CMS. Condition Monitoring System. Mehr Sicherheit, mehr Ertrag

Transkript

1 CMS Condition Monitoring System Mehr Sicherheit, mehr Ertrag

2 Rund um die Uhr Ein System, eine Partnerschaft Mit über installierten Anlagen ist Bachmann electronic die klare Nummer 1 bei der Automatisierung von Windenergieanlagen. Auch auf den weiteren Gebieten der erneuerbaren Energien, im Schiffsbau und im Spezialmaschinenbau vertrauen namhafte Kunden weltweit auf unsere Erfahrung, unser spezifisches Know-how und unsere außergewöhnliche Innovationskraft. Für sie entwickeln und produzieren wir innovative Steuerungs-, Kommunikationsund Visualisierungssysteme sowie Condition Monitoring-Lösungen, welche vor allem eines zum Ziel haben: Die»Total Cost of Ownership«einer Anlage so gering wie möglich zu halten. 365 Tage im Jahr. Inhalt 4 Der Mehrwert in der Windenergie Komplette Lösungen von Bachmann electronic 6 Condition Monitoring Mehr als bloße Schwingungsmessung ein Überblick 10 Geplant Kosten senken Condition Monitoring steigert den Ertrag Ihrer Windenergieanlage 2

3 Bachmann electronic Führend in der Windkraft Mit über 40 Jahren Erfahrung als Automatisierer, davon mehr als 10 Jahre in der Windkraft, mit rund 500 Mitarbeitern und mit Niederlassungen auf der ganzen Welt ist Bachmann electronic heute das führende Unternehmen in der Automatisierung von Windenergieanlagen. Das Unternehmen überwacht außerdem mit einem eigenen Monitoring Center den Zustand von bis dato weltweit mehr als Windenergieanlagen. 14 Effiziente Analyse Leistungsfähige Software unterstützt den Betriebsführer 16 Starkes Gesamtkonzept Anlagenüberwachung als Dienstleistung 18 Modulares System Produktportfolio für Condition Monitoring 3

4 Der Mehrwert in der Windenergie Steuerung, Kommunikation, Überwachung und Visualisierung fügen sich mit unseren Lösungen für das Energienetzmanagement nahtlos zu einem großen Ganzen zusammen. Bachmann-Automatisierungslösungen liefern Ihnen so den entscheidenden Mehrwert. Entscheidend für Ihren Erfolg und entscheidend für die Energieversorgung der Zukunft. Nacelle Online überwacht»condition Monitoring«ist bei Bachmann tief in die Automatisierung integriert und ermöglicht Ihnen so die kosten- und funktionsoptimierte Zustandsüberwachung Ihrer Windenergieanlage. In unserem Monitoring Center behalten ausgewiesene Experten auf Wunsch den Zustand Ihrer Anlage ständig im Auge. Diagnose/ Teleservice Hochgenaue Sensorik Speziell ausgelegte Sensoren von Bachmann liefern die Messdaten für eine aussagefähige Schwingungs-, Schock- und Vibrationsanalyse. Optimierte Kommunikation»bluecom«ist das von Bachmann entwickelte Kommunikationsprotokoll für den schnellen und sicheren Informationsaustausch in intelligenten Energienetzen. bluecom IEC (MMS) OPC Tower Box 4

5 Unsere Lösungen haben ein Ziel: Die»Total Cost of Ownership«Ihrer Anlage so gering als möglich zu halten. Gesicherte Produktivität Pitch Das Bachmann M1-Automatisierungssystem hat eine nachgewiesene Verfügbarkeit von über 99,96%. Mit den integrierten Safety- und Redundanzlösungen sichern Sie den praktisch ausfallsfreien Betrieb Ihrer Anlage. Jedem Klima gewachsen Die»coldclimate«-Baugruppen von Bachmann sind die ultimative Antwort auf extreme klimatische Bedingungen. Sie halten Temperaturspitzen von -40 C bis +70 C stand auch unter Betauung. Grid Measurement and Protection Integriertes Netzmanagement Bachmann integriert die Netzmessung und Netzsynchronisation in die klassischen Steuerungsaufgaben Ihrer Stromerzeugungsanlage. Die Überwachungsund Schutzfunktionen ermöglichen den sicheren und gridkonformen Betrieb. 5

