Condition-Monitoring-Lösungen

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1 Maschinenüberwachung Condition-Monitoring-Lösungen Vibrationstransmitter Schwingungspegel Intelligente Vibrationsschalter Maschinen- und Anlagenüberwachung Vibrationssensoren Anzeige- und Überwachungssysteme Frühwarnung Ein Unternehmen der PCB Piezotronics, Inc.

2 Condition-Monitoring-Lösungen Themenübersicht Einleitung Überwachung des Schwingpegels Mechanische Vibrationsschalter der Serie 685 Elektronische Vibrationsschalter der Serie 686 Vibrationstransmitter der Serie 640 Externer Signalwandler Modell 682B03 Lagerschadenfrüherkennung Lagerschadendetektor Lagerschadendetektor PLUS Überwachung von Kolbenmaschinen Maschinendiagnosesysteme Maschinenzustandsmonitor Standardisierte Maschinenüberwachung Übersicht Vibrationssensoren ICP -Vibrationssensoren Hochtemperatur-Vibrationssensoren Zubehör Vibrationssensoren Der PCB Synotech-Tipp Handkalibrator Modell 699A Einleitung Durch regelmäßige oder permanente Erfassung und Analyse physikalischer Größen wie Schwingung oder Temperatur lassen sich Zustandsveränderungen an einer Maschine erkennen. Geeignete Überwachungslösungen steigern die Betriebssicherheit der Maschinen und verbessern die Produktionseffizienz. Notwendige Wartungsarbeiten können vorausschauend durch Beurteilung der Restlaufzeiten geplant werden. Synotech beschäftigt sich seit mehr als 20 Jahren mit dem Thema Maschinenzustandsüberwachung und greift auf umfangreiche Erfahrung zurück. Der Aufbau der Maschine und ihre Betriebsarten bestimmen welche Überwachungsmethoden und Analyseverfahren anzuwenden sind. So sind Aggregate mit konstanter Drehzahl und Last einfacher zu überwachen als Maschinen, die mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl der passenden Überwachungsmethode ist die Möglichkeit der Schadenanalyse. Diese erfordert eine konsequente Erfassung des Betriebszustandes in regelmäßigen Intervallen oder den Einsatz einer Online-Überwachung. Mit Hilfe der Analysedaten können Fehler wie Unwucht, Wälzlagerschäden oder Ausrichtfehler erkannt und geeignete Maßnahmen zur Schadensbehebung getroffen werden. Die Vibrationssensoren und -schalter von IMI Sensors, der Industriesensorsparte von PCB Piezotronics, Inc., unterstützen die verschiedensten Überwachungsmethoden und Systeme. Sie arbeiten zuverlässig unter extremen Betriebsbedingungen wie hoher Arbeitstemperatur, unter Wasser oder in explosionsgefährdeter Umgebung. Sie sind problemlos an verschiedene Überwachungsmodule, Condition-Monitoring-Systeme oder an vorhandene Automatisierungssysteme anschließbar. Diese Broschüre stellt einfache und preisgünstige Sensorlösungen vor, autark arbeitende Überwachungssysteme und eine Lösung, die Anlagensteuerung und Maschinenüberwachung kombiniert. 2

3 Überwachung des Schwingpegels Mechanische Vibrationsschalter der Serie 685 Serie 685A Mechanische Vibrationsschalter bieten zuverlässigen und preisgünstigen Schutz für Maschinen und Anlagen. Bei Überschreiten eines voreingestellten Schwingpegels kann eine Abschaltung oder Alarmierung erfolgen. Die mechanischen Vibrationsschalter 685A19 und 685A39 ermöglichen mit ihrem neuartigen Design eine einfachere und genauere Einstellung der Empfindlichkeit und somit des Auslösepegels als herkömmliche mechanische Schalter. Neben dem üblichen manuellen Reset bieten die Schalter auch die Möglichkeit der Rückstellung aus der Ferne durch eine Spannung von 240 VAC oder 24 VDC. Schalterempfindlichkeit Beschleunigung (g) Messung der Schwingbeschleunigung Arbeitstemperaturbereich C Einstellbare Abschaltverzögerung (Alarm) Relaiskontakt 480 VAC bei 3 A Fern-Reset nach Auslösung ATEX-Zulassung (optional) Einstellungen Herkömmlicher mechanischer Schalter Neuartiges Design mit besserer Einstellmöglichkeit 3

