideverarbeitungsprozessen für unsere Kunden optimieren, sondern ermöglichen auch die Erweiterung unseres Portfolios um die proaktive Analyse als gewinnbringenden Service.“ 

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