6 Condition Monitoring Mehr als bloße Schwingungsmessung ein Überblick Windkraftanlagen sind Produktionseinrichtungen, deren Verfügbarkeit unmittelbaren Einfluss auf ihre Amortisation und auf die zuverlässig planbare Bereitstellung von Strom im Netz hat. Condition Monitoring Systeme (CMS) liefern dazu dem Betreiber kontinuierlich Daten über den Anlagenzustand. Damit lassen sich aufkommende mechanische und elektrische Schädigungen an der Anlage schon frühzeitig während des Betriebs erkennen. So können Stillstände für Reparatur und Wartung gezielt geplant und vorbereitet, Anlagen länger am Netz gehalten sowie Folgeschäden vermieden werden. Condition Monitoring (Zustandsüberwachung) basiert auf einer kontinuierlichen oder in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführten Erfassung des Maschinenzustandes durch Messung und Analyse aussagefähiger physikalischer Größen (z. B. Schwingungen, Temperaturen, Schmiermittelkonsistenzen). Der Vergleich mit Referenzmessungen liefert Informationen, aus denen sich Rückschlüsse auf den tatsächlichen Zustand von Getriebe, Generatoren, Wälzlager, Rotoren und weiterer Elemente ziehen lassen. 6

7 ZERTIFIZIERTES CONDITION MONITORING Die Richtlinie des Germanischen Lloyd für die Zertifizierung von Zustandsüberwachungssystemen in Windenergieanlagen sieht vor, dass mindestens Hauptlager, Hauptgetriebe, Generator sowie Gondel mit Turm mittels Condition Monitoring zu überwachen sind. Für die Überwachung von Hauptlager, Hauptgetriebe und Generator werden mindestens sechs Beschleunigungssensoren mit einem Frequenzbereich von 0,1 Hz 10 khz und für Gondel mit Turm je ein Beschleunigungssensor in axialer Richtung (in Windrichtung) sowie quer dazu mit einem Frequenzbereich von 0,1 Hz 100 Hz benötigt. 7

8 Perspektive Gezielte Ertragsoptimierung Ein Condition Monitoring System reduziert Ausfallrisiko und Wartungskosten einer Windenergieanlage deutlich. Darüber hinaus liefert es Ansätze, um die Profitabilität Ihrer Anlage zu erhöhen. Aus der Verbindung von Informationen der Automatisierung, aktuell herrschenden Umweltbedingungen wie Windgeschwindigkeit oder Umgebungstemperaturund der Auswertung von Belastungsmessungen relevanter Komponenten lassen sich etwaige Reserven der Anlage erkennen. Dies ermöglicht es dem Betriebsführer grundsätzlich, das Potenzial der Windenergieanlage weiter auszuschöpfen und in einem ertragsoptimierten Bereich zu betreiben. Wartung nur wenn nötig Condition Monitoring ermöglicht eine zustandsorientierte Instandhaltung. Die allgemein praktizierte präventive Wartung, bei der Komponenten aufgrund von Erfahrungswerten innerhalb festgelegter Zeitabstände ausgetauscht werden, wird durch eine zustandsorientierte Instandhaltungsstrategie abgelöst. Dies verschafft Ihnen einen klaren betriebswirtschaftlichen Vorteil. 8

9 Vorteil: Integrierte CMS-Lösung Bachmann integriert seine Condition-Monitoring-Lösung in die Automatisierung und verknüpft die Messgrößen mit weiteren Betriebsparametern. Dies erhöht die Diagnosesicherheit der Zustandsüberwachung: Fehlerbilder lassen sich mit der aktuellen Betriebssituation vergleichen und genauer interpretieren. Durch eine gezielte Steuerung können zudem mechanische Belastungen reduziert werden. Mit angepassten Betriebsbedingungen lässt sich so die Lebensdauer vorgeschädigter Teile bis zum planbaren Wartungstermin verlängern. Zertifizierte Sicherheit Alle für das Condition Monitoring eingesetzten Systemkomponenten einschließlich der Online-Fernüberwachungsstelle sind nach den Richtlinien des Germanischen Lloyds zertifiziert. Die Bachmann Automatisierungskomponenten verfügen außerdem über international anerkannte Zulassungen für den Einsatz in Windkraftanlagen und Offshore-Anwendungen. 9

10 Condition Monitoring Das Condition Monitoring einer Windenergieanlage unterstützt den technischen Betriebsführer dabei, Wartungsintervalle zu steuern und gezielt Prioritäten zu setzen. So lassen sich unter Berücksichtigung der saisonalen Rahmenbedingungen Wartungstermine, Personal und Material kostenoptimal planen. Mittelfristig helfen die Ergebnisse zudem, Wartungsstrategien zu verbessern und die zu erwartenden Betriebskosten einer Anlage klarer zu prognostizieren. 10

