Bildverarbeitung

Wärmebild-Automatisierungskameras verhindern Anlagen- und Komponentenausfälle, Fertigungsstraßenstillstand und Brände

Temperatur als Zustandsindikator

20.12.2020 -

Ist in einer Anlage erst einmal Feuer ausgebrochen, lässt sich ein meist hoher Schaden nicht verhindern. Daher ist die oberste Prämisse des Betriebsleiters, den Ausbruch zu verhindern. Unterstützt wird er hierbei von Wärmebild-Automatisierungskameras.

Wärmebildkameras schützen Sachwerte und Menschen sowie geschäftskritische Ausrüstung. Wartungsteams an Fertigungsstandorten sammeln entsprechende Daten, um den Anlagenzustand durchgängig zu überwachen und so Ausfälle vorhersehen zu können. Produktionsleiter müssen Prozessanomalien feststellen, die zu Produkt- oder Verpackungsmängeln führen, bevor Produkte die Fertigungsstraße verlassen. Sicherheitsbeauftragte müssen übermäßige Wärmeentwicklung bei Brenn- und Gefahrstoffen und Elektrokomponenten erkennen können, bevor sich Materialien entzünden und ein Brand entsteht.
Da Temperaturveränderung ein Frühindikator für Zustandsverschlechterung, uneinheitliche Temperaturverteilung bei Produkten und Hotspot-Bereiche sein können, nutzen Betriebsleiter Wärmebild-Automatisierungskameras. Radiometrische Wärmebildkameras geben für jeden Bildpixel einen Temperaturwert aus und visualisieren Temperaturunterschiede des beobachteten Bereichs verständlich. Wird eine bestimmte Temperaturschwelle überschritten, sendet eine Wärmebild-Automatisierungskamera einen Alarm oder löst – bei Integration in andere Steuerungsprozesse – eine Aktion aus, um die Lage zu entschärfen.

Automatisierungskameras in der Praxis

Flir bietet ein Spektrum radiometrischer Wärmebildkameras. Vorgestellt werden hier drei Fälle, in denen Automatisierungskameras von Flir für kritische Industrieanlagen entscheidend sind.

  • Zustandsüberwachung in Stahlwerken: Wenige Anlagenausfälle bringen so große Gefahren und Schäden mit sich wie Pfannendurchbrüche in Stahlwerken. Bricht ein Pfannen- oder Torpedowagen, treten hunderte Tonnen geschmolzenen, 1.400 °C heißen Eisens in die Werkshalle aus. Da sich Hotspots bei dieser Art von Anlagen in weniger als einer Minute entwickeln können, stellt das Technikserviceunternehmen ANT Automation seinen Kunden in der Stahlproduktion die Continuous-Infrared-­Analysis-Plattform (CIRA) für die durchgängige Infrarotanalyse bereit. Herzstück der Cira-Lösung ist die Wärmebildtechnik einer Automatisierungskamera von Flir, die die gesamte Pfannen- und Torpedooberfläche überwacht, Temperaturverlaufsdaten zur Unterscheidung von typischen Spritzern und echten Hotspots bereitstellt und Alarme an die Mitarbeiter sendet, wenn ein echter Hotspot erkannt wird.
  • Prozesssteuerung in der Papierherstellung: Ein zentraler Schritt in der Papierherstellung ist das Kalandrieren, bei dem die Papierbahnen zum Glätten harte Druckwalzen durchlaufen. Zwischen den Walzen kann sich jedoch ein Überschuss an Feuchtigkeit ent­wickeln, sodass der Walzenbezug Schaden nimmt und die Anlage ausfällt. Bei einem Papierhersteller in Nordamerika kam es jedes Jahr im Schnitt zu 30 Vorfällen durch Feuchtigkeit, die jeweils einen Verlust von 100.000 US-Dollar verursachten. Um Abhilfe zu schaffen, wandte sich der Hersteller an Eigen, einen Anbieter KI-basierter Bildgebungslösungen. Eigen stellte eine Plattform mit Flir-Automatisierungskameras, ein Edge-Computing-Gerät und Analysesoftware bereit. Die Flir-Kameras überwachen die Papierbahnen lückenlos, bevor sie in den Kalander eintreten, und lösen bei Erkennung kalter Streifen einen Entladealarm aus, damit der Walzensatz für die Reinigung der Walzenbezüge geöffnet wird. Schätzungen von Eigen zufolge wird die Automatisierungslösung 300 Entladevorgänge auslösen und bis zu 1,2 Millionen US-Dollar einsparen.
  • Brandschutz in der Abfallverwertung: Ecologica Tredi mit Sitz im nord­italienischen Legnago betreibt eine 11.000  m2 große Verwertungs- und Aufbereitungsanlage für Sonder-, Gefahren- und Nichtgefahrenabfälle. Sollte sich Material entzünden und einen Anlagenbrand verursachen, würden dabei nicht nur Schadstoffe in die Umwelt freigesetzt, sondern auch die Anlage beschädigt, welch dann längere Zeit stillstünde. Um den Arbeitsschutz zu verbessern und die geltenden Vorschriften zu erfüllen, ging Ecologica Tredi eine Partnerschaft mit Thermostick Elettrotecnica ein, ein auf Brandmeldesysteme spezialisiertes Unternehmen. Thermo­stick Elettrotecnica stellte ein umfassendes Überwachungs-, Kontroll- und Alarmsystem auf Basis von Flir-Automatisierungskameras bereit. Die Kameras überwachen die Arbeits- und Lagerbereiche und können bei definierten Alarmereignissen Sprinkler oder Schaumkanonen aktivieren. Daneben stellte das Unternehmen eine Flir-AX8-Kamera bereit, die das aus dem Schredder laufende Material auf dem Förderband überwacht. Werden zu hohe Temperaturen erkannt, hält das Band an. Nach dem Anlagen-Audit erklärte das Innenministerium Ecologica Tredi zu einer der Einrichtungen mit dem besten Brandschutz.

