Armaturendiagnose durch Dauerüberwachung mit ANDIS IV

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1 Armaturendiagnose durch Dauerüberwachung mit ANDIS IV White Paper Author: Dipl.-Ing. R. Jurentschk, Dipl.-Ing. J. Adamczyk Warum Dauerüberwachung? Zur zuverlässigen und exakten Betätigung von Ventilen, Schiebern und Klappen (Armaturen) werden in der Prozesstechnik elektrische Stell- oder Magnetventile eingesetzt. Die betätigten Stellglieder regeln Stoff- und Energieströme. Für den Nachweis der Funktionsbereitschaft einer sicherheitstechnisch relevanten Armatur wird in einem festgelegten Prüfintervall eine Funktionsprüfung durchgeführt. Diese wiederkehrende Prüfung beinhaltet u.a. eine Messung der Wirkleistungsaufnahme des zur Armatur gehörenden Stellantriebes oder die Messung der Stromaufnahme des Magnetantriebes. In beiden Fällen werden zusätzliche Kennwerte wie Öffnungs- und Schließzeiten aus dem aufgezeichneten Strom und Spannungsverläufen ermittelt. Aufgrund dieser Prüfungen können Aussagen zur Einhaltung der geforderten Einstellwerte und zum Zustand der Armatur getroffen werden. Weiterhin ist mit Hilfe der aufgezeichneten Daten eine schnelle und effiziente Einstellung von Endlagen- und Drehmomentschaltern möglich. Um diese Prüfungen durchzuführen gibt es zwei Möglichkeiten: Abbildung 1: Prüfplatz mit Spannungsversorgung zur Speisung des Prüflings Dieser Prüfplatz ist ja nach Ausbaustufe für verschiedene Prüfungen ausgelegt und kann flexibel auch für andere Messaufgaben eingesetzt werden. Er verfügt neben einem Messsystem zur Datenaufzeichnung und -verrechnung auch über eine Stromversorgung die zur konstanten Versorgung des Antriebes dient, somit ist die Spannung unabhängig von der Anlagenspannung und individuell einstellbar. Vorortmessung mittels Prüfplatz Dauerüberwachung Vorortmessung Bei der Vorortmessung sind zwei Durchführungsvarianten zu unterscheiden. Bei der ersten Variante wird der zu vermessende Antrieb elektrisch von der Anlage entkoppelt und ein entsprechender Prüfplatz in den Versorgungsstrang der Armatur geschaltet. Abbildung 2: Prüfplatz mit Anschluss zur Antriebsversorgung und weiteren Messeingängen Berlin +49 (0) Frankfurt +49 (0) Schweiz +41 (0)

2 Bei der zweiten Variante der Vorortmessung ist die elektrische Anlage im Einspeisestrang der Armatur bereits mit den erforderlichen Sensoren zur Erfassung von Strom und Spannung ausgestattet. Damit reduziert sich der Zeitaufwand für das Auftrennen des Regelkreises, weil die Armatur nicht mehr elektrisch vom Prozess getrennt werden muss. Man verbindet zur Prüfung lediglich ein entsprechend ausgestattetes Mess- und Auswertesystem mit den am Einspeisepunkt angeordneten Messadaptern und misst auf diese Weise Strom und Spannung des Antriebes. Nun können die Prüfungen zu jedem Zeitpunkt, auch während des Betriebes durchgeführt werden. Ferner kann mit Hilfe der permanenten Überwachung eine schnelle und effiziente Ursachenforschung im Fehlerfall durchgeführt werden. Vorteile der Dauerüberwachung: Wechsel zur zustandsorientierten Instandhaltung lückenlose Aufzeichnung jeder Antriebsfahrt Erkennung von auftretenden Fehlern Erkennung einer schleichenden Verschlechterung von Analgen- und Betriebsparametern Verringerung von Rüstzeiten, nur einmalige Montage und Parametrierung geringerer personeller Aufwand ANDIS: AntriebsDIagnoseSystem ANDIS Für eine erfolgreiche Armaturendiagnose wurde von der imc Meßsysteme GmbH das Antriebsdiagnosesystem ANDIS entwickelt. In der nun vierten Generation erfüllt es die Anforderung an ein zur Dauerüberwachung geeignetes Messsystem. Die Entwicklungen begannen mit Systemen zur Vorortmessung, wurden kontinuierlich den Anforderungen von Kunde und Markt angepasst und mündeten mit ANDIS IV in einem ausgereiften System zur autarken Dauerüberwachung von elektrischen Stellantrieben und Magnetventilen. Abbildung 3: Vorortmessung mit festmontierten Stromwandlern an der Armatur Versorgung Dauerüberwachung Bei der Dauerüberwachung sind alle Komponenten zur Messung, Messdatenverarbeitung, -auswertung und - speicherung so angeordnet, dass eine lückenlose und ständige Diagnose der Armatur möglich ist. Dadurch kann die zeitorientierte Instandhaltung mit festen Diagnose-, Inspektions- und Reparaturintervallen durch die zustandsorientierte Instandhaltung abgelöst werden. Die Dauerüberwachung ermöglicht zu jedem Zeitpunkt eine zuverlässige Aussage über Antriebs- und Armatur Zustand. Abbildung 4: ANDIS IV-Modul Berlin +49 (0) Frankfurt +49 (0) Schweiz +41 (0)