4 Elektronische Vibrationsschalter der Serie 686 Elektronische Vibrationsschalter der Serie 686B arbeiten auf Basis eines piezoelektrischen Beschleunigungssensors, dessen Signale durch Integration in Schwinggeschwindigkeit gewandelt werden und zur Bewertung der Maschinenschwingung dienen. Ein wesentlicher Vorteil ist das Bedienkonzept, das einen Lernmodus (MAVT ) für die unkomplizierte Parametrierung vor Ort sowie die Möglichkeit der Programmierung mittels USB-Adapter und Software umfasst. Werden die eingespeicherten Alarmparameter im Betrieb erfüllt, wird über einen elektronischen Kontakt eine Meldung geschaltet. Für die Programmierung mittels des bereits erwähnten MAVT -Verfahrens wird der an der laufenden Maschine installierte Vibrationsschalter mit einem Magneten berührt. Daraufhin wird die Alarmschwelle auf das Doppelte der aktuellen Schwingamplitude eingestellt. Über diese komfortable Funktion kann jede Maschine in kürzester Zeit wirksam geschützt werden. Das optional erhältliche Programmierkit gestattet darüber hinaus die schnelle Einstellung sämtlicher Betriebsparameter über die USB-Schnittstelle eines handelsüblichen PCs. Modell M686B0X Vibrationsschalter mit 2-poligem ML-Anschluss Bewertung der Schwinggeschwindigkeit Arbeitstemperaturbereich C Einstellbare Abschaltverzögerung (Alarm) MOSFET Relais Versorgungsspannung V DC/AC ATEX-Zulassung (optional) Einsatzbereiche für Vibrationsschalter Lüfter und Ventilatoren Kühltürme Motoren Pumpen Durch die Berührung mit einem Magneten wird bei den Vibrationsschaltern der Serie 686B der Einstellungsprozess gestartet. 4

5 Vibrationstransmitter der Serie 640 und -größen (Schwinggeschwindigkeit u. a. gemäß der ISO 10816, Schwingbeschleunigung und Schwingweg). Mit dem Modell 649A04 steht darüber hinaus ein programmierbarer Vibrationstransmitter zur Verfügung. Schwinggeschwindigkeit- oder beschleunigung RMS oder Peak 4 20 ma-ausgang ATEX-Zulassung (Option) Arbeitstemperaturbereich bis 85 C (optional bis 125 C) Rohsignalausgang (Option) Temperatursignalsausgang (Option) Bei Verwendung von Vibrationstransmittern werden die Schwingungsauswertung und die Fehlerabschaltung ausgelagert, d. h. das Parametrieren der Alarmschwellen erfolgt in einer separaten Auswerteeinheit oder in einer SPS, die darüber hinaus die Trendentwicklung mitschreiben kann. Transmitter werden stromschleifengespeist betrieben und geben ein normiertes Stromsignal entsprechend der Schwingung aus, welches dann in der Anlagensteuerung skaliert wird. Die Vibrationstransmitter der Serie 640 gibt es mit unterschiedlichen, auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogenen Messbereichen Externer Signalwandler Modell 682B03 Vorhandene konstantstromgespeiste ICP -Beschleunigungssensoren können mit dem Signalumsetzer Modell 682B03 an 4 20 ma-signalkreise angeschlossen werden. Der Signalwandler liefert einen Ausgangsstrom proportional zum RMS- oder Spitzenwert der Schwingbeschleunigung, Schwinggeschwindigkeit oder des Schwingweges. Modell 607A11 (Beispiel) ICP Beschleunigungssensor ICP -Sensorversorgung Modell 682B03 Signalwandler ICP -Sensorversorgung Hoch-/Tiefpassfilterung Schwingbeschleunigung, -geschwindigkeit oder -weg RMS oder Peak Temperaturausgang (bei Anschluss eines ICP -Sensors mit Temperaturfühler) Rohsignalausgang 5

