Ein System für Condition Monitoring und Prozessanalyse

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1 Ein System für Condition Monitoring und Prozessanalyse Einsatzgebiet Condition Monitoring ibainspectra Überwachung von Prozessschwingungen in Echtzeit ibacmc Condition Monitoring Center Condition Monitoring von komplexen Anlagen Modulare Condition Monitoring Unit Anwendungsbeispiel Kritische Schwingungen in Walzwerken

2 iba AG Der Spezialist für Messtechnik- und Automatisierungssysteme Unsere Mission ist es, mit messtechnischen Systemlösungen Transparenz in die Welt der Automatisierung zu bringen. Durch ein iba-system kann der Anwender die wachsende technische Komplexität von automatisierten Prozessen und mechatronischen Systemen begreifen und beherrschen. Wie bei einem Flugschreiber werden alle wesentlichen Anlagen- und Prozessdaten aus verschiedensten Signalquellen, Feldbussen und Automatisierungssystemen kontinuierlich und zeitsynchron erfasst und aufgezeichnet. Für die Auswertung dieser Daten haben wir leistungsfähige Analysewerkzeuge entwickelt, die sowohl interaktives Arbeiten als auch automatische Informationsgewinnung komfortabel unterstützen. Wegbereitend Unser Spezialgebiet ist seit mehr als 30 Jahren die Entwicklung hochwertiger Systeme zur Messwerterfassung und -analyse, Signalverarbeitung und Automatisierung. iba ist einer der wenigen Hersteller, der die Technologiekette von der Hardware über die Software bis hin zur Datenbanktechnologie vollständig beherrscht. Denn nur wer die eigenen Produkte im Detail versteht, kann Innovation treiben und Kunden kompetent beraten und unterstützen. Kommunikativ Wesentliches Merkmal unserer Hard- und Softwareprodukte ist neben der praxisgerechten Funktionalität die ausgeprägte Konnektivität zur Automatisierung. Dabei werden unterschiedlichste Hersteller und Generationen berücksichtigt und auch ältere Systeme integriert: Ein deutlicher Nutzen im Lebenszyklus einer Anlage. Metallerzeugende Industrie Öl & Gas Energie Verpackung Datenerfassung Informationsgewinnung Einsatzgebiete Fehler- & Störungssuche Prozessanalyse Qualitätsdokumentation Condition Monitoring Störschreiber Power Quality Monitoring Prüfstandsautomatisierung Retrofit Datenaufzeichnung Datenauswertung Bergbau Transport Automotive Papier- & Faserindustrie 2

3 Ein System für Condition Monitoring und Prozessanalyse... 4 ibainspectra Überwachung von Prozessschwingungen in Echtzeit... 7 ibacmc Condition Monitoring von komplexen Anlagen Modulare Condition Monitoring Unit Anwendungsbeispiel Kritische Schwingungen in Walzwerken

4 Einsatzgebiet Condition Monitoring Condition Monitoring Systeme (CMS) nutzen Schwingungsmessung in Kombination mit intelligenten Analyseverfahren, um Verschleiß an mechanischen Komponenten frühzeitig zu erkennen. Sie bilden die Grundlage für den Wechsel von einer vorbeugenden zu einer zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie. Dadurch werden mechanische Komponenten über ihre tatsächliche Lebensdauer optimal genutzt und die Kosten für ungeplante Stillstände und Ersatzteile reduziert. ibapda ibainspectra ibacmc LongTerm DB Optimale Planung von Wartungsarbeiten Industrielle Maschinen und Anlagen müssen eine hohe Verfügbarkeit aufweisen, um eine maximale Produktivität zu erreichen. Stillstände insbesondere ungeplante sind darum nach Möglichkeit zu vermeiden. Veränderungen an Maschinenteilen, durch Verschleiß oder andere Ursachen bedingt, machen sich in der Regel in mechanischen Schwingungen bemerkbar. Condition Monitoring Systeme können mithilfe von Schwingungsmessungen Verschleißerscheinungen frühzeitig erkennen und ermöglichen dadurch eine optimale Planung von Wartungsarbeiten. Schwingungsverhalten in komplexen Anlagen Bei einfachen Komponenten ohne nennenswerte äußere Einflüsse auf das Schwingungsverhalten lassen sich Verschleißschäden recht zuverlässig durch Schwingungsmessung vorhersagen. Bei komplexen Produktionsanlagen wird das Schwingungsverhalten jedoch von einer Reihe äußerer Faktoren beeinflusst, wie wechselnde Lastzustände im Prozess oder die Verarbeitung unterschiedlicher Materialien. Erst mit der gleichzeitigen Überwachung aller Maschinen-, Prozess-, Material- und Qualitätsdaten lassen sich Schädigungen von Maschinenteilen zuverlässig erkennen. Darüber hinaus können Ursachen für außergewöhnlichen Verschleiß ermittelt werden. Condition Monitoring Hard- und Software - perfekt aufeinander abgestimmt Die Condition Monitoring-Lösung von iba, mit dem Condition Monitoring Center ibacmc und der Condition Monitoring Unit, bietet leistungsfähige Funktionen, um den Verschleiß von Maschinen zu überwachen und mit Prozessinformationen zu verknüpfen. Die speziell für Condition Monitoring Anwendungen entwickelte Hardware erlaubt die Vorort- Verarbeitung von Schwingungssignalen und Prozesssignalen zu Schadenspegel-Kennwerten. Basierend auf dem iba-modularsystem können bis zu 32 Schwingungssignale verarbeitet werden. Die Ankopplung an den Prozess erfolgt über die eingebaute ibanet LWL-Schnittstelle oder über TCP/IP. wird mit dem Condition Monitoring Center ibacmc konfiguriert, indem die einzelnen Maschinenkomponenten definiert werden. 4

