Pumpen

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Deshalb hat die Verfügbarkeit höchste Priorität. Sie kann entweder durch redundante Systeme oder durch den Einsatz spezieller Überwachungssysteme gesichert werden.

Nach Schätzungen des Verbandes der chemischen Industrie (VCI) entfallen neun Prozent der Gesamtkosten beim Bau einer verfahrenstechnischen Anlage auf die Redundanz von Pumpensystemen. Durch den Verzicht auf solche installierte B-Pumpen könnten die Betreiber laut VCI allein in Deutschland jährlich 500 Millionen Euro Investitionskosten einsparen. Aus diesem Grund etablieren sich Diagnose- und Störungsfrüherkennungs-Systeme immer mehr.

Remote Management

Grundfos offeriert sein Remote Management GRM auch als Dienstleistung. Bild: Grundfos

Zwar können sie Ausfälle nicht verhindern, wohl aber das Risiko des Betreibers minimieren und die Reparatur oder den Austausch planbar machen. Dafür erfassen Condition Monitoring Systeme gezielt Zustandsinformationen von Maschinen und Anlagen wie beispielsweise Stromaufnahme, Temperaturen von Getrieben, Lagern und Motorwicklungen, ziehen bei bestimmten Geräuschen Rückschlüsse auf den inneren Zustand von Lagern und Getrieben und analysieren Schwingungen. Die Systeme vergleichen alle Daten mit einem vorher definierten Sollzustand. Ziel ist, die maximale Verfügbarkeit von Maschinen zu gewährleisten und den Materialverbrauch für Wartungen und Reparaturen zu minimieren.

„Doch während für die Gerätediagnose der Feldgeräte – auch Eigendiagnose genannt – heute Standards existieren, steckt das Gebiet Condition Monitoring aus Sicht einer Standardisierung und auch aus informationstechnischer Sicht bisher noch in den Kinderschuhen“, sagt Peter-Michael Synek, stellvertretender Geschäftsführer des Fachverbands Fluidtechnik im VDMA.

Peter Michael Synek

„Viele der heute bestehenden
CM-Konzepte sind nicht
technologieübergreifend nutzbar.“
Peter-Michael Synek, stellvertretender Geschäftsführer des Fachverbands Fluidtechnik im VDMA Bild: VDMA

„Ein Maschinendiagnosesystem muss für jede Applikation neu konzipiert und programmiert werden: Unterschiedliche Hersteller verwenden nicht nur unterschiedliche Datenprotokolle und Übertragungsmechanismen, sondern verfolgen auch unterschiedliche informationstechnische Konzepte. Dadurch wird der Aufwand für die Integration von Condition-Monitoring- und Diagnosesystemen in den Maschinenbau erschwert. Viele heute bestehende Konzepte sind nicht technologieübergreifend für eine Maschinendiagnose nutzbar.“

Aus diesem Grunde widmet sich ein VDMA-Arbeitskreis der Aufgabe, die Basis für die Erstellung von Kommunikationsprofilen und weiterer normativer Arbeit zu schaffen. Schwerpunkt ist zuerst die Erarbeitung von Standards für die Feldebene mit Sensoren, Aktoren und dezentraler Intelligenz sowie der Maschinensteuerungsebene, da hier der Ursprung von Daten und auch ersten interpretierbaren Informationen vorliegt. Als Ergebnis wurde das Einheitsblatt VDMA 24582 „Feldbusneutrale Referenzarchitektur für Condition Monitoring in der Fabrikautomation“ veröffentlicht. Derzeit wird daran gearbeitet, die nationalen Festlegungen auch in einen internationalen Standard zu überführen, so Synek.

Peter Hubert

„Nach der Installation
durchläuft der CR-Monitor einen Lernprozess.“
Peter Hubert, Sales Director der Industry Division bei Grundfos. Bild: Grundfos

Wenn Condition Monitoring erfolgreich sein soll, dann braucht es mehr als nur intelligente Sensoren. Wenn es eingebettet ist in die Wertschöpfungsstrategien der Maschinenhersteller und in die Qualitäts- und Verfügbarkeitsstrategien der Maschinenbetreiber, dann ist auch eine durchgängige intelligente Verarbeitung, Verdichtung und Interpretation von Sensorsignalen möglich.

Unterschiedliche Strategien

Die Grundvoraussetzungen dafür bieten offene Schnittstellen wie USB, Bluetooth und GSM. Condition Monitoring muss einfach anwendbar sein und darf keine Probleme aufwerfen, heißt es bei Hydac mit dem Verweis auf die Plattform-Bausteine. Diese aggregieren mit einer Vielzahl von Sensoren Prozessdaten wie Druck, Temperatur, Volumenstrom etc. so, dass man durch sie den Belastungszustand der Maschine ablesen kann.