6 Lagerschadenfrüherkennung Gilt es tiefer in die Maschine hineinzuschauen, um mögliche Schäden differenzierter zu erkennen, kommen piezoelektrische Vibrationssensoren in ICP -Technik zum Einsatz. Der entscheidende Vorteil dieser Technik ist die Übertragung von störunempfindlichen Spannungssignalen mit niedriger Quellimpedanz. Der Störeinfluss durch elektrische und magnetische Felder benachbarter Aggregate ist dadurch, auch bei Verwendung preisgünstiger Messleitungen, minimiert. Dank des großen Frequenzbereiches der Aufnehmer können beispielsweise die Effekte von Lagerschäden oder Kavitation gemessen und durch das verwendete Condition-Monitoring eindeutig identifiziert werden. IMI Sensors bietet Vibrationssensoren in vielfältigen Ausführungen und Bauformen an, auch für den Hochtemperaturbereich oder EX-Zonen. Lagerschadendetektor Der Signalwandler Modell 682B05 dient zur Frühwarnung bei entstehenden Fehlern an Wälzlagern, wie zum Beispiel Schädigungen von Innen- oder Außenring, Spiel und fehlende Schmierung. Der Lagerschadendetektor stellt zwei Ausgangssignale zur Verfügung, den Vibrationspegel und Informationen über hochfrequente Peaks bzw. Stöße. ICP -Sensorversorgung Ausgang Schwinggeschwindigkeit Ausgang Stoßpegel Erkennung von Lagerschäden Rohsignalausgang Modell 682B05 Signalwandler Zeit Die Spitzenwerterfassung ermöglicht dem Lagerschadendetektor die Erkennung eines entstehenden Lagerschadens anhand der signifikanten Signaländerung im Vergleich zum Effektivwert des Schwingpegels. Deutlich sichtbar ist die Änderung des Spitzenwertsignals (grün) im Vergleich zur nur geringen Änderung des (Effektivwert)-Pegels (orange) bei Entstehung eines Schadens. Grün: Spitzenwert des Schwingungspegels Orange: Effektivwert des Schwingungspegels Blau: Rohsignal der Schwingung 6

7 Lagerschadendetektor PLUS Mit dem Lagerschadendetektor 649A03 (Bearing Fault Detector PLUS) werden mehrere Funktionen innerhalb eines hermetisch dichten Edelstahlgehäuses kombiniert. Der Transmitter bestimmt mittels der integrierten Kombination aus Vibrationssensor und Signalauswertung wahlweise den breitbandigen Summenpegel der Lagerschwingung, den Stoßpegel oder den Crestfaktor und stellt ein dazu proportionales ma-signal zur Verfügung. Betrieben wird der Transmitter in einer Stromschleife; die Auswertung der Kennwerte erfolgt zum Beispiel über die SPS der Maschine. Modell 649A03 Lagerschadendetektor PLUS Schockmonitoring an Kolbenmaschinen Der RMP *) -Transmitter 649A01 mit ma-ausgang ist ein Sensor zur kontinuierlichen Überwachung von Kolbenkompressoren. Er erkennt frühzeitig Fehler, die zu teuren Folgeschäden führen würden. Dank der Spezialisierung auf die Überwachung von Kolbenmaschinen wird eine wesentlich zuverlässigere Fehlererkennung erreicht als mit üblichen Vibrations- und Stoßpegeltransmittern. *) RMP steht für Reciprocating Machine Protector Erkennung stochastischer Stoßpegel 4 20 ma-ausgang ATEX-Zulassung (optional) Modell 649A01 RMP *) -Transmitter 7