5 Stillstandszeiten reduzieren, Fehlalarme vermeiden Von den Schwingungs- und gleichzeitig erfassten Prozessdaten werden in der Condition Monitoring Unit so genannte Snapshots aufgezeichnet. Die aus den Snapshots berechneten Schadensindikatoren werden im ibacmc als Langzeittrend dargestellt und auf Grenz wertüberschreitung überwacht. Bei der Ermittlung der Langzeittrends werden die Schadenspegelwerte mit Prozessparametern und Material daten korreliert, um prozessbedingte Einflüsse auf die Schadensindikatoren zu kompensieren. Die auf diese Weise gewonnenen Werte werden als virtuelle Trends bezeichnet. Die Qualität der Schadenstrends wird durch diese Vorgehensweise deutlich verbessert und Instandhaltungsmaßnahmen lassen sich zuverlässig planen. Neben der Möglichkeit der Langzeit-Analyse bietet das ibacmc weitere Funktionen wie eine komfortable Konfigurationsoberfläche mit umfangreicher Bauteiledatenbank, intelligente Alarmierung, ein leistungsstarkes Reporting-System und vieles mehr. Detaillierte Informationen zu ibacmc, siehe Seite 10. Auf einen Blick Online-Überwachung: Prozesse optimieren, Produktqualität erhöhen ibainspectra ist ein integriertes Technologie modul des Prozessdatenerfassungsystems ibapda und verarbeitet Schwingungssignale kontinuierlich und in Echtzeit. Anhand von Spektralanalysen lassen sich Schwingungen online überwachen und mit anderen Prozessparametern im Zusammenhang bringen. Erreichen Schwingungen kritische Zustände, wird der Anlagenbediener sofort informiert, beispielsweise per Alarmmeldung oder . Darüber hinaus ist auch eine Rückkopplung in die Anlagensteuerung möglich, um entsprechende Parameter automatisch anzupassen. Zur Online-Analyse von Schwingungen stellt ibainspectra verschiedene Module zur Verfügung. Module mit bereits vorkonfigurierten Berechnungen ermöglichen auch ungeübten Anwendern schnelle Analysen. Für Schwingungsexperten steht ein frei konfigurierbares Experten-Modul zur Verfügung, mit dem sich breit gefächerte Anwendungen realisieren lassen. Die zu überwachenden Frequenzbänder können fest oder abhängig von Prozessvariablen definiert und auf Grenzwertüberschreitung überprüft werden. Detaillierte Informationen zu ibainspectra, siehe Seite 7. Langzeitanalyse des Maschinenzustands Mit ibacmc und Kontrolle für den Prozessingenieur Erfassung von Snapshots Langzeit-Trending Virtuelles Trending (Korrelation mit Prozessdaten) Alarmmeldungen bei definierten Zuständen Reporting-Funktion Schwingungsüberwachung in Echtzeit Mit ibapda und ibainspectra Kontrolle für den Bediener der Anlage Kontinuierliche Überwachung von Prozessschwingungen Vorkonfigurierte Standard-Module Frei konfigurierbare Spektralanalyse Online-Visualisierung Echtzeit-Alarmierung Rückkopplung in die Steuerung Aufzeichnung von Snapshots und Band parametern zur späteren Analyse mit ibaanalyzer 5

