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Messen & Erkennen

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Stillstand? Nein danke!

Text: Arnold Hettich, Kübler
Wenn eine Anlage steht, kostet das Zeit – und Geld. Gutes Condition Monitoring hilft, Probleme rechtzeitig zu erkennen und so Stillstände auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei dokumentieren moderne Sensoren die Belastung und Abnutzung von Komponenten.

Die rechtzeitige Fehlererkennung und das frühzeitige Detektieren von Schwachstellen helfen, die gefürchteten und meist sehr teuren Anlagen-Stillstände zu vermeiden. Geplante Wartungsintervalle sind deutlich günstiger, als schnelle Notfalleinsätze. Klar: Je teurer und aufwändiger die Wartung ist, umso schneller amortisiert sich ein umfassendes Condition-Monitoring-System (CMS). Die absoluten Multiturn-Drehgeber Sendix Ethercat von Kübler helfen im Zusammenspiel mit Condition Monitoring die Anlageneffizienz zu erhöhen und Wartungskosten zu reduzieren. Gerade in nicht immer zugänglichen Maschinen spielt dabei die Planbarkeit der Instandhaltungseinsätze eine wesentliche Rolle.

Je komplexer die Anlagen und je anspruchsvoller die Funktionen, desto mehr werden Sensoren zu Schlüsselkomponenten. Mit modernen Protokollen ausgestattet liefern sie heute mehr Daten für Condition Monitoring in besserer Qualität. So wird die aktuelle Belastung an Bauteilen dokumentiert und eine verlässliche Bewertung der Abnutzung gegeben. Die Überwachung des Maschinenzustands setzt sich aus dem Erfassen vieler Parameter, dem Aufzeichnen von Trends und dem Setzen von Alarmierungen zusammen.

Einfache Übertragung von Daten

Für ein CMS sind die physikalischen Messgrößen interessant, die Anlagenkomponenten massiv beeinträchtigen können: Schwingungen, die den Zustand der Antriebswellen beeinträchtigen, Temperaturen, Kraft und auch der Schmiermittelzustand. Durch das Zusammenführen ermittelter Mess- und Prozessdaten lassen sich verlässliche Schlüsse aus Veränderungsvorgängen und Abweichungen ziehen. Hier ist es von Vorteil, wenn beide Datenpakete im gleichen Format vorliegen. Als Standard im Umfeld der Produktion haben sich OPC und Ethercat bewährt. Ethercat leitet die erfassten Zustandsdaten hochperformant an die Steuerung weiter. Auf diesem Highspeed-Feldbus basiert Küblers neueste Generation an Sendix-Absolut-Drehgebern. Die mechanischen Multiturngeber Sendix 5868/5888 Ethercat sind auf die nötige Leistungsfähigkeit und Kommunikationsmöglichkeiten ausgelegt, die Anlagenhersteller für eine web-gestützte Fernwartung benötigen.

Derzeit besitzen die Drehgeber mit einem Positions-Update innerhalb von 62,5 μs die kürzeste Buszykluszeit für Ethercat am Markt. Zudem machen ein weiter Temperaturbereich von –40 bis +85 °C sowie eine hohe Schockfestigkeit von bis zu 2500 m/s² und Vibrationsfestigkeit von bis zu 100 m/s² die Geräte industrietauglich. In den Drehgebern ist der neueste Slave Ethercat Stack von Beckhoff mit der Version 5.01 integriert, des Weiteren ist das CANopen-Profil 3.2.10 implementiert.

Dynamisches Mapping

Die Geräte bieten zudem dynamisches Mapping an. Neben der skalierten Position ist die Rohdatenposition als Prozessgröße mappbar, ebenso die Sensortemperatur und die Geschwindigkeitsberechnung mit Vorzeichen. Vier Einheiten sind für die Geschwindigkeitsberechnung wählbar: Steps/sec, Steps/100ms, Steps/10ms sowie RPM. Mittels Gating Time lässt sich darüber hinaus das Zeitintervall einstellen, über das der Geschwindigkeitswert interpoliert wird. Zwei Register berechnen Work Area States und liefern damit prozessnahe Ergebnisse. Beim Download von Parametern auf den Drehgeber wird automatisch eine umfangreiche Plausibilitätsprüfung durchgeführt.

Das Messwerterfassungsmodul lässt sich über Protokolle auf Ethernet-Basis mit einem Signalverarbeitungsrechner verbinden, der die aus den Zeitreihen ermittelten Kennwerte über Ethernet-gestützte Protokolle an die Steuerung oder direkt an das Leitsystem übermittelt. Alle Schlüsselfunktionen des Drehgebers sind so unter ständiger Kontrolle. Für die Berechnung der Lebensdauer des Gebers werden zudem die herrschenden Umgebungsbedingungen genau analysiert und mit den ermittelten Werten gekoppelt. So spielt gerade bei der Überwachung von Schwingungen auch die Information, unter welcher Last die Maschine arbeitet mit in die Berechnung hinein. Werte, die im Leerlauf ermittelt wurden lassen andere Schlüsse auf die Lebenserwartung einer Komponente zu, als solche, die unter Volllast zustande kommen.

Das Steuerungs- und Überwachungssystem speichert die detaillierten Betriebsdaten, um daraus eine Trendanalyse der herrschenden Vibrationen, Temperaturen und weiterer Einflüsse zu erstellen. Je länger solche Aufzeichnungen erfolgen und je mehr Daten gespeichert werden können, desto klarer wird der Blick auf Fehlerursachen und ihre künftige Vermeidung - und das schon bevor eine Maschine in Betrieb genommen wird, respektive deren Konstruktion begonnen hat.

Doch gleich, wie weit die Automatisierung voranschreitet: Ohne geschulte Mitarbeiter, die die Informationen lesen und auf kritische Entwicklungen reagieren können, verfehlt selbst die detaillierteste Überwachung ihre Wirkung. Die richtigen Konsequenzen zu ziehen bleibt Aufgabe der Menschen hinter dem Leitsystem.

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