8 Maschinendiagnosesysteme Der störungsfreie Betrieb von Maschinen und Anlagen hängt von unterschiedlichen betrieblichen Anforderungen und Bedingungen ab. Außerhalb ihrer Spezifikationen betrieben, können Maschinen unzulässige Schwingungen erzeugen und die gesamte Anlage stören. Für die optimale Überwachung von Maschinen ist die detaillierte Signalanalyse im Frequenzraum notwendig. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an Kanalzahl und Rechenleistung der Systeme. Auch Maschinendiagnosesysteme arbeiten optimal mit den Vibrationssensoren von IMI Sensors zusammen. Das breitbandige Messsignal dieser Aufnehmer gestattet es dem Überwachungssystem, das gesamte relevante Frequenzspektrum der Maschine zu analysieren und sich ankündigende Fehler frühzeitig zu erkennen. Die Trennung von Sensor und Signalauswertung gewährleistet hierbei eine große Flexibilität bei der Auswahl des passenden Vibrationssensors. Sensoren mit unterschiedlichen Bauformen, Messbereichen und speziellen Eigenschaften wie Temperaturbelastbarkeit bis 163 C können zum Einsatz kommen. Maschinenzustandsmonitor Die Geräte der Serie CW-200 ermitteln aus den Signalen der ICP -Vibrationssensoren den RMS-Pegel der Schwingbeschleunigung oder -geschwindigkeit sowie den Stoßpegel und Crestfaktor. Ein interner Prozessor überwacht drei definierbare Frequenzbänder, die optional durch die zusätzliche Einbeziehung eines Drehzahlsensors dynamisch an die aktuelle Maschinendrehzahl angepasst werden können. Neben der Anschlussmöglichkeit für Vibrationsaufnehmer bieten sie drei weitere Eingänge zur Messung von Stromsignalen. Somit können auch andere Parameter wie etwa Druck, Temperatur oder Leistungsaufnahme erfasst und überwacht werden. Das Überwachungsmodul kann so konfiguriert werden, dass es vollkommen autark arbeitet. Die vorhandenen Schnittstellen erlauben aber ebenso eine Integration des Gerätes in andere Automatisierungssysteme. Modell CW-220 Überwachungsmodul 1-kanalige ICP -Sensorversorgung Erfassung von 3 weiteren Parametern Überwachung Schwinggeschwindigkeit nach ISO Ermittlung Stoßpegel und Crestfaktor CAN-Bus Überwachung von 3 Frequenzbändern Drehzahlmessung (CW-220C) 8

9 Standardisierte Maschinenüberwachung Das Condition-Monitoring-System TAR 9964 von TAR Automation mit 4 ICP -Eingangsklemmen und diversen digitalen Ein- und Ausgängen sowie das dazu passende leistungsfähige PC-Modul ergänzen sich zu einer optimalen Gesamtlösung zur Maschinenüberwachung und Anlagensteuerung ohne separate Subsysteme. Die Condition-Monitoring-Software auf Basis von Twincat 3 bietet eine Grenzwertüberwachung und Auswerte-Algorithmen wie RMS, FFT, Crestfaktor, Schmalbandpegel sowie die Analyse verschiedener Schadenssymptome. Die Flexibilität und Erweiterbarkeit dieses Systems ermöglichen eine einfache Integration in neue und bestehende Anlagen. Als ideale Ergänzung zu dem Condition-Monitoring-System TAR 9964 empfehlen sich die robusten Vibrationssensoren von IMI Sensors. 4 ICP -Eingangsklemmen Digitale Ein-/Ausgänge zur Anlagensteuerung PROFIBUS und PROFINET Datenkopplung TCP-IP-Kopplung zur Messwertarchivierung Robuste ICP -Vibrationssensoren (optional Hochtemperatur-Versionen oder mit ATEX-Zulassung) Modell TAR kanaliges Condition-Monitoring-System Der PCB Synotech-Tipp Die Kombination aus dem Condition-Monitoring- System TAR 9964 mit robusten Vibrationssensoren von IMI Sensors stellt eine ideale Lösung zum Aufbau einer Maschinenüberwachung dar. 9