6 RX X11 I O TX X S10 S1 Mode S2 Address Error 32Mb 3.3Mb Run S11 X14 24V X22 L30 Run L34 Run L31 Bus L35 Bus L32 Active L36 Active L33 Error L37 Error ibabm-dp Condition Monitoring als autarkes, übergeordnetes System Das iba-system zeichnet sich durch eine ausgeprägte Konnektivität zu allen gängigen Automatisierungssystemen aus und bietet damit eine einheitliche, übergeordnete Condition Monitoring-Lösung gerade für Werke mit heterogenen Automatisierungslandschaften. Die zahlreichen, offenen Schnittstellen zu den Automatisierungssystemen ermöglichen den direkten Zugang zu den relevanten Betriebs parametern. Die Daten können werksübergreifend in der notwendigen Auflösung erfasst werden ohne den Automatisierungsprozess selbst zu beeinträchtigen. Für eine gute Frequenzauflösung ist es häufig erforderlich, Schwingungssignale mit hoher Abtast rate über längere Zeiträume zu erfassen. Ein in die Automatisierung integriertes CMS würde die Automatisierung zusätzlich belasten. Für ein übergeordnetes Condition Monitoring System spricht zudem, dass die Informationen aus unterschiedlichen Anlagen gleichzeitig erfasst und miteinander verglichen werden können. Denn erst mit der zentralen Erfassung und Analyse aller relevanten Daten ist eine werksweite, produktionsübergreifende Diagnose der Anlagenzustände und Produktionsprozesse möglich. Leistungsstarke Hardware und umfassende Konnektivität bildet das messtechnische Herz des Systems. Die Hardware ist modular aufgebaut und lässt sich damit maßgeschneidert an unterschiedliche Anforderungen anpassen. Das Modularsystem besteht aus der Zentraleinheit und bis zu 4 Ein-/Ausgangsmodulen mit analogen und digitalen Ein- und Ausgängen sowie Schwingungseingängen nach dem IEPE-Standard. erfasst die Signale der angeschlossenen Sensoren absolut zeitsynchron mit bis zu 40 khz und verarbeitet diese in Echtzeit. Berechnungsergebnisse und Rohdaten werden zusammen abgelegt und dienen als Grundlage für weitere Analysen. Optional dazu kann die Daten in voller Auflösung über Lichtwellenleiter an ein ibapda-system übertragen, die dort nach anderen Gesichtspunkten weiterverarbeitet werden können. In der Praxis werden häufig mehrere, verteilte Modularsysteme eingesetzt, die alle mit einem ibacmc konfiguriert werden und über kommunizieren. Für Spezialanwendungen stehen Module mit Abtast raten bis zu 100 khz zur Verfügung. Optional lassen sich langsamere Prozesssignale über ibanet750-baugruppen und ibanet- Lichtwellenleiter anschließen. Daten aus der Steuerung können über Feldbusse, wie beispielsweise Profibus, EtherCAT, CAN-Bus eingekoppelt werden. Detaillierte Informationen zu, siehe Seite 12. ibacmc Antriebssteuerung Schwingungssignale Prozesssignale *.xml *.dat ibanet Konfiguration Bauteiledatenbank Virtuelles Trending Status Reporting ibanet SPS Feldbus X40 Bus0 X41 Bus1 ibanet 100 khz ibainspectra ibapda Server ibapda Client ibacmc Web-Client ibapadu-4ai-u Beispiel für eine fertigungsweite Condition Monitoring Lösung plus Prozessschwingungsanalyse 6

