Aprol ConMon:

Von der reaktiven zur zustandsorientierten Instandhaltung

Als Condition-Monitoring-Systeme (CMS) werden Systeme bezeichnet, die den Zustand von Maschinen und Anlagen überwachen. Das primäre Ziel von CMS ist das Erfassen und Weitergeben des aktuellen Anlagenzustandes sowie die frühzeitige Erkennung oder Prognose von Schäden. Während wir im ersten Teil dieses Beitrages grundsätzliche Instandhaltungsstrategien beleuchtet haben, dreht sich in diesem zweiten und letzten Teil alles um die Beschreibung eines Condition-Monitoring-Systems am Beispiel von Aprol ConMon.

Damit eventuelle Schäden und Ausfälle vor ihrem Eintritt erkannt werden können, sind folgende Funktionalitäten erforderlich:

Messwerterfassung, -speicherung und -verdichtung
Online-Überwachung von Messwerten
Online-Verknüpfung von Messwerten
Auswertung der Messdaten
Erfassung und Verarbeitung von Zusatzinformationen

Ein Condition-Monitoring-System (CMS) umfasst auch dynamische Parameter wie Drehmomente und Schwingzustände. Der Unterschied zu reinen Überwachungssystemen besteht darin, dass Condition-Monitoring-Systeme nicht nur quasi-statische Parameter wie Temperatur, Druck, Motorstrom, Leistung, Drehzahl etc. erfassen, speichern und verdichten, sondern auch dynamische Parameter wie Drehmomente und Schwingzustände. Basierend auf diesen dynamischen Parametern, können Aussagen über den Verschleißfortschritt sowie die Maschinen- und Anlagenbelastung getroffen werden. Die von den CMS erfassten Daten stellen eine wertvolle Informationsquelle für die Instandhaltung dar. Condition-Monitoring-Systeme werden im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus vor allem im Bereich der Schwingungsüberwachung (Vibration, Körperschall), Stromaufnahmemessung, Druckluftverbrauchsmessung, Drehmomentmessung, Thermografie und der Ölanalyse eingesetzt. Der Schwingungsdiagnose liegt zugrunde, dass alle mechanischen Vorgänge Kraftumsetzungsprozesse zur Folge haben, die letztlich an die Oberfläche weitergeleitet werden. Ursache für erhöhte Schwingungen an Maschinen mit rotierenden Massen sind häufig Unwuchten. Daraus können erhöhter Verschleiß, Schädigungen an Lagerungen, rotierenden Teilen, Maschinenrahmen, Fundamenten oder sogar Gebäudeschäden entstehen. Bei Lüfteranlagen entstehen Unwuchten beispielsweise durch Abnutzung und Anbackungen auf den Laufschaufeln. Anschlagende oder lose Teile, Ausrichtfehler und Passungsprobleme verursachen ebenfalls erhöhte Schwingungen. Das Schwingungssignal wird erfasst und mittels Fast-Fourier-Transformation auf seine Zusammensetzung aus Einzelsignalen und deren Messgrößen untersucht. Damit werden charakteristische Frequenzen identifiziert, die im optimalen Zustand nicht auftreten. Die ermittelten Effektivwerte der Signale geben einen Anhaltspunkt für den Grad der bereits vorhandenen Schädigung. Eine Identifikation der beschädigten Bauteile ist auch möglich, wenn die kinematischen Eigenschaften der Maschine bekannt sind (Zahnanzahl bei Getriebe, Wälzlagertypen, Drehzahl.…)

Stand-Alone-Lösung für Messung und Monitoring in allen Branchen

B&R bietet mit Aprol ConMon eine Lösung zum Messen, Aufzeichnen und Auswerten aller relevanten Messgrößen an und unterstützt so beim kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Das System kann wahlweise als Stand-Alone-Lösung unabhängig von den bereits vorhandenen Gebäudeleittechnik-Systemen, Scada-Systemen, Prozessleitsystemen oder SPS-Lösungen eingesetzt oder in bereits bestehende Aprol-Prozessleitsysteme integriert werden. Aprol ConMon ist eine skalierbare Lösung und kann maßgeschneidert eingesetzt werden, je nachdem, ob Maschinen, eine ganze Fabrik, ein Gebäude, ein Prozess oder eine Anlage überwacht werden soll.