Kombiniert werden diese Daten mit dem Fingerprint der zu fördernden Flüssigkeit, der sich aus dem Ölzustand, der Verschmutzung und dem Wassergehalt ergibt. Aus der Korrelation von Prozessdaten, Fluiddaten und Maschinendaten ergibt sich nach Aussage des Unternehmens eine erweiterte Diagnosetiefe, die deutlich über die konventionelle Schwellwertüberwachung hinaus geht.

Sensoren Hydac

Hydac Contamination Sensoren
überwachen Flüssigkeiten und Pumpen. Bild: Hydac

Anschließend werden die Zustandsinformationen mit der Hydac-spezifischen Software CMWIN auf ein notwendiges Minimum komprimiert und stehen dem Maschinenbetreiber zwecks Überwachung beziehungsweise Steuerung über verschiedene Kommunikationswege zur Verfügung. Auch zur Dateninterpretation wird CMWIN verwendet.

Ähnlich geht auch Parker Hannifin vor und wertet mit Condition-Monitoring-Systemen eine Vielzahl von Messdaten aus, um wichtige Erkenntnisse über die Anzahl und Größe von Verschleißmetallen, Viskosität, genormte Reinheitsklassen und Ölalterung zu erlangen. So können beispielsweise in der Proportionalhydraulik gezielt die Schwenkwinkelgeber der Pumpe neben der klassischen Partikelüberwachung als zusätzliches Condition Monitoring zur Verschleißüberwachung eingesetzt werden.

Condition Monitoring-Service

Die neuen Dienstleistungen reichen von der mobilen Überprüfung einzelner Komponenten wie Motor oder Getriebe bis hin zur kontinuierlichen Online-Überwachung des gesamten Antriebsstrangs. Bild: Siemens

Große Hydraulikzylinder lassen sich mit dem Parker Kittiwake Line Scan überwachen. „Nach unseren Erfahrungen möchte der Anwender oftmals auf vorhandene Maschinensteuerungen zurückgreifen und die von der Sensorik gelieferten Signale verwenden, weil er die eigene Steuerung am besten kennt“, sagt Stefan Nilgen, Segment Sales Manager Hydraulic & Engine Filtration bei Parker Hannifin.

Allerding komme es auch häufig vor, dass die Anwender nicht über das spezifische Know-how und das nötige Personal verfügen, um die Messergebnisse richtig zu interpretieren. Daher sei eine Ampelfunktion mit einer klaren Aussage „geht“ oder „geht nicht“ eine Lösung, die relativ einfach zu integrieren sei, so Nilgen. Parker bietet bei Bedarf auch komplette Steuerungen und Subsysteme oder Fernabfragesysteme an.

Dr. Thomas Müller

„Die Condition Monitoring Library trägt zum Erreichen von Kostensenkung und Effizienzsteigerung bei.“
Dr. Thomas Müller-Heinzerling, Manager Chemical Industry Technology & Concepts, Siemens Industry Automation Bild: Siemens

Einen Schritt weiter geht der dänische Pumpenhersteller Grundfos mit seinem CR-Monitor-System. Es überwacht alle Abweichungen von der ursprünglichen Effizienz des Pumpensystems in seiner Gesamtheit. „Nach der Installation durchläuft der CR-Monitor einen Lernprozess, der alle relevanten Parameter im Pumpensystem erfasst und daraus ein Betriebsmodell entwickelt“, erklärt Peter Hubert, Sales Director der Industry Division bei Grundfos.

Die Aufzeichnungen werden gespeichert und später als Referenz für den normalen Pumpenbetrieb verwendet. Die Praxis zeige, so Hubert, dass ein herabgesetzter Wirkungsgrad häufig auf einen erhöhten Verschleiß oder eine Verstopfung im Hydrauliksystem der Pumpe hinweist. Mit diesem Wissen können die schadenbedingenden Ursachen beseitigt werden, lange bevor es zu größeren Schäden oder einem Anlagenstillstand kommt. Grundfos offeriert zusammen mit dieser Technologie gestaffelte Dienstleistungen im Rahmen von Service-Level-Agreements.

Erwin Weis

„Bei diagnostizierten
Problemen können die Betreiber auf unser weltweites Expertenwissen zugreifen.“
Erwin Weis, Global Manager der SKF Asset Diagnostic Services. Bild: SKF

„Alle Anlagenbetreiber sind einem zunehmenden Druck zum Kostensparen und zur Effizienzsteigerung ausgesetzt. Die Condition Monitoring Library trägt zum Erreichen dieser Ziele bei“, sagt Dr. Thomas Müller-Heinzerling, Manager Chemical Industry Technology & Concepts bei Siemens Industry Automation. Diese integrierten Softwarebausteine im Leitsystem PCS 7 erkennen ungünstige Betriebszustände wie Blockade, Trockenlauf, Gasmitförderung, Kavitation, Überlast oder Falschlauf und vermeiden so unnötigen Verschleiß und Energieverschwendung.

