PROGNOST -SILver. Maschinenschutz für Rotating Equipment. Felddisplay. Ringspeicher IEC61508:2010

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1 PROGNOST -SILver Maschinenschutz für Rotating Equipment IEC61508: Maschinen gleichzeitig Ringspeicher Felddisplay

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3 Inhalt Alle Vorteile auf einen Blick... 4 PROGNOST -SILver Analysen und Systemarchitektur... 5 PROGNOST -SILver Maschinenschutz-Analysen für oszillierende Maschinen... 6 PROGNOST -SILver Maschinenschutz-Analysen für rotierende Maschinen...8 PROGNOST -Navigator...9 Sicherheitsmesskette vom Sensor bis zum Relaisausgang...12 Technische Beschreibung der Eingangskarten Empfohlene Signalanalysen...15 Gehäuse- und Montagevarianten Datenaufzeichnung und Fehlerdiagnose

4 Alle Vorteile auf einen Blick PROGNOST -SILver Erweiterungen PROGNOST -SILver SIL 2 (IEC 61508:2010) zertifizierter Maschinenschutz für alle Signale (Schwingung, Lage, Temperatur, Druck, Phasenreferenz, Spannung...) Entwickelt für Rotating Equipment, speziell für Kolbenverdichter, Plungerpumpen und Hyperverdichter Redundante Signalverarbeitung Permanente Signalintegritätsprüfung Kontinuierliche Plausibilitätsprüfungen verhindern zuverlässig Fehlalarme oder -abschaltungen Unterschiedliche Gehäuse- und Montagevarianten sowie Feldinstallation möglich Nahtlose Integration in PROGNOST -NT für Asset Performance Management jederzeit möglich PROGNOST -DataCenter Plug & Play-Schnittstelle für DCS/PLS Möglichkeit der Ringspeicheraufzeichnung für alle überwachten Parameter und Analysen des PROGNOST -SILver als Trend. Die Trenddaten können heruntergeladen und für die Ursachenanalyse durch qualifizierte Fachleute, zum Beispiel nach Alarmen oder Maschinenabschaltungen, verwendet werden. PROGNOST -Navigator Felddisplay (HMI) Informationen zum Maschinenstatus Grundlegende Trenddaten Schneller Zugang zu individuellen Statusinformationen von PROGNOST -SILver, Sensoren und Messketten Zustands- und Konfigurationsstatus des PROGNOST -SILver 4

5 PROGNOST -SILver Analysen und Systemarchitektur Druck Lage Schwingung Temperatur (4-20 ma) PROGNOST -SILver 1 Segment 8 Segmente 36 Segmente Mittelwert Max Mittelwert Min Safety Controller Relais-Ausgänge (ALERT, SHUTDOWN, UNSAFE) Ringspeicher PLS PROGNOST -DataCenter Trenddaten, Sensorstatus PROGNOST -Navigator 5

6 PROGNOST -SILver Maschinenschutz-Analysen für oszillierende Maschinen Zylinderdruck (Differenzdruck) Die Analyse der maximalen Druckdifferenz innerhalb des Verdichtungsraumes je Umdrehung ermöglicht das Erkennen von klebenden Ventilen und erhöhter Belastung der Kolbenstangen, sowie die Detektierung von Druckstößen und Leitungsblockaden. Max Mittelwert Min Kreuzkopfbahnschwin gungen e 36 Segmente Die Kreuzkopfbahnschwingungen geben verlässliche Informationen über die Maschinenintegrität. Oszilierende Maschinen haben charakteristische Schwingungswerte, beispielsweise Schwingungsspitzen an den Lastumkehrpunkten, die durch die verlässlichen PROGNOST -Analysen berücksichtigt werden um Fehlalarme zu vermeiden. 6

7 Temperaturen Temperaturüberwachung ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von sich entwickelnden Schäden, beispielsweise an Lagern oder Packungen. Plunger-Lage Für Höchstdruckverdichter (Hyper) ist die Überwachung und Analyse von - -Werten (Run-Out) der vertikalen und horizontalen Plunger-Position wichtig, um Plungerabrisse zu vermeiden. 8 Segmente Kolbenstangen-Lage 8 Segmente Die Signale der Kolbenstangen-Lage werden Umdrehung für Umdrehung überwacht um kritische Zustände der Kolbenstange oder der Packung zu erkennen. Optional ist es möglich die Analysewerte der mittleren Kolbenstangenposition über das PROGNOST - DataCenter an das PLS zu übertragen (Überwachung Tragringverschleiß). 7