10 Übersicht Vibrationssensoren Die Vibrationssensoren von IMI Sensors zeichnen sich durch ein doppelwandiges, hermetisch dicht verschweißtes Edelstahlgehäuse aus, das sowohl als mechanischer Schutz gegen Umgebungseinflüsse und Verschmutzungen als auch als faradayscher Käfig wirkt, der elektrische Einstreuungen verhindert. Die galvanische Trennung des Sensorelementes und der nachfolgenden Messkette vom Sensorgehäuse verhindert Erdschleifen und Rauschen. Die piezoelektrischen Vibrationssensoren in ICP -Technik haben den entscheidenden Vorteil, dass das Messsignal als störunempfindliche Spannung mit niedriger Quellimpedanz übertragen wird. Der Störeinfluss durch elektrische und magnetische Felder benachbarter Aggregate ist dadurch minimiert. Die Sensoren der Serien PCB-M60x und PCB-M62x von IMI Sensors sind in unterschiedlichen Ausführungen und Bauformen erhältlich und lassen sich daher in fast allen Bereichen einsetzen, auch im Hochtemperaturbereich oder in EX-Zonen. ICP -Vibrationssensoren Modell M603C01 Preisgünstige ICP -Vibrationssensoren Messbereich 50 oder 500 g Empfindlichkeit 100 oder 10 mv/g Stecker bzw. Kabelabgang oben Frequenzbereich 0, Hz ATEX-Zulassung (Option) Modell M607A11 ICP -Vibrationssensoren mit Swivel-Montage Messbereich 50 g Empfindlichkeit 100 mv/g Stecker bzw. Kabelabgang seitlich Frequenzbereich 0, Hz ATEX-Zulassung (Option) Modell M602D01 ICP -Vibrationssensoren mit Durchgangsbohrung Messbereich 50 g Empfindlichkeit 100 mv/g Stecker bzw. Kabelabgang seitlich Frequenzbereich 0, Hz Hochtemperaturelektronik bis 162 C (Option HT) 10

11 Hochtemperatur Vibrationssensoren Modell HTM622A01 Industrieller ICP -Vibrationssensor Dauereinsatztemperatur bis 163 C Stecker oben Messbereich 50 g Empfindlichkeit 100 mv/g Frequenzbereich 0, Hz Modell EX600B13 Vibrationssensor-Kit mit ICP -Inline-Ladungsverstärker Dauer-Einsatztemperatur bis 482 C Messbereich 50 g Empfindlichkeit 100 mv/g Frequenzbereich bis Hz Shear-Design Sensorelement UHT-12 TM ATEX-Zulassung Zubehör Vibrationssensoren Magnete und Montageplättchen Flach- und Kurvenmagnete Quick-Connect Montageplättchen in verschiedenen Durchmessern Zenerbarrieren für den EX-Bereich Zur Begrenzung der elektrischen Energie Modelle für ICP -Sensoren und 4-20 ma-transmitter Der PCB Synotech-Tipp Handkalibrator Modell 699A02 Zur Überprüfung der Empfindlichkeit von Beschleunigungssensoren und der Gesamtmesskette Ausgangssignal 1 g RMS oder Peak (umschaltbar) bei 159,2 Hz Batteriebetrieb Verwendbar für Sensoren mit einer Masse bis zu 250 Gramm 11

12 Messbar gut Als spezialisiertes Vertriebsunternehmen für Sensor- und Messtechnik ist PCB Synotech seit 1992 ein Begriff. Umfassendes Fachwissen, persönliche Beratung, Kompetenz und direkter Kundenkontakt sind die Säulen des Erfolges von PCB Synotech. Das Unternehmen hat sich der absoluten Kundenzufriedenheit verschrieben. Dieser Anspruch wird von den Mitarbeitern täglich mit Leidenschaft und Konsequenz gelebt. Überzeugen Sie sich selbst! Die PCB Synotech-Mitarbeiter freuen sich darauf Sie zu beraten! Weitere Informationen und Neuigkeiten zu unseren Produkten finden Sie jederzeit unter ANSPRECHPARTNER IN IHRER NÄHE TECHNISCHE UNTERSTÜTZUNG BREITES PRODUKTSPEKTRUM EXPRESS-VERSAND KALIBRIERSERVICE REPARATURSERVICE Hochwertige Messtechnik und Beratung aus einer Hand Ein Unternehmen der PCB Piezotronics, Inc. PCB Synotech GmbH Porschestr n Hückelhoven Tel.: +49 (0) 24 33/ info@synotech.de n Stand 12/2015/V3 Fotos: u.a. fotolia