Störfälle rechtzeitig vermeiden

Die Folgen zu spät erkannter Störungen an Maschinen oder Pumpen sind Stillstandzeiten, aufwendige Reparaturarbeiten und Produktionsausfall. Schlimmstenfalls kommt es gar zu Umwelt- oder Personenschäden. Die wirtschaftlichen Folgen eines solchen Störfalls für ein Chemieunternehmen sind kaum abzusehen. Nicht von ungefähr werden daher laut Statistischem Bundesamt allein in Deutschland rund 220 Mrd. DM für die Instandhaltung ausgegeben. Entscheidend eindämmen ließen sich diese Kosten, indem man sich anbahnende Schäden weit im Voraus erkennt und frühzeitig den Austausch defekter Teile vornimmt. Bisher wurden von der Industrie zur Überwachung von Pumpen meist portable Offline-Systeme verwendet, die mittels Beschleunigungssensoren in bestimmten Zeitabständen deren Körperschall messen und so den Zustand ermitteln. Der Nachteil: Tritt zwischen zwei Messungen, die, je nach Personalaufwand, zeitlich weit auseinander liegen können, ein Schaden an der betreffenden Pumpe auf, wird dieser nicht rechtzeitig erkannt und es kann zu den genannten negativen Begleiterscheinungen kommen. Außerdem ist für die Überwachung und Auswertung der ermittelten Daten speziell geschultes Bedienpersonal notwendig.

Konventionelle Online-Überwachungssysteme bieten zwar eine kontinuierliche Überwachung, sind jedoch häufig sehr teuer. Zudem arbeiten sie oft mit Beschleunigungssensoren, deren Montage aufwändig ist und nicht selten an dem kritischen Bereich der Maschine erfolgen muss. Entwickeln sich in diesem kritischen Bereich aber beispielsweise hohe Temperaturen, die den Sensor schädigen, kommt es zum Versagen des Überwachungssystems. Hinzu kommt, dass für die Überwachung einer Pumpe nicht selten mehrere Messpunkte, d. h. auch mehrere Beschleunigungssensoren notwendig sind.

Das Online-Maschinenüberwachungssystem Vibrosys von OPS Automation überwindet nicht nur die genannten technischen Beschränkungen, sondern ist dazu noch sehr preisgünstig und einfach zu bedienen. Zur Montage und Inbetriebnahme ist kein speziell geschultes Personal erforderlich. Vibrosys beruht auf der direkten Messung des Körperschalls von Maschinen, Pumpen und anderen technischen Anlagen. Seine Hauptbestandteile sind ein Sensor und eine Auswerteeinheit, die die vom Sensor detektierten Schwingungen analysiert und gegebenenfalls einen Alarm auslöst.

Der Vibrationsdetektor VSA wird an einer ebenen Fläche der Pumpe montiert. Ansonsten ist der Montageort unkritisch. Dies bedeutet, dass der Sensor an einem nahezu beliebigen Ort der Pumpe angebracht werden kann, da seine Empfindlichkeit automatisch von der Auswerteeinheit an verschiedene Schwingungsamplituden angepasst wird. Noch dazu ist für die Überwachung einer Pumpe lediglich ein Sensor notwendig, da der Sensor in der Lage ist, Schwingungen aus allen drei Ebenen aufzunehmen.

Wie Beschleunigungssensoren, so beruht auch das Messprinzip des Vibrationsdetektors VSA auf dem piezoelektrischen Effekt. Der Unterschied besteht darin, dass der OPS-Sensor, für den im Sommer 2001 ein Patent erteilt wurde, auf jegliche mechanischen Bauteile verzichtet und der Effekt in einer fingernagelgroßen Kunststofffolie entsteht. Bei Deformation durch Körperschall kommt es in der Piezofolie zu einer Ladungsverschiebung, die einen winzigen Strom zur Folge hat. Die Sensorsignale gelangen anschließend zu der mit dem Sensor über ein Kabel verbundenen Auswerteeinheit VBS 2000, die sich an einem Ort befinden sollte, der für deren Bedienung sowie die Verdrahtung der Hilfsenergie und Signalisierung günstig liegt.

