FAG VibroCheckOnline-Überwachungssystem

für die SchwerindustrieTechnische Produktinformation

Zustandsorientierte Überwachung mittelsSchwingungsanalyse

Noch bis vor wenigen Jahrzehntenwurde der Zustand der meistenAnlagen durch Beobachtung desBetreibers gefühlsmäßig beurteilt.Mit zunehmender Komplexität derMaschine reichte diese Art derFehlerdiagnose für eine zuverlässigeZustandseinschätzung der einzelnenBauteile nicht mehr aus.Aus diesem Grund wurden Mess-und Auswerteverfahren entwickelt,die eine exakte Beurteilung desMaschinenzustandes zulassen.

Neben den Prozessgrößen undMaschinenkennwerten, wie Temperatur, Druck und Drehmoment,wurde für eine Maschinendiagnoseimmer häufiger die Schwingungs-analyse eingesetzt.Hierzu werden die Maschinen-geräusche mit einem Sensor erfasstund die Signale entsprechendaufbereitet und anschließend ausgewertet. Fehler oder Schädenan Maschinenteilen führen in derRegel zu zusätzlichen Schwingungen.

Herkömmliche Schwingungswächterbilden meistens einen Summenpegeldieser Schwingungen, der miteinem vorgegebenen Grenzwertverglichen wird. Erfahrungen ausdem praktischen Einsatz von Über-wachungssystemen haben jedochgezeigt, dass diese Beschreibungdes Maschinenzustands unteralleiniger Nutzung physikalischerKennwerte, wie Spitzenwert, Effektiv-wert oder Mittelwert, für eineSchadensfrüherkennung ungeeignetist. Da jeder Kennwert aus derSumme einer Vielzahl vonSchwingungen besteht, müssen

die Schädigungssignale erst einehohe Amplitude erreichen, bis sieeine wahrnehmbare Änderungherbeiführen können.Zudem arbeitet die Methode beiwechselnden Drehzahlen nichtwirkungsvoll.

Aus diesem Grund bedient sichVibroCheck auch der frequenz-selektiven Überwachung. Hierdurchwerden bereits kleine Schäden oderFehler frühzeitig erkannt, da dieseeine Amplitudenzunahme dercharakteristischen Frequenzenverursachen.Zusätzlich verwendet VibroCheckdie Hüllkurvenanalyse, da diesebesonders für die Detektion vonStoßimpulsen geeignet ist.

Vorteile von VibroCheck

• VibroCheck minimiert das Risikodes unvorhergesehenen Ausfallseines Maschinenelements undunterstützt eine schnelleSchadensbehebung.

• Durch die sofortige Alarmierungüber E-Mail oder SMS werden sehr kurze Reaktionszeitensichergestellt.

• Kein Schwingungsexperte vor Ortnotwendig. Über Fernzugriffekönnen die Daten von externenDienstleistern oder auch CM-Experten an anderenStandorten analysiert undinterpretiert werden.

• Permanente Verfügbarkeit vonÜberwachungsdaten sichern einelückenlose Historie.

Zustandsorientierte Überwachung · Vorteile · Einsatzbereich

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• VibroCheck erkennt automatischUnwucht, Ausrichtfehler, Lager- und Getriebeschäden. DemMitarbeiter wird auf einen BlickOrt und Ausmaß eines Schadensim Klartext und anschaulich aufder Maschinenvisualisierungdargestellt.

• Prozessvisualisierung hilft denMaschinenbedienern auf einenBlick, Alarme sofort zuzuordnen.

• Mögliche webbasierte Integrationin das Maschinensteuerungs-system minimiert die Flut derInformationsquellen im Maschinen-steuerstand.

Einsatzbereich

Das Online-ÜberwachungssystemVibroCheck wird zur permanentenÜberwachung von funktions-sichernden Maschinenteilen wie Wälzlagern und Getriebeneingesetzt.

Durch die sehr hohe Vorhersage-genauigkeit und frühzeitigeIdentifizierung sich anbahnenderSchadensfälle können geplanteStillstände optimal genutzt werdenund somit Ausfallzeiten drastischverringert werden. Auch kostspieligeFolgeschäden werden somitsicher verhindert. Durch eineVerknüpfung mit einem IPS-Systemkönnen auch Ersatzteilbevorratungund der Instandhaltungsaufwandweiter automatisiert und verringertwerden.VibroCheck kommt idealerweiseüberall da zum Einsatz, wo eineVielzahl von Messstellen überwachtwerden muss, wie in Walzwerken,Papierfabriken oder Kraftwerken.

