CITplus - Mit iSolutions verschmilzt Grundfos Hydraulik, Antriebslösungen, Sensoren und Regelungstechnik zu einem intelligenten, sich den Anforderungen anpassenden Hybridsystem.

Politik und Industrie absolvieren derzeit eine steile Lernkurve: Die Politiker lernen, dass man Strom nicht nur erzeugen, sondern auch speichern und verteilen muss. Und die Manager sind dabei zu lernen, dass Investitionen in die Energieeffizienz anders zu kalkulieren sind als der Kauf einer Destillationskolonne.
Eine Lernkurve absolvieren auch die Betreiber und Hersteller von Pumpen. Beide lernen: Eine Pumpe darf nicht als isoliertes System betrachtet werden, sie arbeitet nicht im luftleeren Raum! Sie besteht aus Komponenten (Hydraulik, Motor, Getriebe, Frequenzumrichter) und sie ist stets eingebunden in eine Anlage (Reaktor, Rohrleitungen, Prozessleittechnik).
Das hat Folgerungen, die es zu beachten gilt. Die wichtigste Konsequenz: Es ist weder technisch noch wirtschaftlich zielführend, eine neu zu installierende Pumpe bzw. eine Pumpe im Bestand rein auf die Pumpentechnik fokussiert auszulegen bzw. zu optimieren. Stets sollte der Planer/der Betreiber das System, die gesamte Umgebung der Pumpe mit im Blick haben.
Diese Vorgehensweise ist immer richtig, wenngleich nicht immer gleich wichtig: Bei einer Hochwasserschutz-Pumpe, die zweimal im Jahr anläuft, ist eine detaillierte Systembetrachtung eher vernachlässigbar. Doch je relevanter die Förderaufgabe für einen industriellen Prozess ist, desto höhere Aufmerksamkeit erfordert der Systemansatz - auch weil die praktische Erfahrung lehrt: Die gemäß Systemansatz ausgelegte und betriebene Pumpe arbeitet in aller Regel zuverlässiger und ist weniger störanfällig.

Hohe Fertigungstiefe: Lösungen aus einem Guss
Auf die Anlagenverhältnisse kann sich ein Pumpen-Hersteller erst im konkreten Planungsfall einstellen; jede Anlage ist ein Unikat. Auf die Komponenten der Pumpe selbst wie Hydraulik, Motor, Frequenzumformer und Sensoren hat der Hersteller selbstverständlich bereits vorab Einfluss, wie das Beispiel Grundfos zeigt.
Dieser Anbieter vertritt generell die Philosophie, so viele Komponenten und Bauteile wie möglich selbst herzustellen. Diese Unabhängigkeit macht sich spätestens beim Entwurf neuer Produkte bezahlt: Die Konstrukteure und Forschungsingenieure können stets die aus ihrer Sicht beste Lösung wählen, anstatt sich den Spezifikationen der Bauteile eines anderen Herstellers zu unterwerfen. Deshalb entwickelt und produziert das Unternehmen nicht nur die Pumpen selbst, sondern fertigt auch die Motoren und die Elektronik für Steuerungen und Regelungen in eigener Regie. Der wesentliche Vorteil dieser Unternehmens-Philosophie: Die Komponenten sind pumpenspezifisch ausgelegt, quasi aus einem Guss.
Das ist die Basis für den iSolutions-Ansatz von Grundfos: Der modulare Ansatz, der dem iSolutions-Programm zugrunde liegt, stellt einen präzisen Abgleich zwischen den Anlagenanforderungen und den verwendeten elektronischen Bauteilen sicher. iSolutions sichern eine hohe Energieeffizienz, niedrige Fehlerraten und kürzere Ausfallzeiten, verbunden mit einer nahtlosen Anlagenintegration und vorteilhaften Regelungs-Routinen. Kurz: Sie sind präzise für den gewünschten Einsatzzweck konzipiert.