Die Körperschallüberwachung der Pumpe findet in der Auswerteeinheit VBS 2000 statt. Der gemessene Körperschall wird durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) mit den Methoden der Fast Fourier Transformation (FFT) bewertet. Damit die Analyse stattfinden kann, muss der Anwender den selbstlernenden Kalibriermodus einmalig ausführen. Dieser ist auf 60 s voreingestellt, kann aber bei Bedarf auf bis zu 30 Minuten verlängert werden. Auf diese Weise wird die Auswerteeinheit auf den Normalzustand, also den störungsfreien Betrieb der Pumpe, kalibriert. Dabei wird der Ist-Zustand der Pumpe erfasst und eine Referenz-Hüllkurve erstellt und abgespeichert. Dies sollte vorzugsweise bei einer neuen oder gerade gewarteten Pumpe geschehen. Anschließend ist Vibrosys in der Lage, die Pumpe online zu überwachen.

Kommt es nun zum Verschleiß eines Pumpenbauteils, ändert sich der charakteristische Körperschall der überwachten Einheit. Weicht das darauf erstellte Frequenzspektrum vom Referenzspektrum über einen definierten Toleranzbereiches hinaus ab, wird ein Alarm ausgelöst. Der sich anbahnende Schaden wird so frühzeitig erkannt, das Bauteil kann ausgetauscht werden.

Der vergossene und daher schmutz- und feuchtigkeitsresistente Vibrationsdetektor VSA ist in sechs unterschiedlichen Empfindlichkeitsstufen erhältlich. Auf diese Weise können sowohl sehr laute als auch extrem leise Körperschallquellen überwacht werden.

Steht die zu überwachende Pumpe beispielsweise neben einer Maschine, die ihrerseits erhebliche Geräusche produziert, besteht die Gefahr, dass deren Körperschall bei der Kalibrierung in das Referenzspektrum einfließt und dieses somit verfälscht. Um das zu verhindern, kann mit der VBS 2000 eine sogenannte Noise- oder Nebengeräuschkalibrierung durchgeführt werden. Dazu schaltet man die zu überwachende Pumpe ab und führt die Nebengeräuschkalibrierung über den gleichen Zeitraum wie den eigentlichen Kalibriervorgang durch. Nach Beendigung wird in der VBS 2000 das Nebengeräusch-Spektrum von der Auswertung ausgeblendet.

Jede VBS 2000 verfügt über zwei digitale Ein- sowie zwei Ausgänge, die für die Überwachungsunterdrückung beim Anlauf der Pumpe bzw. für die Signalisierung von Alarmzuständen verwendet werden können.

Als Ergänzung zu Sensor und Auswerteeinheit gibt es auf Wunsch die Bedien- und Visualisierungseinheit VBS KD (mit integriertem SPS-System), die man als eine Art Mini-Leitwarte einsetzen kann. Über einen Feldbus (CAN) kann eine VBS KD mit bis zu 31 Überwachungseinheiten kommunizieren. Sie verfügt über ein vierzeiliges Display, auf dem alle Meldungen, die von den verschiedenen VBS 2000 eintreffen, im Klartext angezeigt werden. Ferner können alle Auswerteeinheiten über die VBS KD bedient sowie deren Status abgerufen werden.

Die gleiche Funktion wie die VBS KD kann auch der PC übernehmen. Hierzu sind die beiden Komponenten CAN Modul für den PC (wahlweise als Einsteckkarte oder Aufsteckmodul für die Druckerschnittstelle) sowie die Software Vibroserv nötig. Auch hier gibt es die Möglichkeit, alle am Feldbus befindlichen Auswerteeinheiten zu kontrollieren und zu steuern. Die Software enthält zusätzlich ein Spektrumanalyse- und Visualisierungstool, mit dem alle im Gerät gespeicherten Spektren ausgelesen und anschaulich dargestellt werden können.

Mittels Datenlogger-Funktion werden sämtliche Ereignisse der Überwachungseinheiten mit Datum und Uhrzeit protokolliert. Im Alarmfall können Fehler- und Referenzspektren aufgezeichnet werden, so dass beispielsweise auch Ereignisse vom Wochenende am Montag noch eingesehen werden können.

Soll eine Anlage fernüberwacht werden, so ist eine Anbindung an ein lokales Intranet oder an das Internet möglich.

E cav 251

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