8 PROGNOST -SILver Maschinenschutz-Analysen für rotierende Maschinen Axiale Wellenlage n und Mittelwerte Da es nicht empfehlenswert ist, die Maschine mit einem möglichst geringen axialen Schub zu entwickeln (frühzeitige Lagerausfälle), ist es zwingend erforderlich die Wellenlage in axialer Richtung auf starke Bewegungen hin zu überwachen. Die axiale Wellenlage (Verschiebung) ist eine der wichtigsten Analysen bei der Überwachung von rotierende Maschinen. Radiale Wellenlage Durch die Analyse von Lagerschwingungen können niederfrequente Lagerfehlfunktionen erkannt werden. Die Ausrichtung des Sensors (Messrichtung) muss beachtet werden. nwert Mittelwert Lagerschwingungen e Die analyse detektiert hochfrequente Schwingungen durch die Lagerfehlfunktionen erkannt werden. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Sensor im Bereich der Belastung montiert ist. Temperatur Die Temperaturüberwachung ermöglicht die frühzeitige Erkennung von sich entwickelnden Schäden, beispielsweise an Lagern. Max Mittelwert Min 8

9 PROGNOST -Navigator Felddisplay für PROGNOST Systeme Anzeigeoptionen Informationen der Überwachung von bis zu 8 Maschinen Statusinformationen PROGNOST -SILver Service-Protokoll PROGNOST -Navigator Felddisplay (HMI) Informationen zum Maschinenstatus sind vor allem beim Starten von Maschinen sehr hilfreich Grundlegende Trenddaten Individuelle Statusinformationen zu Sensoren und Messketten (UNSAFE, ALERT, SHUTDOWN) Schneller Zugang zu den Statusinformationen des PROGNOST -SILver Zustands- und Konfigurationsstatus des PROGNOST -SILver Intuitive Benutzerführung Zertifikate (ATEX Zones 2 und 22, FM Class / Division 2, culus Class / Zone 2) 9

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12 Signalerfassung Die Signalaufnahme erfolgt in diesem Beispiel durch einen Schwingungssensor am Kreuzkopf. Die analogen Schwingungssignale werden per Kabel zum Signaleingang des PROGNOST -SILver übertragen. 1 Signaleingang Das Sensorkabel wird an den Signaleingangsklemmen auf der Vorder- oder Rückseite der Grundplatine aufgelegt. Die Signaleingangsklemmen sind auf der Grundplatine installiert um ein wechseln der Signaleingangskarten zu ermöglichen ohne die Verkabelung verändern zu müssen. Sicherheitsmesskette vom Sensor bis zum Relaisausgang Überbrückungsschalter für Wartungstätigkeiten (MOS) Überbrückungsschalter für Wartungstätigkeiten Dieser Überbrückungsschalter wird verwendet, um während der Wartung, der Überprüfung oder der Erneuerung von defekten Sensoren, die betroffenen Messketten zu überbrücken. Der PROGNOST -SILver MOS entspricht den Anforderungen an Funktionale Sicherheit und erlaubt die Abschaltung der Sicherheitsfunktionalität einer frei definierbaren Zahl an Messketten durch dediziert digitale Eingänge. 12

13 2 3 Datenerfassung Analog Input (AIx) Den 68 eigensicheren Eingängen sind 17 Karten zugeordnet, die jeweils vier Kanäle des gleichen Signaltyps verarbeiten. Die Signale werden mit 25 khz aufgenommen und digitalisiert. Jeder Kanal hat integrierte Barrieren. Die angeschlossenen Messketten werden kontinuierlich überwacht und die Ergebnisse durch die LED-Anzeige an der Karte dargestellt. Datentransfer Data Control (DC1) Die Verbindung zwischen PROGNOST - SILver und PROGNOST -NT. Alle 17 Eingangskarten geben die digitalisierten Signale an die DC1-Karte weiter. Von dort werden die digitalen Signale kontinuierlich zur Maschinenschutz-Karte MP1 und über den Ethernet-Anschluss (MC1), an PROGNOST -NT weitergeleitet. 4 5 Maschinenschutz Machine Protection (MP1) Die MP1-Karte analysiert die Signale von bis zu 8 Maschinen. Die Statusmeldungen (ALERT SHUTDOWN UNSAFE) werden als Profibus DP/PROFIsafe Protokoll an die FB1-Karte weitergeleitet und über LEDs angezeigt. Parallel werden diese Meldungen an die DC1-Karte übermittelt (Verbindung von PROGNOST -SILver und PROGNOST - NT). Die Plausibilität aller Maschinenschutz- Analysen wird kontinuierlich überwacht. Fieldbus Profibus DP (FB1) Die FB1-Karte transferiert die Statusmeldungen (ALERT SHUTDOWN UNSAFE) über die Profibus DP/PROFIsafe- Schnittstelle an den Safety Controller. Safety Controller (SC1) Die generierten Maschinenstatusmeldungen (ALERT SHUTDOWN UNSAFE), können über den Safety Controller, an die sicheren Relaisausgänge weitergegeben werden. Ethernet/LWL-Konverter (MC1) Der Ethernet/LWL-Konverter (MC1) stellt die Verbindung zum PROGNOST - SILver über ein LWL Kabel her. Über diesen Konverter wird die Systemkonfiguration mit PROGNOST -ADMINsafe durchgeführt und Verbindungen zum PROGNOST -DataCenter oder zu PROGNOST -NT realisiert. PLS-Anbindung (PROGNOST -DataCenter) Das PROGNOST -DataCenter ist über Ethernet mit PROGNOST -SILver verbunden. Es bietet MODBUS (RS485/RS232) und TCP/IP-Schnittstellen für die Weitergabe von Analyseergebnissen, Statusmeldungen und Safety-Grenzwerten an ein Prozessleitsystem. Die Anbindung ist optional auch über OPC möglich. 13

