Prüftechnik Condition Monitoring

Presales – Betrieb –Aftersales: In diesem Regelkreis spielt das Condition Monitoring der Anlage eine wichtige Rolle.

Prüftechnik Condition Monitoring

Presales – Betrieb –Aftersales: In diesem Regelkreis spielt das Condition Monitoring der Anlage eine wichtige Rolle.

Ein solches System der Anlagenüberwachung muss die notwendige Flexibilität für eine Vielfalt an Fertigungsanlagen bieten und über die erforderlichen Schnittstellen für einen reibungslosen Informationsaustausch zwischen Anlagensteuerung, Prozessvisualisierung und Operator verfügen. Das Zusammenspiel zwischen Industrie 4.0 und Monitoring wird von den Initiatoren dieser Vision so beschrieben (Auszüge aus der Infobroschüre des BMFT zu Industrie 4.0):

„ … Zusätzlich zur stärkeren Automatisierung in der Industrie ist die Entwicklung intelligenterer Monitoring- und autonomer Entscheidungsprozesse relevant, um Unternehmen und ganze Wertschöpfungsnetzwerke in nahezu Echtzeit steuern und optimieren zu können. …“

„ … Die Steuerungssysteme sollen auf Basis von detaillierten online erfassten Daten aus der Produktion kombiniert mit einer intelligenten Visualisierung den Menschen als Entscheider optimal bei der Planung und Steuerung der Produktion unterstützen, um damit die Ziele der Unternehmen, wie z. B. die Liefertermintreue, deutlich zu verbessern. …“

Wie aber kann ein geeignetes Monitoring System konkret aussehen? Die Abwägung zwischen der Investition und den unmittelbaren wirtschaftlichen Vorteilen einer solchen Ausrüstung

Prueftechnik Onlineueberwachung

Echtzeitvisualisierung mit ONLINE VIEW 4.0: Trendüberwachung von Breitbandkennwerten

erfordert meist viel Überzeugungsarbeit, die insbesondere auf kaufmännischer Ebene zu leisten ist.

Um zutreffende Informationen zum Anlagenzustand möglichst effizient zu gewinnen, ist es häufig notwendig, die Monitoring Daten in nahezu Echtzeit zu erfassen. Die zeitabhängige Verknüpfung von Zustands- und Steuerungsparametern und deren flexible Klassierung in bestimmte Betriebszustände bietet die Plattform, um Zustandsänderungen korrekt zuzuord-nen. Ein Beispiel dafür sind wechselnde Lastverhältnisse oder FU-geregelte Drehzahländerungen bei dynamisch gesteuerten Bewegungsabläufen. Ohne diese Informationen und die Zuordnung der Messdaten in unterschiedliche Last- oder Drehzahlklassen ist die zuverlässige Interpretation der Monitoring Daten kaum möglich.

Insbesondere sind klassische Monitoring Systeme mit Multiplexer-Abtastung für den Einsatz bei ausfallkritischen Anlagen ungeeignet. Sie sind nicht in der Lage, die Anforderung umzu-setzen, dass alle prozessrelevanten Zustandsparameter ohne Zeitverzögerung erfasst werden und nahezu in Echtzeit in die Steuerung einfließen sollten. Dementsprechend gilt es, synchron messende Onlinesysteme mit einer Zeitverknüpfung aller einfließenden Parameter und Feldbusschnittstellen zum schnellen Datenaustausch zu installieren.

Prueftechnik Fahrzeugpruefstand

Beispiel Fahrzeugprüfstand: Die Positionierung der Schwingungssensoren an den Rollenlagern und Antrieben.

Bestimmte Zustandsparameter, die mehreren Einflüssen unterliegen, sollten mit hoher Detailgenauigkeit online erfasst werden. Für schwingungsrelevante Zustandsgrößen liefert das frequenzselektive Monitoring einen hohen Informationsgehalt. Abhängig von der Rotationskinetik sind dabei hohe Abtastraten erforderlich. Neben der Synchronität und den daraus ableitbaren Phaseninformationen werden an die Rechnerleistung und die Datenaufbereitung des Monitoring-Systems hohe Anforderungen gestellt. Zur analytischen Auswertung der Monitoring Daten mit variablen Reporting Tools sollte eine servertaugliche Diagnosesoftware zur Verfügung stehen. Parallel zu dieser Offlineplattform macht sich häufig eine Echtzeitvisualisierung mit Trendabbildungen und interaktiven Möglichkeiten wie etwa von Alarmquittierungen erforderlich, die auch für mobile Endgeräte tauglich ist.

Umsetzungsbeispiele: Förderanlagen und Prüfstände

Ein Beispiel eines solchen Systems bietet das Monitoring des Hubantriebs eines Containerkrans. Es steht exemplarisch für Förderanlagen, die in vielen Branchen ein wesentliches Bindeglied in der Fertigungskette bilden und bei Funktionsstörungen zu kostspieligen Produktionsunterbrechungen führen können.

Die hier auftretenden kurzzeitigen Bewegungszyklen mit jeweils unterschiedlichen Positionen und Lastverhältnissen stellen hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit und richtige Klassierung der Monitoring Daten.