7 Spectrum Analysis Library ibainspectra Mit ibainspectra werden beliebige Schwingungen permanent überwacht und mögliche Fehlerquellen können frühzeitig erkannt werden. Da die ibainspectra Library in ibapda integriert ist, können neben den reinen Schwingungsanalysen auch mögliche Zusammenhänge zwischen Schwingungseffekten und Prozessverhalten erkannt werden. Auf einen Blick Technologiemodul für ibapda Echtzeitanalyse von Schwingungen Breite Konnektivität Umfangreiche Konfigurationsmöglichkeiten Berechnungsprofile zur Mehrfachnutzung Bedarfsorientierte Visualisierung Wasserfalldarstellung Anzeige der Frequenzbänder und Kennwerte Alarmierung bei Grenzwertverletzung Verknüpfung von Schwingungs- und Prozessdaten Offen und vielseitig Im Unterschied zu vielen anderen Condition Monitoring Systemen ist ibainspectra nicht herstellerspezifisch ausgelegt oder auf einzelne Maschinen beschränkt, sondern es nutzt die breite Konnektivität von ibapda und der iba-hardware. Damit ist es wie geschaffen für den Einsatz in heterogenen Automatisierungsstrukturen, die durch eine Vielzahl unterschiedlicher Gewerke und Steue rungstypen gekennzeichnet sind. Aufgrund der nahtlosen Integration in ibapda können sowohl Schwingungsmessdaten als auch andere relevante Maschinen-, Prozess-, Material- und Qualitätsdaten zentral erfasst und in Beziehung gesetzt werden. Somit lassen sich neben der reinen Schwingungsanalyse einer einzelnen Maschine auch mögliche Auswirkungen der Schwingungen auf die Prozessstabilität und die Produktqualität erkennen. Echtzeitanalyse Viele Systeme für Condition Monitoring sind auf Langzeittrends ausgelegt und werten die Schwingungssensoren oft nur in Abständen von Stunden oder Tagen kurzzeitig aus. Mit ibainspectra hingegen können die Sensoren zeitsynchron und kontinuierlich überwacht und die aktuellen Frequenzanalysen in Echtzeit angezeigt werden. Negative Trends sowie signifikante Zusammenhänge lassen sich so frühzeitig erkennen. Kritische Zustände oder Grenzwertverletzungen können umgehend signalisiert werden, was maßgeblich zum Schutz von Mensch, Maschine und Material beiträgt. Darüber hinaus können Prozessparameter, die das Schwingungsverhalten beeinflussen, automatisch online angepasst werden. Flexible Konfiguration Konzipiert als integriertes Technologiemodul von ibapda dient ibainspectra zur Bandparameter-Analyse vorzugsweise mechanischer Schwingungen. ibainspectra stellt unterschiedliche Module zur Verfügung, die im I/O-Manager von ibapda konfiguriert werden. Das Expert-Modul bietet die vielfältigsten Para metriermöglichkeiten für die Frequenzbandanalyse und ist das bevorzugte Werkzeug für Schwingungsexperten. Das Standard-Modul ist einfach zu konfigurieren und berechnet die gebräuchlichsten Kennwerte zur Schwingungsüberwachung in der Zeitdomäne. Das Fan-Modul dient zur Überwachung von Lüftern und berechnet speziell Indikatoren für den Zustand von Lüftern. Weitere Module sind in Vorbereitung. Im Expert-Modul können die zu überwachenden Frequenzbänder frei definiert werden, sowohl statisch als auch dynamisch in Abhängigkeit von anderen Messgrößen. Als Ergebnis der Analyse werden für jedes Frequenzband folgende Parameter ermittelt: Peak RMS (quadratischer Mittelwert) Peak-Frequenz Für RMS und Peak besteht zusätzlich die Möglichkeit, jeweils zwei Grenzwerte (Warnung, Alarm) zu definieren. 7

8 RX X11 I O TX X S10 S1 Mode S2 Address ibabm-dp Error 32Mb 3.3Mb Run S11 X14 24V X22 L30 Run L34 Run L31 Bus L35 Bus L32 Active L36 Active L33 Error L37 Error ibapadu-4ai-u 100 khz Schwingungssignale 40 khz ibanet Antriebssteuerung Prozesssignale ibainspectra ibapda Server Feldbus X40 Bus0 X41 Bus1 SPS Online-Spektralanalyse mit ibapda und ibainspectra Neben den Werten aus der Frequenzdomaine werden weitere Werte in der Zeitdomäne des Signals ermittelt, wie Minimum, Maximum, Mittelwert, RMS oder Crest-Faktor. Die Berechnungsgrundlagen für die Analyse können auf vielen Ebenen vom Benutzer individuell angepasst und als Profile abgespeichert werden. Neben Sensortyp und Art des Spektrums können FFT-Berechnungsparameter wie Anzahl Samples, Fensterform oder Überlappungsfaktor eingestellt werden. Unterschiedliche Methoden der Mittelwertbildung stehen ebenso zur Auswahl wie die Möglichkeit des Detrending, um eine langsame Drift des Messwertes zu kompensieren. Einmal definierte Profile können gespeichert und mehrfach verwendet werden. Konfigurationsdialog für Frequenzbänder Parameter für Berechnungsprofile Sensortyp Auslenkung Geschwindigkeit Beschleunigung Spektrumtyp Auslenkung Geschwindigkeit Beschleunigung Anzahl Linien bis zu Anzahl Samples bis zu (je nach Anzahl Linien) Überlappung 0 bis 95 % Unterdrückung ja/nein Gleichanteil Driftkompensation ja/nein Fenstertyp Bartlett, Blackman, Blackman-Harris, Hamming, Hanning, Rechteck Normierung ja/nein Methode Magnitude/Power Mittelwertbildung für Linear/Exponential/Peak hold Frequenzbereiche Konfigurationsdialog für Warn- und Alarmmeldungen Konfigurationsdialog für Berechnungsprofile 8

