Condition Monitoring Optimale Zustandsüberwachung mit einfach nachzurüstender IIoT

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Althen GmbH Mess- und Sensortechnik

Althen GmbH Mess- und Sensortechnik

MPDV Mikrolab GmbH

aPriori Deutschland

Neue Industrieanlagen besitzen meist integrierte Tools der Zustandsüberwachung. Für Bestandsanlagen mit rotierenden Anlagenteilen bietet Althen ein Condition-Monitoring-System zum Nachrüsten an. Kabellose Vibrationsaufnehmer melden die Messdaten per Funk an ein Gateway, das diese weiter an eine Cloud übermittelt.

Eine vorausschauende Zustandsüberwachung ist bei Maschinen mit rotierenden Anlagenteilen entscheidend, um frühzeitig Abnutzungen zu detektieren, Ausfälle zu vermeiden und letztlich Kosten zu sparen, wenn Verschleißteile rechtzeitig gewartet und geplant ausgetauscht werden müssen.

Althen bietet zur Vibrationsmessung und Zustandsüberwachung eine Messlösung bestehend aus kabellosen, batteriebetriebenen Schwingungssensoren, die über Gateways die Messdaten an eine Cloud übermitteln, sowie dem „Althen-Monitor“ zur Datenauswertung. Diese Messknoten enthalten einen Beschleunigungssensor, der Schwingungen in drei Richtungen misst, sowie einen Temperatursensor. Alle Signale werden bereits im Sensor selbst verarbeitet.

Rohdaten dank intelligenter Sensoren reduzieren

Bei Vibrationsmessungen entstehen in der Regel sehr viele Rohdaten, deren Übermittlung per Funk großes Datenvolumen erfordert. Um ein solches Datenvolumen zu vermeiden, werden intelligente Schwingungssensoren von Althen eingesetzt, die die Rohdaten nicht ungefiltert weitergeben. Vielmehr wird den Mess­knoten im Vorfeld kommuniziert, welche Daten der Schwingbeschleunigung aufbereitet und übermittelt werden sollen. Dazu gehören die Festlegung von Zeitintervallen oder die Übermittlung von kritischen Grenzwerten. Folgende Werte können ausgegeben werden: a-RMS/p2p/z2p (peak-to-peak/zero-to-peak), v-RMS/p2p/z2p (peak-to-peak/zero-to-peak), Crest Faktor, Kurtosis, Temperatur. So lassen sich Daten einsparen und auch das Netzwerk entlasten, wenn je nach Messaufgabe nicht nur ein Messknoten, sondern eine größere Anzahl an Sensoren verbaut werden. Die Datenweitergabe erfolgt über ein Netzwerk aus mehreren Vibrationsaufnehmern, die untereinander und mit den eingesetzten Gateways kommunizieren (SSL-Verschlüsselung TLS 1.3).

Sich selbst organisierendes Mesh-Netzwerk

Dabei läuft die Kommunikation nicht nur von einem Messknoten zu einem jeweils festgelegten anderen Messknoten oder Gateway, sondern die Sensoren suchen sich immer den besten Kommunikationsweg: entweder den kürzesten oder denjenigen mit dem stärksten Signal. Die Systeme arbeiten dabei möglichst energieeffizient, um die Batterien nicht unnötig zu belasten.

Je nach Anlagensituation und freier Fläche ist zur Funkkommunikation ein Gateway für bis zu 25 Sensoren zuständig. Der Kunde definiert zunächst die Anzahl an Maschinen und Anlagen, die er überwachen möchte. Daraus ergibt sich die Anzahl an nötigen Messknoten. Für die entsprechenden Gateways ist zu prüfen, ob es sich um freie Flächen oder geschlossene Räume handelt und welche Mate­rialien vorhanden sind, etwa eventuelle Stahl- oder Stahlbetonkonstruktionen, die das Signal beeinträchtigen könnten. Es müssen ausreichend Gateways mit einer sinnvollen Verteilung eingesetzt werden, um eine gute Netz- und Datenqualität zu gewährleisten. Das Netzwerk kann jederzeit um Messknoten und Gateways erweitert oder verringert werden, je nach Bedarf. Es organisiert und reorganisiert sich selbstständig. Die kabellosen Schwingungssensoren sowie das Gateway sind zudem in einer ATEX-zertifizierten Variante für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen verfügbar.

Zustandsüberwachung: Monitor-Lösung mit vielfältigem Dashboard

Das Besondere an der Überwachungslösung ist der von Althen entwickelte Monitor mit vielfältigen Dashboard-Auswertungen, die Aufschluss über den Zustand der Anlage und mögliche Wartungsintervalle geben. Die Struktur der Dashboards kann indivi­duell auf den Kunden zugeschnitten werden, etwa auf Anlagen-, Gebäude- und Standort­ebene oder auch unternehmens- und länder­übergreifend. Bei Definition gewünschter Grenzwerte werden Alarmmeldungen per E-Mail zugeschickt. So kann frühzeitig eine Überprüfung und Wartung von Anlagenteilen veranlasst werden.

Der IoT-Monitor bietet die Möglichkeit einer Grenzwertüberwachung nach ISO-10816 sowie zur Einmessung individueller Maschinendaten. Je nach Buchungsumfang sind in der Messlösung die genannten Basisfunktionen enthalten oder in der „Pro“-Version beispelsweise FFT-Darstellungen sowie detaillierte Diagnose-Funktionen im „Intelligent“-Paket. Dazu zählen zum Beispiel die Detektion von Unwucht oder Winkelfehlstellungen oder Fehlfunktionen bei Wälz- und Kugellagern.

Einfache Integration in bestehende Anlagen

Für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) mit Bestandsanlagen ist die Zustandsüberwachung einfach zu integrieren. Durch die Kommunikation per Funk ist die Lösung nicht kabelgebunden, was Installationsarbeiten und damit Kosten deutlich verringert. Dank der bidirektionalen Kommunikation übermitteln die Messknoten nicht nur die aufgenommenen Daten, sondern sie können auch vom IoT-Monitor aus anlagenspezifisch konfiguriert werden.