Beispielsweise überwacht der PumpMon-Baustein die Kreiselpumpen. Er wertet dazu Sensorsignale aus, die bereits im Leitsystem vorhanden sind und verzichtet auf zusätzliche Sensoren wie etwa Körperschall- oder Beschleunigungs-Sensoren. „Damit werden nicht nur Wartungskosten reduziert, sondern es kann auch ein besserer Betrieb erreicht und die Verfügbarkeit der Anlage erhöht werden“, so Müller-Heinzerling.

Condition Monitoring wird mobil

Fernwartung ist schon seit vielen Jahren ein In-strument, mit dem Maschinen- und Anlagenbauer ihre Kunden schnell und effizient unterstützen. Mit Remote Service kann man von der Ferne auf die Maschinen zugreifen oder diese fernsteuern.

So eignen sich Internet-basierte Telemetriesysteme hervorragend zur Überwachung entfernt installierter Pumpensysteme, wie sie in der kommunalen Wasserversorgung oder Abwasserentsorgung zu finden sind. Dabei werden Pumpen und Steuerungen mit einem GPRS/GSM-Modul verbunden, das die Daten per Mobilfunk zu einem zentralen Server des Pumpenherstellers sendet. Damit spart sich der Anlagenbetreiber eine eigene Leitwarte.

„Denn es nützt nichts, den Zustand einer Maschine nach einer Störung zu kennen.

CR Monitor System

Das Grundfos-CR-Monitor-System überwacht alle Abweichungen von der ursprünglichen Effizienz. Bild: Grundfos

Wir brauchen alle Daten vor einem Fehler“, begründet Dr. Rainer Ordenewitz, Projektleiter Remote Services bei Siemens Industry in Erlangen. „Deshalb lassen wir nicht mehr die Wartungsingenieure zu den Maschinen, sondern die Maschinendaten zu uns reisen. Wir speichern sie in Datenbanken ab, sodass wir sie jederzeit unabhängig von Zeit und Ort analysieren können. Hierzu bietet der Fernzugriff ein mächtiges Werkzeug.“

Siemens entwickelte deshalb eine Motor Condition Monitoring Box, die die Lagerschwingungen und -temperaturen von Großantrieben sowie die Wicklungstemperaturen der Motoren überwacht. Die Box wird direkt am Motor angebracht, ist schwingungs- und temperaturentkoppelt und in Schutzart IP65 gebaut.

Ein ähnliches System entwickelte SKF mit dem Machine Condition Indicator (MCI), der als kompakter Schwingungs- und Temperatursensor die Bauteile und insbesondere Wälzlager von Standardmaschinen und -anlagen permanent überwacht. Eine Symbiose aus Fernwartung und Condition Monitoring bietet SKF mit einer Diagnosesoftware, die die Informationen über den Zustand von Maschinen und Anlagen von den verschiedensten Sensoren gesammelt in die Cloud lädt.

Das passiert entweder vollautomatisch mit onlinefähigen Condition-Monitoring-Systemen aus der SKF Multilog-Familie oder halbautomatisch, indem der Bediener die Sensorinformationen mit einem tragbaren Datensammler wie dem Microlog Analyzer bündelt, die das Gerät dann direkt versendet. „Bei Bedarf analysieren die SKF-Spezialisten die Spektren und Vibrationsdaten und entscheiden dann, ob ein Schaden kritisch ist oder noch nicht“, sagt Erwin Weis, Global Manager der SKF Asset Diagnostic Services.

Multilog Systeme

Die onlinefähigen Varianten der SKF Multilog-Systeme ermöglichen inzwischen eine hoch automatisierte Fernüberwachung via Cloud. Bild: SKF

Die Software as a Service (SaaS) kann der Betreiber jederzeit direkt über eine sichere Internetverbindung nutzen. „Meist wird die Betriebsbereitschaft schon innerhalb weniger Tage erreicht“, so Weis. „Vorteil hierbei ist die standortübergreifende Standardisierung der Maschinenzustandsdiagnose ohne die typischen Gemeinkosten von Betriebs- und Backupsystemen, Servern, Software-Upgrades und Datenbank-Lizenzen.“ Der ISO 27001- und SSAE16-kompatible SKF-Cloud-Service gewährleistet Datenintegrität und Vertraulichkeit, insbesondere bei den sensiblen Bereichen wie Datenzugriff, -übertragung und -speicherung sowie beim Zugriff auf Datenzentren.

Ein weiteres Angebot im Rahmen dieses Projekts ist Knowledge as a Service (KaaS). „Damit verkaufen wir quasi unser Wissen“, so Erwin Weis. „Bei diagnostizierten Problemen können die Betreiber auf unser weltweites Expertenwissen zugreifen. Basierend auf den Informationen sprechen dann die jeweiligen Spezialisten Handlungsempfehlungen aus.“

Dies gliedert sich auch lückenlos in das Konzept von Industrie 4.0 ein, nachdem Spezialisten nur noch situationsabhängig gerufen werden. Sie führen dann künftig mithilfe von integrierten Wissensplattformen, verbesserten Engineering-Methoden und Virtual-Reality-Tools die Fernwartung effizienter als bisher durch. jl

Autor: Roland Hensel, freier Autor für fluid