9 Signalisierung und Alarmierung Mit Konfiguration der Warn- und Alarmgrenzen werden vom ibainspectra Expert-Modul automatisch entsprechende Digitalsignale zur Verfügung gestellt, die bei einer Grenzwertverletzung aktiviert werden. Diese Signale können über die Ausgabeschnittstellen von ibapda auch anderen Systemen zur Signalisierung oder zu Eingriffen in die Prozesssteuerung zur Verfügung gestellt werden. Bedienung und Visualisierung ibainspectra Expert-Module haben ihren eigenen Zweig im Signal baum von ibapda. Zur Anzeige muss nur eine FFT-Ansicht geöffnet und das ibainspectra- Modul per Drag & Drop hineingezogen werden. Die Standardansichten Wasserfall, Frequenzband, Istwerttabellen und zeitlicher Verlauf des Eingangssignals stehen sofort zur Verfügung. Bei Bedarf können sie aus- oder eingeblendet werden. Mittels frei definierbarer Marker kann jede gewünschte Frequenz und ihre Harmonischen in der Anzeige verfolgt werden (Ordnungszahlverfolgung), was besonders bei dynamischen Betriebszuständen einer Anlage sehr aufschlussreich sein kann. Durchgängigkeit bis zur Offline-Analyse Bei der Aufzeichnung mit ibapda werden die ibainspectra Expert-Module komplett mit allen berechneten Kennwerten in der Messdatei gespeichert. In ibaanalyzer stehen die Module dann im Signalbaum zur Verfügung und die ermittelten Bandparameter können mit Drag & Drop in die Trenddarstellung gezogen oder für andere Berechnungen verwendet werden. Bedienelemente für die Anzeige Frequenzspektrum des Eingangssignals, Darstellung als 2D-Kurve oder als iso metrische Wasserfalldarstellung (Historie) mit Ordungszahlverfolgung (Marker) Anzeige der konfigurierten Frequenzbänder mit Darstellung von Peak, Peak-Frequenz, RMS, Grenzen für Warnung und Alarm, Wertanzeige bei Überstreichen mit der Maus, Farbumschlag bei Grenzwertverletzung Tabelle mit den Kenngrößen der konfigurierten Bänder Erfasste Werte des Eingangssignals zur Berechnung der FFT, dargestellt in der Zeitdomäne Tabelle mit Kennwerten in der Zeitdomäne 9

10 Condition Monitoring Center ibacmc Das Condition Monitoring Center ibacmc ist eine moderne Web-basierte Desktop-Anwendung für Trend analysen, Alarmierungs- und Report-Aufgaben. Auf der Client-Seite ist lediglich ein Web- Browser erforderlich. Auf einen Blick Analyse- und Konfigurations-Backend für ibacmus Komfortable Datenbank-gestützte Trendanalyse Leistungsfähige, Web-basierte Desktop-Anwendung Umfangreiche Mechanikkomponenten-Bibliothek Alarmierungs- und Report-Modul ( ) Berechnungsmodul für virtuelle Trends Benutzer- und Gruppenverwaltungsmodul Unterstützung von Mehrfachtrends, Zoom-Funktion, Auto-Reload, Navigationsleiste Rollen-basierte Benutzer-Verwaltung Unterschiedliche Benutzerrollen (z. B. Administrator, Experten für Signalanalyse, Wartungpersonal für elek trische Anlagen, verantwortlicher Betriebsingenieur, etc.) erfordern unterschiedliche Funktionalitäten und Ansichten auf unterschiedliche Daten. Das detaillierte Benutzer-Konfigurationsmodul bietet umfangreiche Werkzeuge für die Verwaltung der Benutzer. Einfache Konfiguration Das ibacmc stellt eine Mecha nik komponenten- Bibliothek zur Verfügung, mit der die Anlagenkonfiguration schnell und einfach per Drag & Drop aufgebaut werden kann. Hardware-Konfiguration Das Hardware-Konfigurationsmodul erlaubt die flexi ble Konfiguration der ibacmu-geräte. Dabei wird die Kommunikation über TCP/IP unterstützt und optional die Anbindung von ibanet750-einheiten über ibanet-lichtwellenleiter. Die Konfiguration kann direkt in das ystem geladen werden, das automatisch einen Neustart ausführt, um die neue Konfiguration zu übernehmen. Konfiguration der Anlage Trendanzeige Das Trendanzeige-Modul stellt alle bereits bekannten Funktionen zur Verfügung, wie Zoomen, mehrere Signalverläufe in einer Ansicht, Cursors, Navigations leisten und vieles mehr. Bezogen auf die Zeitachse können genaue Analysen der Zeitsignale, FFT und Hüll kurvenanalysen ausgeführt werden. Die Auto-Reload-Funktion aktualisiert die Anzeigen automatisch, wenn der Cursor bewegt wird. 10