Aufbau und Funktion

Da die Komplexität von Maschinenund Anlagen, bei denen VibroCheckzum Einsatz kommen kann,unterschiedlich ist, muss die Mess-,Übertragungs- und Systemhardwarediesen Bedingungen angepasstwerden können. Bereits mit derGrundversion können bis zu 128 Sensoren überwacht werden.Diese kann beliebig bis zur vollenAusbaustufe von 2048 Sensorenerweitert werden. Diese Ausbaustufenutzt alle Anschlussmöglichkeitendes Systems. Jede individuelleAnwendung besitzt prinzipiell diegleiche Struktur, siehe Abbildung 1.Die Schwingungssignale werdendurch Beschleunigungssensorenerfasst, die an der zu überwachendenMaschine appliziert sind. Über eingeschirmtes Kabel wird das Signal

an die Klemmkästen weitergeleitet.Das Gehäuse des Sensors bestehtaus rostfreiem Stahl und gewähr-leistet einen sicheren Betrieb auchin aggressiver Umgebung bis+121 °C. Zwischenklemmkästen dienen alsSammelstelle für die einzelnenSensorkabel. Die Klemmkästenwerden aus Edelstahl oder Aluminium ausgeführt. An jedemKasten laufen die Signalleitungenvon jeweils maximal acht Sensorenzusammen. Ab hier werden dieSignale über ein gemeinsamesStandard-Datenkabel weitergeleitet.Dies minimiert den Verkabelungs-aufwand und somit die Kostenerheblich.Von den Zwischenklemmkästenwerden die Signale zu den Multiplexern geführt, welche jeweils16 Kanäle aufnehmen können.

Aufbau und Funktion

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Bis zu 8 Multiplexer können in Reihegeschaltet werden. Idealerweisewerden immer 2 Multiplexer ineinem Schaltschrank untergebracht.Über die Multiplexer werden dieeinzelnen Messkanäle zyklischdurchgeschaltet. Am Ende der Multiplexerkettebefindet sich die VibroCheckBasiseinheit. Während Zwischen-klemmkästen und Multiplexer imFeld installiert werden, befindetsich die Basisstation meist in derSchaltwarte. Die Basisstation besteht aus den zwei Hauptbestand-teilen Filterbaugruppe (VC-FILT) undRechnereinheit. Beide Einheitenwerden als 19˝-Baugruppe ausgeführt und in einem eigenenSchaltschrank montiert.An jede Basisstation können zweiStränge mit je acht Multiplexernangeschlossen werden. Damit sind

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ModemLAN

Internet

G MSE-Mail/SMS

ServerBasisstationen

821

Sensoren Sensoren

Multiplexer Ketten

Multiplexer Ketten

F’IS Service Center

Abb. 1: Struktur

Abb. 2: Zwischenklemmkasten

Abb. 3: Multiplexer

pro Strang 128 Sensoren schaltbar,für eine Station insgesamt 256. Die ankommenden Sensorsignaledurchlaufen die Filterbaugruppe.Neben einer Filterung findet dorteine Verstärkung der Messsignalestatt. Ebenso werden hier dieDrehzahlsignale aus der Anlageaufgenommen, entweder als analogeSignale aus den Antrieben oder viaOPC aus einer übergeordnetenMaschinensteuerung.Basisstationen können einzeln oderin einem lokalen Netzwerk (LAN) be-trieben werden. Ein Netzwerkbetriebist erst dann erforderlich, wenn dasSystem aus mehr als einer Basis-station besteht. In jedem Fall fungiertdie erste Basisstation als Server-PC.Dieser steht vorzugsweise in derSchaltwarte. Der Server übernimmtdie Kommunikation mit bis zusieben Arbeitsstationen, um die das System erweitert werden kann.Somit können bis zu 2048 Mess-stellen mit einem VibroCheckverwaltet werden. Jede einzelne Basisstation im Feldübernimmt das Sammeln der Datenfür die angeschlossenen Sensoren. Sie führt eine Selbstüberwachung derangeschlossenen Sensoren durch.

Dadurch werden sowohl Kabelbruchals auch Kurzschluss festgestellt.Zusätzlich wird eine softwaremäßigePlausibilitätskontrolle durchgeführt.Neben den Beschleunigungssensorenkönnen natürlich auch andereSensoren zur Überwachung vonTemperatur, Druck, Kraft, Strom,Leistung etc. eingesetzt werden.In jeder Basisstation werden dieMessergebnisse lokal bis zu 10 Tagen vorgehalten, um im Falleeines Netzwerkfehlers keinen Datenverlust zu haben.Der Server-PC ruft die Daten von deneinzelnen Stationen ab. Hier findetdie Analyse und Speicherung derDaten statt.