Zielsetzung des Betreibers ist es, „Anomalien“ der Antriebskomponenten frühzeitig festzustellen, deren Belastung rechtzeitig zu überwachen und zu steuern. Als Überwachungsgrößen dienten die Drehmomentbelastung der Antriebswelle, der Krafteintrag der Betriebsbremse und der Zustand von Getriebe und Wälzlager. Zur Unterstützung des Betreibers werden die Monitoring Daten per Remote Connection parallel überwacht und regelmäßig analysiert.

Für die vielfältigen Steuerungs- und Prozessparameter (Start, Last, Drehzahl, Drehrichtung), für die Monitoring Daten zu erfassen sind, werden geeignete Schnittstellen mit bidirektionaler Feldbuskommunikation notwendig. Die äußerst variable Bewegungscharakteristik ohne konstante Bedingungen durch Anfahrt/Beschleunigung/Stopp erfordert zudem spezielle Messalgorithmen, die „scharfe“ Daten liefern (Order Tracking mit Resampling). Zusätzlich ist zugunsten besserer Vergleichbarkeit eine Klassierung der Daten in bestimmte Betriebszustände erforderlich.

Technische Lösung

Der VIBGUARD von PRÜFTECHNIK

Das Online Condition Monitoring System VIBGUARD liefert in Echtzeit eine kontinuierliche und detaillierte Zustandsübersicht relevanter Maschinenkomponenten mit dem Fokus auf rotierende Bauteile. Durch die synchrone und lückenlose Abfrage aller Analogkanäle werden zeitkorrelierte Zusammenhänge zwischen Maschinenkomponenten und Prozessparametern hergestellt. Die folgende Übersicht stellt die wichtigsten VIBGUARD Features und Prüftechnk Vibguardderen Anwendungen zusammen:

  • 20 synchrone Analogkanäle mit kontinuier­licher Datenerfassung mit frequenzselektiver Schwingungsüberwachung rotierender Bauteile, Wälzlager/Gleitlagerüberwachung, x/y/z-Überwachung statischer und bewegter Maschinenkomponenten, Prozessparameteraufschaltung etwa für Druck, Temperatur, Drehzahl)
  • bidirektionale Feldbus-Kommunikation mit Austausch von Zustands- und Steuergrößen über Modbus Protokoll
  • Klassierung in 6 Betriebszustände mit flexibler Grenzwertanpassung an verschiedene Lastzustände/Betriebsbedingungen und selektiver Datenanalyse nach Betriebszuständen
  • Flugschreiber mit „Event recording“ mit Aufzeichnung eines hochaufgelösten Zeitsignals vor dem Ereignis, etwa bei Schadenseintritt und post mortem-Analyse (Route Cause Analysis)
  • Datenanalyse/Reporting/Echtzeitvisualisierung mit leistungsfähiger Multiuser-SW zur Datenanalyse- und Berichtserstellung sowie Trend/Grenzwertabbildung in Echtzeit über Modbus auf PC/mobilen Endgeräten

Ein weiteres Beispiel ist die Überwachung der Antriebskomponenten von Fahrzeugprüfständen. Es zeigt ebenfalls, welch hohes Leistungsniveau von Condition Monitoring Systemen bei komplexen Anwendungen dieser Art gefordert wird. Mit einer lückenlosen kontinuierlichen Überwachung der schnellen und hochdynamischen Bewegungsabläufe soll das Monitoring System auch eine Schutzabschaltung unterstützen, um Havarien zu vermeiden. Durch Parallelabfrage der Messkanäle werden unzulässig hohe Schwingungen, die während eines Prüflaufs etwa durch Strukturresonanzen entstehen, ohne Zeitverzug gemeldet. Gleichzeitig ist es die Aufgabe, den Wälzla­gerzustand der Antriebsmaschinen zu überwachen und Schäden rechtzeitig zu melden. Messdaten sollen automatischen den unterschiedlichen Prüfstandkonfigurationen zugeordnet werden.

Auch in dieser Anwendung wird eine bidirektionale Feldbusschnittstelle eingesetzt, um die Vielzahl an Status- und Prozessinformationen austauschen zu können. Infolge der teilweise sehr hohen Drehzahlen sind hohe Ab­tast­raten gefordert, um eine möglichst feinaufgelöste frequenzselektive Überwachung zu gewährleisten. Die dynamischen Prüfläufe, die meist bestimmte Straßenprofile durchlaufen, bedeuten kontinuierlich wechselnde Last- und Drehzahlverhältnisse. Die Aufbauten bestehen, abhängig vom Prüfling, aus unterschiedlichen Antriebsmaschinen. Das System muss daher verschiedene Messstellenkonfigurationen im Griff haben. Eine Schutzüberwachung, die bei unzulässig hohen Schwingungen die Abschaltung auslöst, soll, setzt den permanenten Abgleich von Grenzwerten und Statussignalen voraus, möglichst ohne Zeitverzögerung auf Feldbusebene erfolgen.
Christian Kaps

Kontakt: PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH
Tel.: 089 996160
Email: info@pruftechnik.com
www.pruftechnik.com