iSolutions-Beispiel 1
Eine ideale iSolutions-Lösung ist der MGE-Antrieb der 3. Generation. Diese Motoren übertreffen sogar zusammen mit dem integrierten Frequenzumformer deutlich die Anforderungen der Energieeffizienzklasse Super Premium Efficiency IE4 (gemäß IEC TS 60034-31 Ed.1). Interessant für Betreiber sind auch Zusatzfunktionen: Wie bisher sind MGE-Motoren mit vorprogrammierten Regelungsarten ausgestattet - bspw. ist ein Betrieb unter Konstantdruck möglich, ebenso unter Proportionaldruck. Oder die Pumpe hält ein konstantes Niveau bzw. eine konstante Temperatur. Diese vordefinierten Regelungsarten ermöglichen es dem Betreiber, die Pumpe sehr einfach den üblichen Anwendungen anzupassen. Neu sind Zusatzfunktionen wie das Befüllen einer Rohrleitung unter verringerter Förderleistung ohne Gefahr eines schädlichen Druckstoßes, das Abschätzen des Volumenstroms auf der Basis der Drehzahl und des Energieverbrauchs sowie das Abschätzen der spezifisch benötigten Energie in kWh/m3 auf Basis des Förderstroms.

iSolutions-Beispiel 2
Ein typischer iSolutions-Baustein bietet die AutoAdapt-Funktion: Sie sichert eine präzise Konfiguration der Anlage und damit maximale Energienutzung. Dazu analysiert die Pumpe kontinuierlich und automatisch die Anlagenanforderungen auf Veränderungen und nimmt anschließend zur Sicherung der Gesamtanlageneffizienz die entsprechenden Leistungsanpassungen vor.

iSolutions-Beispiel 3
Membranverfahren (Ultrafiltration UF, Umkehrosmose RO) zur Aufbereitung von Trink-, Prozess- und Reinstwasser benötigen Pumpen, die hohe Drücke erzeugen.
Druck bereit zu stellen, das kostet Energie und damit Geld. Hohe Drücke für eine RO-Anlagen kosten entsprechend mehr - doch hat Grundfos hier mit der Baureihe BMS quasi eine Kostenbremse entwickelt: Es handelt sich um modifizierte und in einem Druckrohr aus Chromnickelstahl gekapselte Unterwasserpumpen. Diese Booster-Pumpen erzeugen auf kleinstem Raum eine große Energiedichte - bei beengten Platzverhältnissen ist das ein wesentlicher Vorteil.
Aufgrund des Designs der BMS kann die Technik gut in bestehende RO-Racks integriert werden. Die Module lassen sich optional mit zwei verschiedenen Energierückgewinnungs-Systemen ausstatten: Während das BMST-System eine Pelton-Turbine besitzt, die direkt mit einer Vordruckpumpe gekoppelt ist, arbeitet das BMSX-System mit einem mechanischen Druckwechsler aus Keramik.
Solche Systemlösungen reduzieren aus Sicht des OEM bzw. dessen Kunden die Komplexität und senken aufgrund abgestimmter Komponenten die Energie- und Betriebskosten - ein Mehrwert, der den Markt für solche Angebote öffnet. iSolutions gibt es auch für diese Aufgabenstellungen:

• Aufbereitung von und Versorgung mit Prozesswasser
• Wasch-, Spül- und Reinigungsprozesse
• Kesselspeisung für Dampf- und Wärmeerzeuger
• Zentrale Kühlschmiermittel-Versorgung und thermische Verfahren
• Kompakt-Pumpstationen in der Gebäudetechnik.

Integrierte Sensoren sparen Aufwand und Kosten
Sozusagen das Herzstück jeder iSolutions-Lösung sind zuverlässige und robuste Sensoren, die für eine präzise Übertragung der Anlagendaten sorgen (Grundfos nennt diese Eigenentwicklung ‚Direct Sensors‘). Deren patentierte Silicoat-Beschichtung ermöglicht einen direkten Kontakt mit dem Medium im Dauereinsatz; das gewährleistet eine kurze Ansprechzeit auf schnelle Temperaturänderungen in der Anlage.
Interessant für OEM-Hersteller und Systemanbieter sind iSolutions-Produkte mit integrierten Sensoren, die kostengünstiger sind als eine herkömmliche Durchfluss- und Druckmessung. Integrierte Sensoren sind als Durchfluss-, Differenzdruck- und Relativdrucksensoren in Kombination mit einer Temperaturmessung verfügbar. Nicht nur die geringeren Investitionskosten überzeugen: Integrierte Messfunktionen reduzieren die Zahl der Systemkomponenten, damit den Montageaufwand und insgesamt die Komplexität.