14 Technische Beschreibung der Eingangskarten Beschreibung Messgrößen / Signale Eingangsparameter AI1 ICP AI ma AI3 Eddy Current AI4 Voltage TI1 Trigger Schwingbeschleunigung Kreuzkopf Zylinder Lager Gehäuse Schwinggeschwindigkeit Gehäuse Lager Rohrleitung Dynamische Drücke Zylinder Saug-/Enddruck Leitungen Temperaturen Lager Gas Ventil etc. Dynamische Lage (Näherung) Kolbenstangen-Lage Plunger-Lage Wellen-Lage Axial-Schub Indirekte Druckmessung Zylinder Zuganker Dehnungsmesstreifen (DMS) etc. Phasenreferenz Kurbelwinkel Antialiasingfilter Auflösung 16 Bit Bessel Tiefpassfilter 8 einstellbare Grenzfrequenzen Auflösung 16 Bit Antialiasingfilter Auflösung 16 Bit Eingangsspannungsbereich +/-10, +/-5, +/-2, +/-1 Volt Antialiasingfilter Auflösung 16 Bit NAMUR-Eingang gemäß EN Flankenertastung für Nocke oder Bohrung Allgemeine technische Daten der Analogeingangskarten AI1 bis AI4 und der TI1-Karte Vier eigensichere Eingänge Ex ia IIC T4, Class 1, Zone 1, entsprechend ATEX, c CSA us, Kosha, GOST-R Galvanische Trennung je Eingangskanal 2 A/D-Konverter je Kanal (Redundanz) Abtastfrequenz = 25 khz DSP und FPGA-Technologie Karten-Selbsttest Permanente Signal-Plausibilitätsprüfung: - Fehlererkennung Leitungsunterbrechung - Fehlererkennung Kurzschluss - Fehlererkennung Messbereich bzw. bei TI1 Redundanztest - Fehlererkennung Spannungsversorgung Technische Daten PLS-Schnittstelle PROGNOST -DataCenter Stromversorgung: 9 V ~ 36 V DC Maße: Länge: 195 mm, Breite: 200 mm, Höhe: 65 mm Betriebsumgebung: Temperaturen (entsprechend IEC , IEC , IEC ) Ohne Belüftung: -20 bis +60 C, mit Belüftung: -20 bis +70 C Zertifikate: CE, FCC Class A 14

15 Empfohlene Signalanalysen Signal Kolbenverdichter Hyper-Verdichter Kolbenpumpe Rotierende Maschinen Schwingungen Kreuzkopf (Beschleunigung) 36 Segmente 36 Segmente 36 Segmente - Grundgehäuse (Geschwindigkeit) 1 Umdrehung 1 Umdrehung 1 Umdrehung nwert Lager (Beschleunigung) 36 Segmente 36 Segmente 36 Segmente nwert Lage (Näherung) Kolbenstangen-Lage 8 Segmente Plunger-Lage - 1 Umdrehung - - Radiale Wellenlage Axiale Wellenlage Mittelwert nwert Dynamische Drücke Indizierter Druck 1 Umdrehung Saug-/Enddrücke 1 Umdrehung - 1 Umdrehung - Temperaturen Lager Mittelwert Mittelwert Mittelwert Mittelwert Voting Sensorredundanz und Voting Die Risikobewertung (HAZOP) von Maschinen oder Prozessen resultiert in einer SIL-Einstufung für die geprüften Produktionsstätten. Eine oft angewandte Vorgehensweise ist hierbei, z. B. für SIL 2, die Verwendung der Sensorredundanz (Doppelt) mit einer Votinglogik. PROGNOST -SILver Votingregeln beinhalten 1 out of n Voting, n-out of-n Voting und n out of m voting (2oo3 oder 2oo4). Das n-out of-m Voting bezieht sich auf eine höhere Anzahl an Sensoren die installiert werden müssen, bietet aber die Möglichkeit das Risiko von Abschaltungen durch fehlerhafte Signale und somit Fehlabschaltungen zu reduzieren. PROGNOST -SILver verwendet einen Diagnosedeckungsgrad (DC>99%) in einer 1 aus 1D Sensorarchitektur bei Einsatz eines einzelnen Sensors je Messpunkt und überwacht dauerhaft die ordnungsgemäße Funktion. PROGNOST -SILver erreicht das SIL 2-Level basierend auf der Sensorarchitektur 1 out of 1D (Diagnose). In Abhängigkeit von der Anwendung ist es Möglich mit dem PROGNOST -SIlver SIL3 zu erreichen. 15