11 Virtuelles Trending Darüber hinaus unterstützt das ibacmc das so genannte Virtual Trending. Aus den Schwingungssignalen berechnete Schadensindikatoren (Trends) werden von den Prozessbedingungen der Anlage oder anderen Umgebungsbedingungen beeinflusst, wodurch Fehlalarme ausgelöst werden können. Das Virtual Trending-Modul verknüpft zusätzliche Prozessdaten mit den Schwingungswerten, um diesen Effekt zu kompensieren. Zusammen mit dem ibapda Prozessdatenaufzeichnungssystem, das die Anbindung aller gängigen Steuerungssysteme, Feldbusse und Netzwerkprotokolle ermöglicht, kann leicht auf alle relevanten Prozessdaten zugegriffen werden. Alarmierungs- und Report-Funktionen Bei jedem Trend gibt es unterschiedliche Zustände bzw. Eigenschaften, die eine Benachrichtigung an definierte Benutzer auslösen können: ein Grenzwert ist überschritten Signalwert ist unter dem Grenzwert Varianz des Signals ist überschritten Standardabweichung ist überschritten. Die Kriterien können miteinander kombiniert bzw. einzeln gewichtet werden, um aussagekräftigere Alarmmeldungen zu erhalten. Die Meldungen werden an vorher konfigurierte Benutzer per verschickt. Darüber hinaus können zusätzlich zu den Alarmmeldungen PDF-Reports verschickt werden. Der Benutzer kann dabei aus einer Reihe vordefinierter Berichte auswählen. Mögliche Installationen ibacmc kann auf unterschiedliche Weise betrieben werden. Die klassische Art ist die Installation auf einer dedizierten Server-Hardware. Es kann jedoch auch nahtlos in eine virtuelle Umgebung (z. B. VMware ESX ) integriert werden. Damit lässt sich die Anwen dung in einem Schaltraum in der Nähe der Anlage oder in der IT-Abteilung betreiben, aber auch bei einem externen Service-Provider auslagern. Trendanzeige, FFT Hüllkurve, Zeitsignal Fehlalarme Beispiel für virtuelles Trending : Die rein aus den Frequenz- und Hüllkurvenspektren gewonnenen Schadensindikatoren für z. B. Wälzlager oder Verzahnungen werden von den Umgebungsbedingungen zum Teil stark beeinflusst. Dies führt zu Fehlalarmen, wie im Bild links. Werden die Schwingungswerte mit vorhandenen Prozessdaten verknüpft, wird die Qualität der Schadenstrends und Alarme deutlich verbessert, siehe rechtes Bild ohne Fehlalarm. 11