3 Aufbau des Diagnosesystems Ein modernes Diagnosesystem sollte so aufgebaut sein, dass es wechselnden Anforderungen ohne großen Aufwand angepasst werden kann. Aus diesem Grund wurde das Diagnosesystem modular aufgebaut, und in verschiedene Funktionseinheiten unterteilt: Messdatenerfassung Messdatenspeicherung Messdatenverarbeitung Messdatenauswertung Visualisierung der Messdaten und Ergebnisse Messdatenarchivierung Durch die Trennung der einzelnen Funktionen ist es einfach, das System zu erweitern (Erhöhung der Messtellenanzahl) oder an andere Anforderungen anzupassen (Auswerte- und Visualisierungsfunktionen). Das Antriebsdiagnosesystem besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: Messmodule ANDIS IV Rechnersystem mit Auswertesoftware auf Basis imc Devices Administration der Netzwerke möglich. Über dieses Netzwerk werden die Module mit einem Datenserver verbunden auf dem ein, auf Kundenanforderungen angepasstes, Datenverarbeitungs- und Auswerteprogramm läuft. Mithilfe dieser Auswertesoftware werden die auf den Messmodulen abgelegten Daten über das Netzwerk in den Server übertragen und stehen nun der Auswertung zur Verfügung. Hier werden sie einer weiteren Verarbeitung und Verrechnung unterzogen um die benötigten Informationen über den Anlagenzustand zu erhalten. Die Ergebnisse können zusammen mit den Messdaten angezeigt und dauerhaft archiviert werden. Mit Hilfe eines flexiblen und leistungsstarken Reportgenerators ist es möglich angepasste und kundenspezifische Berichte zu erstellen, die automatisch für jede Antriebsfahrt oder als Sammelberichte abgelegt oder ausgedruckt werden können. Mithilfe der Messmodule erfolgt die Datenaufzeichnung analoger Größen (Strom, Spannung). Die Messung wird durch die Aufzeichnung digitaler Signale, welche zur Steuerung und Überwachung von Antrieben verwendet wird (Befehle, Meldungen), gestartet und gestoppt. Alternativ dazu können Messungen auch auf Schwellwerte von Messsignalen getriggert werden. Hierzu stehen flexible Pre- und Posttrigger zur Verfügung. Die Messungen erfolgen rückwirkungsfrei, eine Beeinflussung der Anlage ist somit ausgeschlossen. Die aufgezeichneten Signale werden in den Messmodulen auf Wunsch und einstellbar gefiltert, normiert und in einem internen Speicher abgelegt. Die Größe des Speichers ist variabel, die Datenablage kann ebenso in einem Ringspeicher organisiert werden. Die einzelnen Messmodule verfügen über jeweils zwei Netzwerkanschlüsse vom Typ RJ45 zum Anschluss an ein TCP/IP-basiertes Netzwerk. Der eingebaute Switch erlaubt es, eine Vielzahl von Messmodulen miteinander zu verbinden und so unterschiedliche Netzwerkstrukturen aufzubauen. Somit ist eine flexible und anlagenorientierte Abbildung 5: Aufgezeichnete Daten und Ergebnisse einer Antriebsfahrt Auf Wunsch erhält der Kunde auch die Möglichkeit mit Hilfe spezieller Module die Ergebnisdaten seinem hauseigenen Dokumentationssystem zur Verfügung zu stellen. Diagnose von Magnetventilen im Kraftwerksbereich ein Applikationsbeispiel Im Zuge einer Anlagenmodernisierung konnten im Kernkraftwerk Brokdorf 113 ANDIS IV-Module zusammen mit einem Auswerteprogramm in Betrieb genommen werden. Somit stellt das KKW Brokdorf eine Vorreiterrolle dar, wenn es um die Diagnose von Armaturen und Stellantrieben durch deren Dauerüberwachung geht. Berlin +49 (0) Frankfurt +49 (0) Schweiz +41 (0)