Aufbau und Funktion · Filterung

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Filterung

VibroCheck arbeitet mit einerweltweit einzigartigen Signalauf-bereitung:Zwei kaskadierbare Universalfiltererlauben frei definierbare Frequenz-gänge über ein Filter-Design-Programm. Hierdurch könnenFrequenzen verstärkt, bzw. unter-drückt werden. Damit werden imVorfeld bekannte Maschinenreso-nanzen durch eine Abschwächungder Amplitude verringert, so dasssich die Sichtbarkeit beginnenderBauteilschäden verbessert unddiese früher erkannt werden.

Abb. 5: Filtereinstellungen

Abb. 4: VC-Basisstation

Überwachungsstrategie

VibroCheck verwendet dreiverschiedene, unabhängige Überwachungsmethoden: 1. Globale Kennwerte2. Spektrale Kennwerte3. Expertensystem.

Damit erreicht VibroCheck diehöchstmögliche Vorhersage-genauigkeit.

Zusätzlich findet eine ständigeSelbstüberwachung des Systems,inklusive der Sensoren statt.

Kennwerte undExpertensystem

VibroCheck überwacht mehrereglobale Kennwerte:• Summeneffektivwert der Schwing-

geschwindigkeit mit fest definiertenGrenzen 10 Hz bis 1 kHz(ISO 10816)

• Summeneffektivwert desHüllkurvensignals der Schwing-beschleunigung in frei wählbarenEckfrequenzen von 5 Hz bis 20 kHz

• Summeneffektiv des Rohsignalsder Schwingbeschleunigung ohneFilterung und Demodulation

Zur Detektion von Fehlern wieUnwucht und Fluchtungsfehlernbildet VibroCheck zusätzlich nochspektrale Kennwerte, die drehzahl-abhängig in schmalen Frequenz-fenstern mitgeführt werden.Dem Anwender steht parallel zurallgemeinen Kennwertüberwachungein automatisch arbeitendes,regelbasiertes Expertensystem zurVerfügung, welches pro Sensor biszu 20 verschiedene Bauteileüberwachen kann. Dadurch können

beliebige Wälzlagertypen undZahneingriffe in der Nähe einesSensors hinsichtlich des Auftretensbauteilbezogener Frequenzmusterüberwacht werden.

Überwachungsstrategie · Kennwerte und Expertensystem

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Abb. 7: Expertensystem

GlobaleKennwerte

ExpertensystemSpektraleKennwerte

Trend-überwachung

Trend-überwachung

Alarm-Info Alarm-Info Alarm-Info

SMSE-Mail

Internet

Abb. 6: Überwachungsstrategie

Schadensfrequenz Außenring

Alarmgrenzen

Für die Validierung/Anpassung derAlarmgrenzen werden prozess-abhängige Zusatzsignale (Drehzahl,Temperatur, Druck, Drehmoment)erfasst, die unmittelbaren Einflussauf das Schwingungssignal haben.Bis zu zwei Parameter können für eine Kennfeldüberwachung eingesetzt werden.

Dadurch werden Fehlalarme sicherverhindert.

Visualisierung

Die für jede einzelne Anlagekundenspezifisch angepassteVisualisierung liefert eine Bedien-oberfläche, die einen schnellenÜberblick über den Zustand derAnlage verschafft. Über eine inmehreren Ebenen gestaffelteAnlagenstruktur kann sich derBenutzer von einer Gesamtüber-sicht bis zu jeder einzelnenMessstelle bewegen. Durch einen„Farbumschlag“ am Sensor wird aufeinen Alarm aufmerksam gemacht.

Alarmgrenzen · Visualisierung

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Abb. 9: Kundenspezifische Visualisierung

Abb. 8: Alarmgrenzengenerierung

Historie

Die Historie liefert dem Anwendereinen Überblick über alle Ereignisseund Daten, bezogen auf die einzelneMessstelle. Hierdurch erhält er einelückenlose Dokumentation überLebensdauer, Schadenshäufigkeitenund auch durchgeführte Änderungenfür jedes einzelne überwachteBauteil.

Histogramm

Die Histogrammanzeige soll demNutzer einen schnellen Gesamt-überblick über den Zustand einerAnlage oder eines Anlagenteilsverschaffen. In zweierlei Hinsicht istdie Verwendung des Histogrammshilfreich. Mit ihm können repräsen-tative Alarmgrenzen festgelegtwerden und im Zusammenhang mitdem Trend eines Kennwertes kanndie Zustandsentwicklung desBauteils beurteilt werden.