iSolutions-Beispiel 4
Ein praktisches Beispiel ist das Monitoring für Pumpen: CR-Monitor überwacht - ausgehend vom Ist-Zustand bei der Neuinstallation - Abweichungen von der ursprünglichen Effizienz des Pumpensystems. Ein Effizienz-Algorithmus detektiert Verschleiß und Verstopfung. Das Überwachen der elektrischen Werte bietet Hinweise auf Unter-/Überspannung, Übertemperatur, Überlast und Lagerschäden. Der Kavitations-Algorithmus schließlich detektiert Kavitation, der Trockenlaufsensor einen beginnenden Trockenlauf.
Das System ist einfach zu konfigurieren, ein Controller überwacht die in der Lernphase vor Ort aufgenommenen Werte. So kann der CR-Monitor den Zustand messen, mit dem Modell vergleichen und auf dieser Grundlage beurteilen, ob das System planmäßig funktioniert. Sollte die Messung vom Referenzwert abweichen oder die vorgegebenen Parameter (Zulaufdruck, Förderdruck, Förderstrom, elektrische Daten wie der Energieverbrauch, Medien- oder Umgebungstemperatur) die vom Betreiber anwendungsspezifisch festgelegten Grenzwerte überschreiten, gibt der CR-Monitor frühzeitig eine Warnmeldung vor potenziellen Störungen aus - z.B. an ein Scada-System, einen Computer oder per Telefon-SMS.

Erweiterte Kommunikations­möglichkeiten
Es gibt unterschiedliche Wege, um die Daten von einem Feldgerät (hier die Pumpe) zur zentralen Leitstation zu lenken. Die klassische Praxis, jedes Feldgerät einzeln mit einem zentralen Prozesscontroller zu verkabeln, funktioniert zwar, ist aber nicht sehr effizient. Dagegen macht die Verwendung einer Bus-Struktur eine Punkt-zu-Punkt-Verkabelung unnötig. In Summe senkt dies die Installationskosten von Feldgeräten in der Praxis um bis zu 40 %. Zudem lassen sich neue Geräte durch Anschließen an den Bus sehr einfach ins System einbinden.
Mit einem umfassenden Kommunikationsportfolio sowohl für das Remote-Management als auch für die Systemintegration kann der Anwender bei Grundfos auf Steuerungs- und Überwachungsfunktionen zugreifen, die den Aufwand zur Datenerhebung und für Wartungsarbeiten erheblich reduzieren.
CIM/CIU-Steuerungsmodule und -geräte stellen eine Energieverbrauchsoptimierung sicher und verarbeiten Daten aus einer Vielzahl von Datenquellen. ‚Grundfos Go‘ ist als mobiles Fernbedien- und Diagnosegerät so konzipiert, dass es mit allen E-Pumpen von Grundfos kompatibel ist. Informationen wie Betriebspunkt, Drehzahl usw. sind als Live-Einspeisung abrufbar. Alarmmeldungen werden mit eindeutigen Fehlercodes ausgeliefert - bei Wartungs- und Servicearbeiten liefert die protokollierte Pumpen-Historie wertvolle Hinweise. In größeren Anlagen lassen sich mit der Funktion ‚Clone Pump Settings‘ ganze Pumpengruppen schnell konfigurieren. Die Parametrierung erfolgt direkt über die Go-Bedienoberfläche und wird mit Anmerkungen des Betreibers protokolliert.
Die Anbindungsmöglichkeit an die zentrale Leittechnik per Feldbus eröffnet dem Betreiber vielfältige und effiziente Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten. Alle generierten Daten stehen dann bspw. auch für vorbeugende Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen zur Verfügung. Nicht zuletzt können Daten archiviert werden - wichtig bspw. in Branchen mit hohen Validierungsanforderungen (Pharma, Food).

Fazit
Der Trend zur Automatisierung von Produktionsanlagen ist in der Prozesstechnik ungebrochen - aus Gründen der Wirtschaftlichkeit (Energie- und Personalkosten) ebenso wie unter den Aspekten der Qualität (Reproduzierbarkeit) und der Zuverlässigkeit (Arbeitssicherheit, Umweltschutz). Das erhöht die Anforderungen an Pumpen: Sie müssen kommunikativer werden, sich als Aktor und Sensor einbinden lassen. Mit dem iSolutions-Konzept bietet Grundfos passende Lösungen.