Dies sind nur einige Beispiele, die zeigen, wie sich Automatisierungslösungen wie die A400/A700-Smart-Sensor-Wärmebildkameras von Flir nutzen lassen, um ungeplante Ausfälle, Fertigungsstraßenstillstand und Brände zu verhindern, die Störungen und finanzielle Verluste nach sich ziehen.

Empfehlungen für die Bereitstellung

Bei den Überlegungen zum Einsatz von Wärmebildkameras als Teil einer Automatisierungsanwendung gilt es, mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Folgende Empfehlungen gibt es:

  1. Präzise Kamera wählen: Bei der Auto­matisierung ist die Genauigkeit der radio­metrischen Wärmebilder entscheidend. Man sollte eine radiometrische Wärmebildkamera mit hoher Auflösung wählen, die scharfe, detailreiche Bilder ausgibt. Flir bietet zwei optimale Wärmebild-Detektorbereiche: 320 × 240 und 640 × 480 mit einer Genauigkeit von ± 2 °C im Temperaturbereich von -40 bis 2.000 °C.
  2. Analysesoftware wählen: Flir-Automatisierungskameras lassen sich einfach in die gewählte Analysesoftware integrieren. Die Kameras sind derzeit unter anderem mit Cognex Designer Pro, NI Software, Pleora Ebus, Teledyne und Spinaker SDK kompatibel.
  3. Zielbereich und Alarmeinstellungen festlegen: Es sollten kritische Bereiche, die auf Hotspots oder Temperaturschwankungen überwacht werden sollen, definiert werden. Bei Flir-Kameras können bis zu zehn Zielbereiche ausgewählt werden. Über das webbasierte Konfigurationsfenster des Mobilgeräts oder Computers können Messpunkte ausgewählt, Messfelder aufgezogen und benutzerdefinierte Bereiche erstellt werden. Der Nutzer kann Alarmparameter sowie die gewünschte Reaktion einstellen, indem der Ausgabetyp der Datenerfassung definiert wird.
  4. In Steuerungsprozesse integrieren: Für eine verbesserte Intervention werden Wärmebild- Automatisierungskameras in andere Steuerungsprozesse integriert. Dazu prüft der Anwender, ob die Automatisierungs­kamera mit Kommunikationsprotokollen wie GigE Vision, RTSP, MQTT, RESTful API, MODBUS TCP und Master, Ethernet IP oder FTP kompatibel ist.

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