11 Geplant Kosten senken Condition Monitoring steigert den Ertrag Ihrer Windenergieanlage Die Wartungs- und Betriebskosten einer Windenergieanlage werden bestimmt durch die Kosten für die Service- und Instandhaltungsarbeiten, die Ersatzteilkosten und die Logistikkosten (Transport und Montageeinrichtungen, wie z.b. Kräne). Es muss jedoch auch ein durch die Standzeit der Anlage verursachter Ertragsausfall miteingerechnet werden. Beide Aspekte gilt es zu minimieren. Online Condition Monitoring rechnet sich Der Ersatz eines Lagers am Getriebestrang erfordert eine geplante Downtime der Windenergieanlage von etwa drei bis vier Tagen. Bei einem durch einen nicht rechtzeitig erkannten Verschleißschaden verursachten Spontanbruch verlängert sich dieser Zeitraum leicht auf das Zehnfache, da Material und Personal erst disponiert und auf die Anlage gebracht werden müssen. Zudem erfolgen Spontanbrüche meist aufgrund hoher Windlasten zu wind- und damit ertragsstarken Zeiten. Verursacht der Spontanbruch Folgeschäden an Komponenten, welche aufgrund ihrer Größe und ihrer Maße nur bedingt auf der Anlage instand gesetzt werden können, so entstehen weitere hohe Aufwände. Die Kosten eines Kraneinsatzes, insbesondere bei offshore installierten Anlagen, sind gravierend. ERTRAGSAUSFALL in TEUR Reparatur geplant Downtime: 2 Wochen windschwache Periode Spontanausfall Downtime: 10 Wochen Reparatur geplant Downtime: 2 Wochen windstarke Periode Spontanausfall Downtime: 10 Wochen Berücksichtigt man nur die Ertragseinbuße, so entsteht bei einer Reparatur nach einem Spontanausfall zu windschwachen Zeiten ein zusätzlicher Verlust von ca Euro, zu windstarken Zeiten von weit über Euro. (Vergleich einer geplanten und einer ungeplanten Getriebereparatur an einer 1,5 MW- Anlage; einmal zu windschwachen, einmal zu windstarken Zeiten gerechnet.) 11

12 Optimierung des Ertrags mit einer gezielten Wartungsplanung In den meisten Regionen der Welt sind die Windgeschwindigkeiten abhängig von den Jahreszeiten. Damit unmittelbar verknüpft ist das Ertragspotenzial einer Windenergieanlage: Rund zwei Drittel der Stromerträge fallen zumeist auf die Monate von November bis April. Deshalb muss gerade in diesem Zeitraum ein Anlagenausfall unbedingt vermieden werden. Zusätzlich sind die logistischen Aufwände zur Instandhaltung in den Wintermonaten in der Regel höher. Condition Monitoring liefert die notwendigen Fakten, um eine Instandhaltung so zu planen, dass die energetische Verfügbarkeit der Anlagen kaum beeinflusst wird. Vermeidung von Folgeschäden Condition Monitoring liefert zuverlässige Erkenntnisse zum Zustand wichtiger mechanischer und elektrischer Komponenten der Windenergieanlage. Damit lassen sich entstehende Defekte frühzeitig erkennen und mögliche Folgeschäden, welche eine längere Downtime Risikoabsicherung der Anlage bedeuten würden, verhindern. Risikoabsicherung Condition Monitoring liefert Betreibern, Investoren und Versicherern ein praxisnahes, Monitoring transparentes liefert Betreibern, Bild des Anlagen- Investo- Condition ren und Versicherern zustands und ein damit praxisnahes, auch eines transparentes zu erwartenden Schadenrisikos. und damit Dies auch ist eines von Bild des Anlagenzustands zu erwartenden besonderem Schadenrisikos. Interesse bei Dies der ist Inbetriebnahme oder bei der auch Inbetriebnahme zum Ende der oder Gewähr- auch von besonderem Interesse zum Ende leistungsfrist, der Gewährleistungsfrist, wenn Serviceverträge wenn Serviceverträge und Versicherungsprämien neu kalkuliert neu kalkuliert und werden. werden. 12