Maschinenautomation: Im Bereich der Maschinenautomation wird bei der Neuentwicklung einer Serienmaschine meist ein leistungsfähiges Equipment zum Messen, Aufzeichnen und Auswerten aller relevanten Messgrößen benötigt. Aprol ConMon unterstützt bei dieser Aufgabe.
\’Recording Box\‘ für den Maschinenbauer: Eine weitere interessante Anwendung ist die Verwendung der der Stand-Alone-Lösung von Aprol ConMon als \’Recording Box\‘ für den Maschinenbauer, um während der Gewährleistung sicher und lückenlos zu überwachen, ob die Maschine vom Anwender ausschließlich im vom Hersteller spezifizierten Bereich betrieben wurde.
Plant Automation: Im Bereich Plant Automation handelt es sich meist um mittlere Anlagengrößen mit mehreren Controllern. Da Condition Monitoring meist auch zum Schutz der Komponenten herangezogen wird, stellt in diesem Fall die Integration in das Aprol-System die optimale Lösung dar.
Process Automation: Bei einem bestehenden Aprol-Prozessleitsystem bietet sich die Integration von Condition Monitoring in das Prozessleitsystem an, da dadurch alle Systemfunktionalitäten auf die Condition-Monitoring-Daten uneingeschränkt zugreifen können. Bei bestehenden 3rd-party-Prozessleitsystemen wird Condition Monitoring meist mit separaten Systemen (Sensoren mit Auswerteelektronik) realisiert. Dabei bietet sich die Ankopplung via Schnittstellen und eine anschließende Darstellung im 3rd-party-Prozessleitsystem an. Die Detailauswertung der Schwingungsmessung kann direkt in der Stand-Alone-Lösung von Aprol ConMon gemacht werden.
Factory Automation: Bei der Fabrikautomatisierung ist häufig eine Erweiterung um die Erfassung von Condition-Monitoring-Daten einzelner Maschinen gefordert. Diese zusätzlichen Messstellen werden mit zusätzlichen dezentralen Remote I/Os zur anschließenden Verarbeitung in einem separaten Aprol-ConMon-System erfasst.

Aprol ConMon – Condition Monitoring out-of-the-box

Aprol ConMon ist eine \’Out-of-the-box-Lösung\‘. Sie basiert auf dem Prozessleitsystem Aprol. Die Umsetzung von Condition-Monitoring-Systemen (CMS) und Aufgaben des Plant Asset Management (PAM) wird dadurch wesentlich erleichtert. Mit der Aprol-Plattform sind auch Lösungen möglich, die weit über gewöhnliche Condition-Monitoring-Aufgaben hinausgehen. Aufgrund der Skalierbarkeit wächst das System mit den Anforderungen. Ein Investitionsschutz ist somit gegeben.

Systemtopologie

Aprol ConMon besteht aus einem schaltschranktauglichen Industrie-PC APC910. Dieser wird vorinstalliert ausgeliefert und beinhaltet das komplette System. Neben der Engineering Software und der Operator Software verfügt das System über eine hochperformante Datenbank mit SQL-Interface. Sie basiert auf dem Betriebssystem Suse Linux Enterprise Server. Alle benötigten Daten werden historisch gespeichert. Das System wird meist ohne Monitor in einem Schaltschrank verbaut, der Zugriff erfolgt mittels Webbrowser oder VNC-Client von den Arbeitsplatzrechnern der zuständigen Fachleute. Die Messgrößen werden mit den kompakten X20-E/A-Modulen von B&R erfasst. Um die Condition-Monitoring-Daten von den E/A-Modulen einzulesen und eine Vorverarbeitung dieser Werte vorzunehmen wird eine Steuerung benötigt. Je nach Anzahl der E/As können beliebig viele weitere Steuerungen hinzugefügt werden. Die Steuerungen und E/A-Module kommunizieren via Powerlink miteinander. Falls eine vorhandene Busverkabelung genutzt werden soll, kann alternativ auch auf Modbus TCP oder Profibus DP zurückgegriffen werden. In einer umfangreichen Bibliothek stehen dem Anwender leistungsfähige Control-Module zur Verfügung, die wir in einem gesonderten Dokument (siehe QR-Code) ausführlich erläutern. Zur Übersicht und zur Einschätung der Leistungsfähigkeit von ConMon soll an dieser Stelle eine Aufzählung der Module genügen.