4 Abbildung 7: Dauerüberwachung mit Messmodulen ANDIS IV der imc Meßsysteme GmbH Abbildung 6: ANDIS IV (eingebaut, parametriert) Die installierten Messmodule sind über mehrere Bereiche der Anlage verteilt und über Netzwerkswitche mit dem Datenserver verbunden. In einem Schaltschrank befinden sich bis zu 15 Messmodule die, an einem Strang liegend, miteinander verbunden sind. Die Module sind so konzipiert, dass sie ohne größeren Aufwand auf die vorhandenen Reihenklemmen der Firma Phönix Contact adaptiert werden können. Die benötigten Wandler zur Strommessung sind auf Adapterplatinen montiert, die sich einfach zwischen die Reihenklemmen stecken und fixieren lassen. Durch diesen Aufbau ist die Umrüstung der Anlage mit wenig Aufwand möglich. Alle Komponenten sind so entwickelt worden, dass Sie die gängigen Normen hinsichtlich Erdbebenfestigkeit erfüllen. Im ersten Schritt dieser Analagenmodernisierung wurden Magnetventile mit den Modulen zur Dauerüberwachung ausgerüstet. Zur Beurteilung der Funktionssicherheit dieser Armaturen werden einphasig Strom und Spannung gemessen und u.a. folgende Kennwerte ermittelt: Betriebsspannung und -strom Anzugsverzugszeit Anzuggesamtzeit Stellzeit (Anzug) Abfallverzugszeit Abfallzeit Stellzeit (Abfall) Die Auswertung der Messungen für Stellantriebe kann je nach Anforderungsprofil auch andere Parameter enthalten. Überblick über alle Messmodule erhält der Anwender über ein Online-Monitoring. Mit dessen Hilfe können auch detaillierte Betriebsparameter der einzelnen ANDIS IV Module abgefragt und angezeigt werden. Berlin +49 (0) Frankfurt +49 (0) Schweiz +41 (0)

5 Abbildung 8: Online-Monitoring aller eingebauten Module Die Überwachung der Stellantriebe ist durch die Messung von Strom und Spannung mittels Aronschaltung realisiert. Hier steht die neben der Schaltzeiterfassung die Ermittlung der Wirkleistung im Vordergrund. Wenn Sie mehr über die Armaturendiagnose erfahren möchten, rufen Sie uns einfach an. Berlin +49 (0) Frankfurt +49 (0) Schweiz +41 (0)

6 Weitere Informationen erhalten Sie unter: imc Meßsysteme GmbH Voltastr. 5 D Berlin Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) hotline@imc-berlin.de Internet: Seit über 20 Jahren entwickelt, fertigt und vertreibt die imc Meßsysteme GmbH weltweit Hard- und Softwarelösungen im Bereich der physikalischen Messtechnik. Ob im Fahrzeug, an Prüfständen oder beim Überwachen von Anlagen und Maschinen Messdatenerfassung mit imc-systemen gilt als produktiv, leicht ausführbar und rentabel. Dabei kommen in Entwicklung, Forschung, Versuch und Inbetriebnahme sowohl schlüsselfertige imc- Messsystemlösungen als auch standardisierte Messgeräte und Softwareprodukte zum Einsatz. imc-geräte arbeiten in mechanischen und mechatronischen Anwendungen bis 100kHz pro Kanal mit nahezu allen gängigen Sensoren zur Erfassung physikalischer Messgrößen wie z.b. Drücke, Kräfte, Drehzahlen, Vibrationen, Geräusche, Temperaturen, Spannungen oder Ströme. Das Spektrum der imc-messtechnik reicht von der einfachen Messdatenaufzeichnung über integrierte Echtzeitberechnungen bis hin zur Einbindung von Modellen und vollständigen Automatisierung von Prüfständen. Am Hauptsitz Berlin beschäftigt das 1988 gegründete Unternehmen rund 160 Mitarbeiter, die das Produktportfolio stetig weiterentwickeln. International werden imc-produkte durch rund 25 Partnerunternehmen vertrieben. imc Test & Measurement GmbH Max-Planck-Str. 22 b D Friedrichsdorf/Ts. Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) hotline@imc-frankfurt.de Internet: Die imc Test & Measurement GmbH ist ein Systemhaus, das Produkte und Dienstleistungen für messtechnische Anwendungen anbietet. Unser Team besteht aus ca. 40 praxiserprobten Experten mit überwiegend ingenieur- oder naturwissenschaftlichen Abschlüssen realisiert produktive, kundenorientierte und anwendungsspezifische Lösungen rund um das Thema elektrisches Messen physikalischer Größen. Die imc Test & Measurement GmbH vermarktet die anerkannt innovativen und leistungsstarken Hard- und Softwareprodukte unseres strategischen Partners imc Meßsysteme GmbH, Berlin. Wir ergänzen diese Produkte mit umfangreichen Ingenieurdienstleistungen. Diese reichen von der Konzeption über die Beratung und den Verkauf mit Preund After-Sales-Service bis zu kunden- und anwendungsspezifischen Erweiterungen, Systemintegration, Inbetriebnahme, Schulung sowie Vermietung von Messsystemen und Personal u.v.m Nutzungshinweise: Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte sind vorbehalten. Dier Bericht darf ohne Genehmigung weder bearbeitet, abgewandelt noch in anderer Weise verändert werden. Ausdrücklich gestattet ist das Veröffentlichen und Vervielfältigen des Dokuments. Bei Veröffentlichung bitten wir darum, dass der Name des Autors, des Unternehmens und eine Verlinkung zur Homepage genannt werden. Trotz inhaltlicher sorgfältiger Ausarbeitung, kann dieser Bericht Fehler enthalten. Sollten Ihnen unzutreffende Informationen auffallen, bitten wir um einen entsprechenden Hinweis an: marketing@imc-berlin.de. Eine Haftung für die Richtigkeit der Informationen wird grundsätzlich ausgeschlossen. Berlin +49 (0) Frankfurt +49 (0) Schweiz +41 (0)