Aus Daten werden Informationen

Dipl.-Ing. Gerhard Berge

Eine Analyse von Ausfallstatistiken der Serviceeinheiten und Betreiber ergab, dass zwei bis drei Sensoren ausreichen, um eine Pumpe in hinreichendem Umfang zu überwachen und darüber hinaus in einigem Umfang zu diagnostizieren. Die Sensoren werden eingesetzt zur:

• Trockenlauferkennung

• Messung der Lagertemperatur

• Schwingungserfassung

Wichtig für den Anwender eines solchen Systems ist eine einfache, eindeutige und leicht verständliche Darstellungsform des Pumpenzustands. Eine Lösung, bei der die Messwerte mit je einem separaten Auswertegerät verbunden sind und jeder Wert für sich interpretiert werden muss, scheidet somit aus. Zum einen müsste der Anwender die Rückschlüsse aus Meldungskombinationen selbst ziehen. Zum anderen ist eine einfache singuläre Grenzwerterfassung und -auswertung der Einzelgrößen für eine präventive Wartung oder auch die Feststellung von geschädigten Pumpenkomponenten kaum ausreichend.

Eine intelligente, kombinatorische Auswertung der Daten, die jeder Sensor liefert, ermöglicht es Rückschlüsse auf Pumpe und Anlage zu ziehen, die deutlich über die Interpretation der Einzelwerte hinausgeht. Durch den Einsatz von Mikroprozessoren lassen sich einzelne Daten und Signale verknüpfen – aus reinen Daten werden so Informationen. Dafür wurde ein Programm entwickelt, das mit der sogenannten Fehlerbaumanalyse arbeitet und speziell an jeden Pumpentyp angepasst wird. Bei der Fehlerbaumanalyse werden logische Verknüpfungen – wenn, dann – zwischen einzelnen Zustandsinformationen hergestellt. Hinzu kommt die Zeit als weitere Größe, um die Qualität der aus der Verknüpfung hergeleiteten Information zu verbessern. Die technische, automatisierte Anwendung einer Fehlerbaumanalyse erfordert an sich einen hohen Rechenaufwand und damit eine äußerst leistungsfähige und damit teure Elektronik. Ziel war es daher, ein Programm zu entwickeln, das auf Basis eines Fehlerbaums eine vergleichsweise einfache und immer noch aussagefähige Auswertung realisiert. Die Lösung basiert auf dem Einsatz von Fehlertabellen (Abb. 1). Diese Fehlertabelle wird aus dem Fehlerbaum abgeleitet. Im ersten Schritt werden aus dem Fehlerbaum aussagefähige Messgrößen ausgewählt. Zu den jeweiligen Messgrößen werden verschiedene Messwerte als Schwellwerte festgelegt. Diese Schwellwerte werden dann logisch miteinander verknüpft. Je nach Verknüpfung ergibt sich eine entsprechende Fehlermeldung, die dann zur Anzeige gebracht werden kann. Bei entsprechend intelligenter Auswahl, Schwellwertfestlegung und Verknüpfung ermöglicht dieses Verfahren eine interessante zusätzliche Information: bei an sich noch unkritischen Einzelwerten kann es durchaus möglich sein, dass ihre Verknüpfung einen kritischen Pumpenzustand signalisiert.

Mit dieser Methode können somit gefährdete Pumpenkomponenten rechtzeitig lokalisiert und teilweise sogar die Ursache der Probleme ermittelt werden. Für den Pumpenanwender können zum Beispiel folgende Aussagen dargestellt werden:

• Gleitlagerschäden

• Verschleiß

• Laufrad verstopft

• Viskosität des Fördermediums zu hoch

• Ausrichtungsfehler

• Anlage ungefüllt

• Medium enthält zu viel Luft oder Gas

• Strömung abgerissen

• Kühlung des Lagerträgers durch Motorkühlluft gestört

Diese Zusammenführung von Daten zu Informationen trägt zur Verbesserung der Pumpenverfügbarkeit und des gesamten Prozesses bei.

Service und Wartung lassen sich damit erleichtern, erste Schritte in Richtung präventiver Wartung werden möglich. Eine digitale, bidirektionale Datenübertragung, wie auf Profibus-DP-Basis übermittelt die Vielzahl der gesammelten Daten und Informationen elektronisch an die übergeordneten Stellen. Damit können aus der Ferne Details über den Pumpenzustand abgerufen werden (Abb. 2).

Bei der Produktrealisierung griff man auf preisgünstige und in ihrer Nutzung flexible Einzelkomponenten zurück. Die Komponenten sollten zudem am Markt eingeführt sein, um eine hohe Betriebssicherheit und stabile Funktionalität sowie eine problemlose Akzeptanz bei den Anwendern sicherzustellen. Eine Ex-geschützte Version für den Einsatz in Zone 1 sollte relativ einfach zu realisieren sein.

Die Entscheidung bei der Auswahl der Elektronik fiel auf ein intelligentes Eingangs-/Ausgangsmodule-System ergänzt durch eine Mini SPS mit verschiedenen Bus–Interfaces, im konkreten Fall Profibus-DP (Abb. 3). In der Mini SPS ist die Software des Pumpenherstellers hinterlegt, die die Auswertung der Daten mit der Fehlerbaumanalyse durchführt. Aufgrund der offenen Struktur können unterschiedliche Typen von Kreiselpumpen und auch andere Pumpenfabrikate mit dem neuen Pump Expert S-Modul ausgerüstet werden. Je nach Pumpenausführung werden Sensoren bei der Auslieferung an das Aggregat montiert und verkabelt. Über den Profibus können bei Bedarf detaillierte Daten abgerufen und dargestellt werden. Alle Komponenten sind als Modul in ein Gehäuse der Schutzklasse IP 54 mit Hutschiene montiert. Als Sensoren können alle gängigen Standardmodelle verwendet werden, auch im Prozess bereits vorhandene. Bei der explosionsgeschützten Ausführung werden eigensichere Sensoren verwendet, die übrige Elektronik wird dann in ein druckfest gekapseltes Gehäuse montiert.

Mit diesem Konzept lässt sich die Prozessqualität vor allem bei kritischen Anlagen und teuren Pumpen auf kostengünstige Weise deutlich verbessern. Montage-, Inbetriebnahme- und Wartungskosten verringern sich, da Ausrichtfehler oder Trockenläufe sofort erkannt werden. Mit Hilfe der Voralarme können Stillstandzeiten sehr kurz gehalten oder sogar ganz vermieden werden. Umweltbelastungen und Leckagen werden durch rechtzeitiges Erkennen vermieden.