Technik

Condition Monitoring für alle

Wartungskostenoptimierung | Vorausschauende Wartung auf Basis von Daten aus permanenter Zustandsüberwachung wird viel diskutiert, im Maschinenbau aber aufgrund der hohen Kosten traditioneller Systeme wenig praktiziert. Ein neu entwickeltes, eigenintelligentes Steuerungsmodul zur Schwingungsauswertung macht die bisher benötigte zusätzliche Hard- und Software überflüssig und könnte dafür sorgen, dass Condition Monitoring bald selbstverständlicher Bestandteil jeder Maschine wird.

Verantwortungsbewusste Manager betrachten bei der Investitionsentscheidung für neue Maschinen nicht nur deren Anschaffungskosten, sondern die kumulierten Kosten über die gesamte Nutzungsdauer. Die Maximierung der Maschinenverfügbarkeit bei gleichzeitiger Minimierung der Wartungsaufwände ist eines der Mittel, mit denen versucht wird, diese oft als Total Cost of Ownership (TCO) bezeichneten Ausgaben zu senken.

Eines der Mittel, mit denen Maschinenbauer diese Wartungskostenoptimierung zu erreichen versuchen, ist der Ersatz fixer Wartungsintervalle durch zustandsabhängige vorbeugende Wartung. Diese hat einerseits den Vorteil, dass mit den Wartungsarbeiten gewartet werden kann, bis sie tatsächlich erforderlich werden. Das kann oft wesentlich später der Fall sein als vorsichtig angesetzte Wartungsintervalle. Andererseits bleibt die Planbarkeit erhalten, das heißt, die Wartungsarbeiten können im Rahmen eines ohnehin zyklisch stattfindenden Stillstandes etwa am Wochenende durchgeführt werden. Zugleich wird das Risiko eines Ausfalls wegen Wartungsversäumnis nicht eingegangen.

Möglich ist dieser Spagat nur mit Condition Monitoring, also mit permanenter Zustandsüberwachung der Gesamtanlage. Ihre Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die Wartungsbedürftigkeit der betroffenen Teile zu. „Bereits bisher boten unsere Automatisierungssysteme gewisse Möglichkeiten für das Condition Monitoring", sagt Andreas Waldl, Technical Manager Customized Solutions von B&R, Eggelsberg/Österreich. „Eingangsmodule für Temperatur- oder Strommessung werden ebenso zu diesem Zweck verwendet wie die Motorüberwachungsfunktionen der ACOPOS Antriebssteuergeräte."

Vibration als Kriterium
Im Zuge seiner Tätigkeit in der Geschäftseinheit für kundenspezifische Lösungen bei dem Automatisierungshersteller war Andreas Waldl mit der Anforderung eines namhaften Herstellers von Rotationsmaschinen konfrontiert. „Für das skandinavische Unternehmen entwickelten wir ein Modul zur Auswertung bestimmter Beschleunigungssensoren, das die Vibrationsdaten sammelt und in einem spezifischen Format zur weiteren Verarbeitung weitergibt", berichtet er. Das Spezielle daran: Für den Kunden war Condition Monitoring nichts Neues, sondern seit 15 Jahren optionaler Systembestandteil. Dementsprechend war auch die Signalweitergabe aus Gründen der Kompatibilität an bestimmte Formate gebunden. Mit dem B&R Modul konnten die Schweden teure Außenbeschaltung einsparen und Condition Monitoring nicht mehr nur als aufpreispflichtige Option anbieten, sondern zumindest in der Basisfunktionalität in den Standard integrieren.

Das Wissen, dass diese Art des Condition Monitoring bisher nur mit teuren und unhandlichen externen Systemen zu realisieren ist, brachte die Idee zur Entwicklung eines Standardmoduls für die Zustandsüberwachung anhand von Vibrationsdaten zum Reifen. „Dabei war sehr hilfreich, dass einer der früheren Lieferanten unseres Kunden dabei war, sich aus diesem Markt zurückzuziehen und uns zuvor noch sein Know-how auf dem Gebiet der Schwingungsphysik zur Verfügung stellte", sagt Andreas Waldl. „Solches Wissen war innerhalb unseres Unternehmens zuvor nicht aufgebaut worden, ist aber essentiell, um den Zusammenhang von Vibrationssignalen und den Zuständen von Maschinenteilen zu verstehen."

Mitte 2010 wurde ein Konzept erstellt und im Rahmen einer Projektarbeit mit der FH Wels vertieft. Es mündete direkt in die Entwicklung des Condition Monitoring Moduls X20 CM4810 für die Maschinenbaubranche. Durch eine Vielzahl an einstell- und überwachbaren Kriterien können auch komplexe Schwingungsmuster auf nur einem Kanal überwacht werden. Der Unterschied zu vielen etablierten Lösungen ist jedoch die Tatsache, dass diese Auswertung im Modul selbst stattfindet. Durch diese Integration ist kein externer Rechner samt eigener Programmierung erforderlich, zusätzlich werden Feldbus und System CPU entlastet. „Die benötigte Verarbeitungsleistung ist von der Anwendung abhängig und nicht zu unterschätzen", sagt Andreas Waldl. „Für das Condition Monitoring in der Zellstoff verarbeitenden Industrie ist die Auswertung von 2.000 Kanäle und mehr nicht unüblich."

Seit September 2011 laufen Tests von Alpha Prototypen bei ausgewählten Pilotkunden. Die allgemeine Verfügbarkeit von Prototypen wird für das zweite Quartal 2012 erwartet, die Seriengeräte im dritten Quartal desselben Jahres. „Wichtigste Vorgabe bei der Entwicklung der neuen Module ist deren einfache Verwendbarkeit als Teil der Gesamtautomatisierung ohne Expertenwissen auf dem Gebiet der Schwingungsmechanik", sagt Andreas Waldl.

Für Sie entscheidend
Dienstleistungsfreie Kompaktlösung
Das Condition Monitoring Modul von B&R verfügt als erstes Mitglied einer späteren Gerätefamilie auf zwei Slots Breite über vier Eingangskanäle für die Abfrage von Beschleunigungssensoren über die genormte IEPE (Integrated Electronic Piezo-Electric)-Schnittstelle, die auch zu deren Stromversorgung dient. Über diese Schnittstelle werden nicht nur die Signale aus den Sensoren abgetastet, sondern gleich im Modul zu mehr als 70 Parametern verarbeitet. 32 davon sind einstellbare Schadensfrequenzen. Bei diesen handelt es sich um Faktoren, die durch Multiplikation mit der Drehzahl der gemessenen Achse die reale Störfrequenz bilden. Eine Unwucht hätte daher beispielsweise die Schadensfrequenz von 1, eine Fehlausrichtung von 2. Höhere Schadensfrequenzen sind geometrieabhängig und werden zum Beispiel von den Herstellern von Getrieben und Wälzlagern bekannt gegeben. Bei den weiteren mehr als 40 Parametern handelt es sich um fix vorgegebene Kennwerte wie die Kutosis und den Crest-Faktor oder die Überwachung der standardisierten ISO 10816 Grenzwerte für die Schwingungsgeschwindigkeit.

Über die Firma
Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H
Eggelsberg
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