13 Vorteile von CMS auf einen Blick Reduktion der Wartungskosten durch koordinierte Planung, rechtzeitige Ersatzteilbeschaffung und Vermeidung von Folgeschäden Sicherung der Stromproduktion und Maximierung des Ertrags durch gezielte und geplante Wartung, z.b. in windschwachen Perioden Höhere Ausnutzung der Lebensdauer von Maschinenelementen dank genauer Zustandskenntnis Praxisnahe Risikoeinschätzung in Bezug auf den Ausfall wichtiger Komponenten der Windenergieanlage Ertrag ERTRAG in EUR in TEUR 70 19% Die Erträge einer Windenergieanlage werden zu rund zwei Dritteln in den windreichen Wintermonaten erwirtschaftet % 9,5% 7% 7% 5,5% 8,5% 4% 7% 4% 9,5% 11% (Beispielrechnung einer 1,5 MW-Windenergieanlage) Monate Monate 13

14 Effiziente Analyse Leistungsfähige Software unterstützt den Betriebsführer»WebLog«ist das webbasierte Frontend des Bachmann Condition Monitoring Systems. Es dient als Kommunikationsschnittstelle zum Diagnosesystem und ermöglicht den sicheren und standortunabhängigen Zugriff auf die Zustandsdaten der Windenergieanlage. Ampelsystem Bei Überschreiten vordefinierter Grenzwerte löst»weblog«eine Alarmmeldung aus, welche dem Anwender in einem Statusfenster signalisiert wird sowie per oder SMS verschickt werden kann. Umfangreiche Werkzeuge zur Signalanalyse, beispielsweise Hüllkurvenspektren, Amplitudenspektren oder frequenzselektierte Kennwerte unterstützen den Diagnose-Spezialisten dabei, Veränderungen im charakteristischen»gut-bild«der überwachten Komponente zu erkennen und zuzuordnen. Integrierte Trendanalyse Eine integrierte Datenbank erlaubt die Trendanalyse der über einen längeren Zeitraum aufgezeichneten Daten einzelner Maschinenbauteile und Aggregate. Akustisches Monitoring Neben der komfortablen und übersichtlichen Visualisierung bietet»weblog«weiterhin die Möglichkeit, Sensorsignale hörbar zu machen. Damit können Unregelmäßigkeiten im gemessenen Spektrum akustisch beurteilt werden, was sehr häufig und rasch den Rückschluss auf einen konkreten Defekt zulässt. 14

15 Das Bachmann Online CMS Ω-Guard bietet weltweit von jedem Online-Arbeitsplatz Zugriff auf die Zustandsdaten der überwachten Anlage. Ω-Guard -System Inbetriebnahme und Konfiguration Sensorik WebLog-Arbeitsplatz Internet Condition Monitoring System WebLog-Server WebLog-Arbeitsplatz Remote-Anlagenbetriebsführung WebLog-Arbeitsplatz 15

16 16

17 Starkes Gesamtkonzept Anlagenüberwachung als Dienstleistung Das Ergebnis einer Online-Zustandsüberwachung steht und fällt mit der richtigen Installation, Parametrierung und Inbetriebnahme des CMS- Systems sowie der schnellen und richtigen Reaktion auf gemeldete Zustandsänderungen. Online Condition Monitoring Windturbinen sind komplexe Systeme, dieständig wechselnden Betriebsbedingungen ausgesetzt sind. Das modulare Bachmann Condition Monitoring System wird deshalb individuell an die Besonderheiten des Anlagentyps angepasst und entsprechend parametriert. Im Bachmann Monitoring Center werden die Daten aller überwachten Anlagen konsolidiert und von erfahrenen Diagnose- Spezialisten analysiert. Mit der Zusammenführung von Kenndaten des Condition Monitoring und den Betriebsparametern der Automatisierung lassen sich Veränderungen bei den Messwerten oft schon vorab erklären und Fehler ausschließen. Entsprechend des vereinbarten Services erhält der Betriebsführer der Anlage im Anschluss nicht nur eine verifizierte Fehlermeldung, sondern auch eine Einschätzung der Betriebsrelevanz sowie konkrete Handlungsempfehlungen. Mobile Messungen (offline) Mobile Messungen vor Ort sind ebenfalls möglich zum Beispiel als Teil der Installationsabnahme oder routinemäßig zum Ende der Gewährleistungsfrist (»End of Warranty«). Dazu installieren wir an Ihrer Windenergieanlage für einen vereinbarten Zeitraum die notwendige Sensorik zur Überwachung ausgewählter Kennwerte. Erfahrene Analytiker bereiten die Messdaten auf und liefern Ihnen einen aussagekräftigen Statusbericht zum Zustand der überwachten Komponenten. Beratende Unterstützung Dank webbasierter Kommunikation zum Bachmann Condition Monitoring System ist ein weltweiter Zugriff auf die Anlagendaten möglich. Betreibern, welche ein eigenes Monitoring Center unterhalten, steht Bachmann so jederzeit beratend zur Seite. 17

