Kontinuierliche, flächendeckende Zustandsüberwachung

Condition-Monitoring-Systeme (CMS) werden meist nur an einzelnen, hochkritischen Stellen installiert, denn das Preisniveau ist hoch und die Einrichtung kompliziert. In Standardanwendungen wie bei Lüftern, Motoren, Spindeln etc. beschränkt sich die Zustandsüberwachung in der Praxis auf die Erfahrung der Mitarbeiter. Sie hören z.B., wenn eine Unwucht an einem Ventilator zu verdächtigen Vibrationen führt oder spüren, wenn ein Motor unzulässig warm wird. Zuverlässige Aussagekraft hat ein solches Zustands-Monitoring allerdings nicht. Hilfe bringen kleine, preislich attraktive und leistungsfähige Sensoren, die auch bei solchen Komponenten zu neuen, flächendeckenden Lösungsansätzen führen.

In der Welt der Fortbewegungsmittel hat Condition Monitoring (CM) schon eine lange, durchaus erfolgreiche Tradition. Bereits in den Autos der 1960er Jahre gab es einfache Sensoren und Warnleuchten z.B. für den Ölstand. Die Entwicklung ging konsequent weiter und heute gilt die Umsetzung des automatisierten CM in der Luftfahrt nahezu als perfekt. Ohne Sensorik, die jedes Bauteil in jeder Sekunde im Blick hat, sind moderne Flugzeuge nicht mehr denkbar. In der Automatisierungstechnik ist die Realität jedoch eine andere. CMS werden hier nur punktuell an besonders kritischen Stellen und oft lediglich temporär eingesetzt. Das Preisniveau ist hoch und der Umgang mit der Technik schwierig. Die Auswertung und Analyse ist aufwendig und erfordert tiefgreifendes Knowhow bei Einrichtung und Betrieb. Für den flächendeckenden Einsatz im Anlagen- und Maschinenbau sind solche Lösungen deshalb ungeeignet. Nichtsdestotrotz sind aber aussagekräftige Informationen direkt aus den Anlagen und Maschinen dringend notwendig, um beispielsweise durch rechtzeitige Wartungsmaßnahmen ungeplante Stillstände zu verhindern.

Ein Sensor – viele Möglichkeiten

Gefragt sind also preislich attraktive Sensoren, die sich einfach integrieren und bedienen lassen, am besten mehrere Messgrößen an einer Stelle erfassen sowie intelligent und effektiv mit der Steuerung oder übergeordneten Datenbanksystemen kommunizieren können. Als kompakte, leicht nachzurüstende Lösung kann hier der multifunktionale Condition-Monitoring-Sensor BCM (Bild 1) von Balluff  dienen.

Der mit Abmessungen von 32 mm x 20 mm x 10 mm sehr kompakte und 30 g leichte Sensor im robusten Edelstahlgehäuse ermöglicht eine kontinuierliche Zustandsüberwachung sowie das automatisierte Monitoring von Grenzwerten und liefert detaillierte Informationen über den aktuellen Zustand der Maschinenkomponente, an die er montiert ist. Er erfasst unterschiedliche physikalische Größen wie Vibration, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und verarbeitet diese direkt »on Board« beispielsweise zu statistischen Kenngrößen wie RMS (quadratisches Mittel), Mean (Mittelwert), Peak-to-Peak, Min/Max etc. Der Anwender muss sich dadurch nicht mehr mit den Feinheiten der Schwingungsanalyse auseinandersetzen. Stattdessen liefert der Sensor die gewünschten Daten über »IO-Link« passend konfiguriert an ein übergeordnetes System. Das kann eine Steuerung sein, die die Informationen nutzt und gegebenenfalls eine Störmeldung ausgibt. Die Zustandsdaten lassen sich aber auch in einer beliebigen Datenbank speichern und weiterverarbeiten..

IO-Link als Kommunikationsprotokoll

Der Nutzen dieser einfach zu bedienenden Lösung ist groß. Auf Basis der vom Sensor erfassten und vorverarbeiteten Daten lassen sich Anomalien frühzeitig erkennen sowie Wartung- und Instandsetzung vorausschauend planen. »IO-Link« als Kommunikationsprotokoll ermöglicht zudem eine einfache und flexible Parametrierung. So lässt sich die Auswertung im Sensor individuell auf die jeweilige Applikation abstimmen ohne weitere Software oder externe Auswertegeräte.

Der Inhalt der Prozessdaten ist frei definierbar und erlaubt es, bis zu fünf gemessene oder vorverarbeitete Daten zyklisch zu übertragen. Zudem ist eine azyklische Abfrage weiterer statistischer Auswertegrößen möglich. Beim automatisierten Monitoring sind für Mess- oder Auswertegrößen Grenzwerte für Vor- und Hauptalarme definierbar, sodass der Sensor bei bestimmten Ereignissen Warnmeldungen erzeugt und über Statusbits direkt zur Verfügung stellt. Der Sensor leistet damit einen wesentlichen Beitrag für den störungsfreien Betrieb jeder Anlage.

Schnelle Amortisation in verschiedenen Anwendungen

Eine Applikation für den Condition-Monitoring-Sensor sind Lüftungsanlagen in Lackierkabinen (Aufmacherbild oben). Die verbrauchte Luft wird angesaugt und gefiltert. Dabei setzen sich mit der Zeit an den Ventilatorflügeln Farbpartikel an. Das führt zu Unwucht und letztendlich zum Ausfall des Lüfters. Überwacht der Sensor den Absauglüfter auf unzulässige Vibrationen, können rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden, um einen Ausfall zu vermeiden. Bei einem Farbwechsel beispielsweise und der damit verbundenen Stillstandszeit lässt sich der Lüfter dann gleichzeitig reinigen. Ähnliches gilt auch für andere mechanische Komponenten wie Lager, Getriebe, Pumpen oder Schaltschränke in der Anlagentechnik (Bild 2). Werden hier Temperaturen, Vibrationen und weitere Umgebungsbedingungen überwacht, kann man eingreifen, ehe es zu einem Ausfall kommt. Manuelle Inspektionen sind nur noch notwendig, wenn es wirklich erforderlich ist. Das spart Manpower und die damit verbundenen Kosten.