16 Gehäuse- und Montagevarianten 19 Rackmontage mit Klemmen vorne (CRF1) Bestellnr Technische Daten Umgebungstemperatur: -25 bis +65 C Lagertemperatur: -40 bis +85 C Luftfeuchtigkeit: < 95 %, nicht kondensierend Mindestanforderung an das Einbaugehäuse Schutzart gemäß EN 60529: IP54 19 Rackmontage mit Klemmen hinten (CRB1) Bestellnr Technische Daten Umgebungstemperatur: -25 bis +65 C Lagertemperatur: -40 bis +85 C Luftfeuchtigkeit: < 95 %, nicht kondensierend Mindestanforderung an das Einbaugehäuse Schutzart gemäß EN 60529: IP54 16

17 Rückwandmontage mit Klemmen vorne (CWF1) Bestellnr Technische Daten Umgebungstemperatur: -25 bis +65 C Lagertemperatur: -40 bis +85 C Luftfeuchtigkeit: < 95 %, nicht kondensierend Mindestanforderung an das Einbaugehäuse Schutzart gemäß EN 60529: IP54 Montage im Ex d-gekapseltem Gehäuse (Bauteile CWF1 und Ex d-gekapseltes Gehäuse) Bestellnr. auf Anfrage Technische Daten Gehäuse einsetzbar in Zone 1 und 2 Druckfest gekapseltes Gehäuse Ex d IIB + H2 Anschlusskasten (erhöhte Sicherheit) Ex e Umgebungstemperatur: -20 bis +50 C Lagertemperatur: -40 bis +85 C Luftfeuchtigkeit: < 95 %, nicht kondensierend Schutzart gemäß EN 60529: IP66 Die Temperatur innerhalb des Ex d-gehäuses darf nicht über +65 C steigen! Die Temperatur ist das Resultat der Außentemperatur und der internen Temperatur (resultierend aus den Verlustleistung der eingebauten Geräte). Kontaktieren Sie PROGNOST Systems für weitere Informationen. 17

18 Datenaufzeichnung und Fehlerdiagnose Anwender Maschine Wartung Übertragung der Daten PROGNOST Datenanalyse und Beratung Anwender Upload auf das Web Portal Web Portal Signalanalyse im Falle einer Notabschaltung auf Abruf Die Datenspeicherung des PROGNOST -DataCenter ermöglicht es Betreibern die Lücke zwischen Maschinenschutz und Zustands-Überwachung zu schließen. Während kritische Maschinen ein voll ausgestattetes Zustands-Überwachungssystem (wie z. B. PROGNOST -NT) erfordern ist die bei weniger kritischen Maschinen nicht notwendig. Hier wird ein Maschinenschutzsystem wie PROGNOST -SILver benötigt. Was passiert allerdings nach einer Notabschaltung durch das Maschinenschutzsystem? Wie kann die Fehlerursache herausgefunden werden? Ein Maschinenneustart ist keine Option! Anwender von PROGNOST -SILver können die benötigten Antworten und Beurteilungen von Diagnosespezialisten jetzt bekommen. Der Service ist auf Abruf verfügbar, beispielsweise im Falle einer Notabschaltung oder kritischer Maschinenzustände. Dieser Service benötigt das PROGNOST -DataCenter mit Aufzeichnungsfunktion. Nachdem die Daten der betroffenen Maschine übermittelt wurden, wird der PROGNOST Kundendienst die ersten Erkenntnisse mitteilen, und falls gewünscht, anschließend einen schriftlichen Bericht mit detailierten Schlussfolgerungen erstellen. Diese Fehleranalyse basiert auf: Ringspeicher mit transienten Aufzeichnungen aller Online-Signale vor und nach der Abschaltung (SHUTDOWN) Trends der überwachten Parameter, und Ein Protokoll mit allen Statusinformationen wie bespielsweise Alarme je Maschine, je Sensor oder auch je PROGNOST -SILver Karte. 18

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20 PROGNOST Systems GmbH Daimlerstr Rheine Deutschland +49 (0) (0) info@prognost.com PROGNOST Systems, Inc Bay Area Blvd. Suite 105 Houston, TX, USA infousa@prognost.com