12 X11 RX X10 TX S2 S1 X11 RX X10 TX S2 S1 X11 RX X10 TX S2 S1 X11 RX X10 TX S2 S1 Run Link Flex Error IO Run IO Error ibanet750-bm-d Run Link Flex Error IO Run IO Error ibanet750-bm-d Run Link Flex Error IO Run IO Error ibanet750-bm-d Run Link Flex Error IO Run IO Error ibanet750-bm-d Messdaten erfassen, vorauswerten, speichern Mit dem modularen Hardware-Konzept lässt sich eine Condition Monitoring-Lösung optimal an unterschiedliche Anforderungen anpassen. Ein Web-basiertes Bedienkonzept ermöglicht eine einfache und benutzerfreundliche Konfiguration und Visualisierung. Modulares Konzept Das modulare Konzept basiert auf als Zentraleinheit, die über 8 Digitaleingänge verfügt, und mit bis zu 4 Ein-/Ausgangsmodulen erweitert werden kann. Als E/A-Module stehen Baugruppen für Schwingungsmessungen nach IEPE-Standard zur Verfügung sowie analoge Ein- und digitale Ausgänge. Verschiedene analoge Eingangsmodule sind geeignet für Strom- und Spannungssignale unterschiedlicher Signalbereiche. und die E/A-Module werden auf einen Baugruppenträger mit Rückwandbus gesteckt, über den auch die Spannungsversorgung der E/A-Module erfolgt. Zeitsynchron erfassen erfasst die Rohdaten der angeschlossenen Sensoren zeitsynchron mit bis zu 40 khz und verarbeitet diese in Echtzeit. Berechnungsergebnisse und Rohdaten werden im internen Speicher gespeichert oder optional über Lichtwellenleiter an ein ibapda-system übertragen. Web-basierte Konfiguration kann auch ohne ein ibapda-system betrieben werden. Auf der Zentraleinheit steht ein Web-Interface zur Verfügung, das umfangreiche Diag nosemöglichkeiten bietet. Darüber hinaus können verschiedenen Tests oder ein Neustart ausgeführt werden. Die eigentliche Konfiguration des Systems erfolgt mit ibacmc. Dort wird die zu überwachende Anlage konfiguriert, Analysen festgelegt, sowie Alamfunktionen und Berichterstellung definiert. Auf einen Blick Modulare Condition Monitoring Unit (CMU) mit integrierter Berechnung von CM-Kennwerten Werksweite Lösung mit dezentralen CMUs und zentralem ibacmc für Konfiguration, Langzeittrends und Alarmierung Alle CMUs verfügen über identische komplexe Spektralanalysefunktionen, die speziell für den 3Mbit Messort und den zu überwachenden ibanet750 Anlagenteil konfiguriert werden können stand alone Konfiguration mit ibacmc oder Website-Download ibanet750 Optionale Erfassung von Rohdaten Time 3Mbit mit ibapda über Sync. LWL-Ausgänge LWL- und -Schnittstelle stand alone Datenspeicherung im Gerät (110 GB SSD) Address Mode Address Mode Anwendungsbeispiele Address Mode Address Mode ibanet750 ibanet750 3Mbit mit ibacmc Zentrale Überwachung von Produktionsanlagen mit ibacmc und dezentralen - Systemen. optional ibapda FO E/A-Erweiterung über ibanet750 (3Mbit ibanet) ibacmc möglich optional ibapda Time Sync. Time Sync. ibacmc Gesamtanlagenüberwachung mit ibapda, und ibacmc 32Mbit Flex Überwachung im Kontext einer komplexen Anlage Zentrale Erfassung aller relevanten Maschinen-,... Prozess-, Material- 32Mbit Flex und Qualitätsdaten. ibapda FO 3Mbit Time Sync. Time Sync. Time Sync. ibacmc ibacmc #1 #2 # ibapda #1 #2 #15

13 Technische Daten Prozessoreinheit Prozessor 1,6 GHz Atom-Prozessor, single CPU Betriebssystem Windows CE 5.0 Arbeitsspeicher 512 MB Flash-Speicher Solid-State-Drive 110 GB RAM-Speicher RAM-Drive 128 MB Uhr (RTC) Ungepuffert; externe Pufferung möglich über X30; synchronisierbar über DCF77 oder NTP Schnittstellen ibanet 32Mbit Flex, 3Mbit LWL-Kabel 50/125 μm und 62.5/125 μm ST 10/100 Mbit/s USB nur für Service-Zwecke Digitaleingänge Anzahl 8 Ausführung Galvanisch getrennt, verpolungssicher, single ended Eingangssignalbereich Nennspannung Max. Eingangsspannung Signalbereich log. 0 Signalbereich log. 1 Eingangsstrom Entprellfilter Abtastrate Verzögerung Typ. 10 µs Potenzialtrennung Kanal-Kanal Kanal-Gehäuse Anschlusstechnik DC 24 V ±60 V dauerhaft > -6 V; < +6 V < -10 V; > +10 V 1 ma, konstant Optional mit 4 unterschiedlichen Betriebsarten Max. 40 khz, frei einstellbar AC 2,5 kv AC 2,5 kv 16-pol. Stiftleiste, Stecker mit Klemmtechnik (0,2 mm 2 bis 2,5 mm 2 ), verschraubbar, beiliegend Versorgung und Anzeigeelemente Spannungsversorgung DC 24 V, ±10 % unstabilisiert 1 A (ohne E/A-Module), 3 A (mit E/A-Modulen) Leistungsaufnahme Max. 20 W Anzeigen 4 LEDs für Betriebszustand des Gerätes 8 LEDs für Zustand der Digitaleingänge 4 LEDs für CM-Anwendungen Zertifizierung Zulassung/Normen EMV: EN FCC part 15 class A Unterstützte Module ibams8xicp ibams16xai-10v ibams16xai-24v ibams16xai-20ma ibams16xdo-2a ibams32xdo-24v 13