18 Modulares System Produktportfolio für Condition Monitoring Condition Monitoring Systeme stellen höchste Anforderungen an die Sensorik und Messdatenerfassung, aber auch an die Verarbeitung und Weiterleitung der Daten. Unsere leistungsfähigen und international approbierten Komponenten bilden die Grundlage für zuverlässige Aussagen über den Maschinenzustand. Condition Monitoring System Ω-Guard Analoge Eingänge Anzahl 9 3 Ω-Guard : Komplett integrierte Lösung. Ω-Guard : Stand-Alone- System. Messbereich AC-gekoppelt ±6 V ±10 V IEPE-Schnittstelle Auflösung > 17 Bit Dynamik > 95 db Frequenzbereich generell 0,1 Hz 20 khz Inkremental und Zählereingänge Schnittstelle 24 V Initiatoren / Näherungsschalter inkremental mit 10 ma Senke wahlweise eine Inkrementalschnittstelle oder zwei Zählereingänge für Näherungsschalter verwendbar Kanalanzahl 2 1 Zahlfrequenz 5 khz 36 khz Messwert / Auflösung 32 Bit 32 Bit Eingangssignale A A-, A+ / B-, B+ / N-, N+ Auswertung - 1, 2, 4-Flanken & Pulse-Direction-Mode Versorgung für externe Sensoren: 24 V / 5 V kurzschlussfest Galvanische Trennung 500 V Mit dem geprüften und zertifizierten Condition Monitoring System»Ω-Guard «erfolgt die permanente Bewertung der Messdaten, deren Speicherung sowie die automatisierte Übertragung im CMS.»Ω-Guard «ist speziell für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen konzipiert und eignet sich für On- und Offshore-Windenergieanlagen. Das System ist sowohl komplett integriert in das M1-Automatisierungssystem erhältlich als auch als Stand-Alone-Lösung. 18

19 Sensor BAM100 BAM500 Empfindlichkeit 100 mv/g 500 mv/g Ausgang ICP -kompatibel Messbereich 0,1/0, Hz Sensoranschluss M12 Sensor μ-bridge Empfindlichkeit Ausgang Messbereich Sensoranschluss 0,7 V/N ICP -kompatibel 0, Hz M8 Unsere Sensoren sind speziell zugeschnitten auf die sichere Signalerfassung, auch bei sehr langsam rotierenden Wälzlagern wie zum Beispiel dem Hauptlager bzw. dem Rotorlager am Antriebsstrang einer Windenergieanlage. 19

20 Österreich Corporate Headquarters Bachmann electronic GmbH Kreuzäckerweg Feldkirch, Austria P +43 (0) / info@bachmann.info Deutschland Bachmann Monitoring GmbH Weimarische Straße Rudolstadt, Germany P +49 (0) / office.rudolstadt@bachmann.info Bachmann electronic GmbH Egermannstraße Rheinbach / Bonn, Germany P +49 (0) / office.bonn@bachmann.info Dänemark Bachmann Office Silkeborg Bachmann electronic Danmark Vejlsøvej Silkeborg, Denmark P office.silkeborg@bachmann.info USA Bachmann electronic Corp North Route. 45, Suite 203 Grayslake, IL 60030, USA P / office.chicago@bachmann.info China Headquarters China Bachmann electronic Technical Services (Shanghai) Co., Ltd. East Ocean Center Room 14C, Phase Yan an East Road Huangpu District, Shanghai, PR China P +86 (0) office.shanghai@bachmann.info Benelux Bachmann Office Veenendaal Bachmann electronic Nederland Vendelier PD Veenendaal, Netherlands P +31 (0) 85 / office.veenendaal@bachmann.info Indien Bachmann Office Pune Bachmann electronic Industrial Automation Private Limited, Pune 1/E, Classic Building, North Avenue Kalyani Nagar Pune , India P +91 (0) office.pune@bachmann.info Bachmann North America Bachmann Europe HQ Bachmann India Bachmann China Broschüre Condition Monitoring DE PB-CMS/02DE 05/2012 Technische Änderungen vorbehalten by Bachmann.