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Die Systeme in Umspannstationen entwickeln sich zu digitalen Automatisierungslösungen: Der Betrieb wird digitalisiert und die Kommunikationsschnittstellen können auf die Primärausstattung in der Umspannstation erweitert werden. Bild: iStock, Okea
Predictive Maintenance in Umspannstationen

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Gut geplant ist halb gewartet

Text: Martin Jenkner, Moxa
Ein entsprechendes System lässt sich zum einen erreichen, indem der Status der wichtigsten Bestandteile des Systems kontinuierlich proaktiv überwacht wird. Zum anderen sollte der Status mit einem angemessenen Alarm- oder Warnsystem kombiniert werden.

Die Systeme in Umspannstationen entwickeln sich zu digitalen Automatisierungslösungen: Der Betrieb wird digitalisiert und die Kommunikationsschnittstellen können auf die Primärausstattung in der Umspannstation erweitert werden. Betreiber können sie so effektiver überwachen und steuern. Computer spielen dabei eine wichtige Rolle, und eine solide Wartungsstrategie kann ihre Lebensdauer verlängern. Der Trend bei der Wartung von Computern geht zur vorausschauenden Wartung. Ein gut durchdachter Wartungsplan unterstützt die Anforderungen eines Computers für Umspannstationen frühzeitig und verbessert dadurch sowohl dessen Zuverlässigkeit, als auch die Möglichkeit, Wartungskosten zu sparen.

In modernen IEC 61850-Umspannstationen übernehmen Computer immer mehr betriebskritische Aufgaben wie die Analyse, Überwachung und Steuerung von Prozessen. Sie werden auf Feld- und Stationsebene eingesetzt, um intelligente elektronische Geräte zu verwalten und zu steuern: Schutz-Relais, Störschreiber oder GOOSE/SMV-Analysegeräte. Jeder Computerfehler hat das Potenzial, den Betrieb der Umspannstation zu beeinflussen oder das System zu unterbrechen. Daher ist eine vorausschauende Wartung von Computern notwendig. Es gibt drei klassische Ansätze, um Computer in Umspannstationen zu warten. Erstens die reaktive Wartung, auch Ausfall- oder Betrieb-bis-zum-Ausfall-Wartung genannt. Dabei finden Reparaturen oder der Austausch von Geräten nur statt, wenn ein Problem auftritt. Für Computer ist dieser Ansatz nicht empfehlenswert. Zweitens gibt es die vorbeugende Wartung (zeitabhängige Wartung): Wartungsarbeiten werden in vorab definierten Zeitintervallen durchgeführt. Studien haben gezeigt, dass sich so zwischen zwölf und achtzehn Prozent Kosten einsparen lassen. Einige Haken gibt es trotzdem: Entstehen Computer-Fehlfunktionen vor dem geplanten Wartungsintervall, bleibt der Effekt auf der Strecke. Zudem ist die vorbeugende Wartung ein nicht zu unterschätzender Arbeitsaufwand. Der dritte Ansatz ist die vorausschauende Wartung oder zustandsorientierte Wartung. Hierbei werden die Wartungsaktivitäten durchgeführt, wenn die mechanischen oder betriebstechnischen Zustände, die durch regelmäßige Geräteüberwachung und Analyse von Trends ermittelt werden, sie erforderlich machen. In Konsequenz lassen sich beschädigte Geräte austauschen, bevor Probleme auftreten. Gegenüber der vorbeugenden Wartung spart das weitere acht bis zwölf Prozent Kosten.

Eine voll funktionsfähige Strategie für die vorausschauende Wartung lässt sich umsetzen, wenn das Personal über angemessene Fachkenntnisse verfügt. Es sollte auch die Fähigkeiten und die Zeit haben, die Wartungsarbeiten durchzuführen. So lassen sich Reparaturen an Geräten klar strukturieren und planen. Es bleibt auch ausreichend Zeit, Ersatzteile zu ordern. Damit spart man ein Ersatzteillager ein. Da die Wartung nur dann stattfindet, wenn sie nötig ist, lässt sich möglicherweise auch die Produktionskapazität erhöhen. Obwohl ein Programm für die vorausschauende Wartung anfängliche Investitionskosten wie Diagnose-Geräte, Software, Personalweiterbildung mit sich bringt, überwiegen die Vorteile bald die Kosten.

Vorausschauende Wartung implementieren

Die meisten Computer verfügen über eingebaute Hardware-Überwachungswerkzeuge, entweder auf Bios-Ebene oder als Teil des Betriebssystems. Viele Komponenten enthalten auch Sensoren, die Parameter wie Temperatur, Stromverbrauch und Lüftergeschwindigkeit überprüfen. Eine Möglichkeit, diese Werte auszulesen, ist ein Bios-Hardware-Monitor. Auf das Bios lässt sich allerdings nur beim Booten des Computers zugreifen. Einige der Linux-Befehlswerkzeuge, die man zur Überwachung einsetzen kann, sind die virtuelle Speicher-Statistik _VmStat, die Linux Laufwerk I/O-Überwachung _Iotop, die System- und Netzwerküberwachung _Monitorix und das All-in-One-Werkzeug zur Leistungsüberwachung _Collectl.

Moxas Lösung nennt sich Proactive Self-Maintenance und besteht aus einer proaktiven Überwachungseinheit sowie einer zentralen Alarm-Lösung für dezentrale Standorte. Die Überwachungseinheit mit kleinem Speicherbedarf ist ein ressourcenschonendes, einfach zu nutzendes Dienstprogramm, das die Nachverfolgung einer Reihe von Systemparametern ermöglicht. Dazu nutzt es die Hardware-Sensoren im Motherboard, um die wichtigsten Teile der Moxa-Computer zu überwachen.

Die aktuellen Werte können durch einen Klick auf die entsprechenden Icons auf der Benutzeroberfläche angesehen werden. Dabei werden benutzerdefinierte Leitindikatoren genutzt. Sichtbare oder Audio-Alarme werden automatisch über Relais und SNMP-Traps ausgelöst, sofern die Leitindikatoren voreingestellte Schwellenwerte überschreiten. Betreiber können Systemausfälle so einfach durch die Vorausplanung der Wartungsarbeiten verhindern.

Die einsatzbereite Lösung ermöglicht zentralisierte sichtbare oder Audio-Alarmmeldungen an die Leitstelle über das Ethernet. Dabei ist kein Relais-Output im Computer nötig. Des Weiteren ist keine Verkabelung erforderlich. Kombinierte Simple-Netzwork-Management-Protocol-Traps finden Systemfehler schnell und sicher.

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