14 ibarackline ibarackline ibapadu-s-cm ibarackline Applikation Kritische Schwingungen in Walzwerken aufspüren [Bild: Novelis] Auf einen Blick Zustandsbasierte Überwachung von Maschinenschwingungen Online-Auswertung von Prozessdaten aus der Anlage und Schwingungsdaten Rückschluss auf Ursache der Schwingungszustände möglich Automatisch generierte Alarmmeldungen können automatische oder manuelle Anpassungen auslösen Herstellerneutrale Integration in gängige Automatisierungssysteme Das Projekt In Walzanlagen können zahlreiche Schwingungen auftreten, die sich negativ auf Lebensdauer und Zustand der Anlage, aber auch auf die Produktqualität auswirken. Werden Verschleiß und Defekte rechtzeitig erkannt, können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um Ausschuss oder Stillstandszeiten zu reduzieren. In jedem Fall ist es erforderlich, das Schwingungsverhalten der Anlage genau zu kennen und in Beziehung zu weiteren Prozessdaten aus der Anlage zu setzen. In einem Kaltwalzwerk wurde das Prozess-Daten-Aufzeichnungssystem ibapda bereits zur Prozessanalyse eingesetzt, die Schwingungsmessdaten jedoch separat ausgewertet. Mit ibainspectra als Add-On zum ibapda-system lassen sich die erfassten Schwingungssignale in definierten Frequenzbereichen auswerten und gleichzeitig Prozesse mit allen Maschinen-, Material- und Qualitätsdaten überwachen. Die Technik Kaltwalzanlagen verfügen über ein komplexes Schwingungsverhalten aus Eigenschwingungen der Anlagenmechanik sowie Anregungen aus Getriebe oder Lagern aber auch durch Defekte. Ziel der Überwachung ist es, Schwingungen, die von Fremderregung oder Fehlern verursacht werden, zu erkennen. Im konkreten Fall geben Beschleunigungssensoren an den Einbaustücken, die zur Lagerung der Walzen dienen, Aufschluss über das Schwingungsverhalten des gesamten Gerüstes. Im Normalbetrieb bewegen sich die Eigenschwingungen des Gerüstes im Niederfrequenzbereich. Hochfrequente Schwingungen deuten auf Fremderregung hin. Mit ibainspectra können diese Schwingungen konkreten Bauteilen zugeordnet werden. ibapda-client Echtzeit FFT Zustandsanzeige Systemarchitektur ibapda-server ibainspectra ibaqpanel Intranet/Internet Offline Client Analyse mit ibaanalyzer ibapadu-s-it ibapadu-s-cm ibapadu-4ai-u Eingesetzte ibaprodukte Geräte der ibapadu-serie tasten die Werte der Schwingungssensoren mit bis zu 100 khz mit 4-fach Oversampling ab und stellen diese dem ibapda- System in digitalisierter Form zur Verfügung. Mit ibainspectra-expert Modulen können diese Daten in Echtzeit einer frei konfigurierbaren Frequenzbandanalyse unterzogen werden. Für jedes Frequenzband werden Kennwerte, wie Peak, RMS und Peak-Frequenz ermittelt. Zeitsynchron zeichnet das System Daten aus der Anlage wie Geschwindigkeit, Walzkraft, Drehmoment, etc. auf. Aus den Kennwerten des Frequenzbandes und den Prozessdaten lassen sich Rückschlüsse auf die Ursache der unerwünschten Schwingung ziehen. Um die Schwingungen in vertretbaren Grenzen zu halten, kann ibainspectra über die integrierte Alarmierungsfunktion schwingungsrelevante Prozessparameter auch online variieren. Zusätzlich werden die Messdaten mit ibaqpanel auf dem Steuer stand der Leittechnik in Echtzeit visualisiert. Dies ermöglicht dem Bediener, zielgerichtet auch manuelle Eingriffe anzustoßen. 14

15 Bestellinformationen Software Bestellnr. Bezeichnung Beschreibung ibacmc-ultimate Condition Monitoring Center ibainspectra ibapda-lizenzerweiterung, Spectrum Analysis Library ibainspectra-lite Spectrum Analysis Library, begrenzt auf 8 Module Bestellnr. Bezeichnung Beschreibung Condition Monitoring Unit CPU, für bis zu 8 Schwingungssignale upgrade HW 8-to-16 Lizenzerweiterung für 8 weitere Schwingungssignale upgrade HW 8-to-24 Lizenzerweiterung für 16 weitere Schwingungssignale upgrade HW 8-to-32 Lizenzerweiterung für 24 weitere Schwingungssignale upgrade HW 16-to-24 Lizenzerweiterung für 8 weitere Schwingungssignale upgrade HW 16-to-32 Lizenzerweiterung für 16 weitere Schwingungssignale upgrade HW 24-to-32 Lizenzerweiterung für 8 weitere Schwingungssignale 15

16 iba AG Hausanschrift Königswarterstr Fürth Postanschrift Postfach Fürth Telefon: +49 (911) Telefax: +49 (911) Durch Tochterunternehmen und Vertriebspartner ist die iba AG weltweit vertreten. Broschüre Einsatzgebiet Condition Monitoring_v1.0_de 05/2015 Technische Änderungen vorbehalten