Kommunikation undFerndiagnose

Basisstationen können einzeln oderin einem lokalen Netzwerk (LAN)betrieben werden. Ein Netzwerk-betrieb ist jedoch erst dannerforderlich, wenn das System ausmehr als einer Basisstation besteht.

VibroCheck bietet Werkzeuge, dieeine Fernüberwachung einer Anlageermöglichen. Unter Nutzung desTCP/IP-Protokolls wird der Daten-transfer zwischen der Anlage unddem Diagnoserechner hergestellt.Hierdurch kann das System ausder Ferne administriert werden. Auf gleichem Weg ist auch eineFerndiagnose bei unklarenSituationen möglich.

Neben der Alarmierung desF’IS Diagnose Centers können Alarmevia E-Mail oder SMS direkt zumInstandhalter und/oder an eineigenes Diagnosezentrum geschicktwerden.

Historie · Histogramm · Ferndiagnose · Gerätevariationen

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Gerätevariationen/ Modularer Aufbau

Sollen Lagerstellen, die nicht onlineerreichbar sind, zeitweise überwachtwerden, können mobile Beschleuni-gungsaufnehmer mit Magnetfußund Verlängerungskabel an freie Kanäle der Basisstationangeschlossen werden.

Unterstützte Betriebssysteme zur Installation • Windows NT 4.0 (ab SP4)• Windows 2000 Professional• Windows XP Professional

Unterstützte Betriebssysteme für Nutzerschnittstelle • Windows 95• Windows 98• Windows NT 4.0 (ab SP4)• Windows 2000• Windows XP

Maximale Anzahl anschließbarer (physischer) • 2 048Beschleunigungssignale

davonpro Multiplexerstrang • 128pro Station (Rechnereinheit) • 256

Abtastrate • Standard: 51,2 kHz (20 kHz ~ 2,56)• Höhere möglich, in Abhängigkeit von der

eingesetzten Messdatenerfassungskarte

Länge der einzelnen Zeitsignale • Standard: 8 192 Werte• Größere Länge möglich, in Abhängigkeit von der

eingesetzten Messdatenerfassungskarte

VC-FILT • 2 Universal-Filter; benutzerdefinierte und vordefinierte Filterfunktion: Hochpass, Tiefpass, Bandpass, Bandsperre

• CutOff: 20 Hz bis 20 kHz in 5-Hz-Schritten

Signalauflösung • Je nach Messdatenerfassungskarte zwischen 12 und 16 Bit

• Zusätzlich 48 Verstärkungsstufen vor der A/D-Wandlung

Unterstützte Messdatenerfassungskarten • ME 2000• ME 1400• ME foXX• OPC Client Interface

Technische Daten

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Beschreibung / Funktion Daten

Technische Daten

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Bestellbezeichnung Bestellbezeichnungfür Europa für Länder außerhalb EuropasSENSOR-C002-01S0-00MILM8 FIS.SENSOR:HW.C02.MIL • Beschleunigungssensor mit integriertem SENSOR-C002-01S1-5M-OEM8 FIS.SENSOR:HW.C02.5M Polyurethan-KabelSENSOR-C002-01S1-7M-OEM8 FIS.SENSOR:HW.C02.7M • In Längen 5 m, 7 m, 12 m, 20 m, 30 m SENSOR-C002-01S1-12M-OEM8 FIS.SENSOR:HW.C02.12M • Seitlicher SensorausgangSENSOR-C002-01S1-20M-OEM8 FIS.SENSOR:HW:C02.20M • 100 mV/gSENSOR-C002-01S1-30M-OEM8 FIS.SENSOR:HW.C02.30M • 0,4 Hz bis 11 kHz

• –30 °C bis +121 °CAndere Sensoren auf Anfrage

Sensoren Daten

VC-FILT (Filtereinheit) 19-Zoll-Einschub, 3 HEVC Rechnereinheit 19-Zoll-Einschub, 4 HESchaltschrank für VC 600 ~ 2 000 ~ 800Multiplexer-Schaltschrank 400 ~ 400 ~ 220Zwischenklemmkasten 200 ~ 200 ~ 80

Abmessungen B ~ H ~ T [mm]

98/0

3/07

Pri

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WEP

PERT

Gm

bH Alle Angaben wurden sorgfältig erstellt

und überprüft. Für eventuelle Fehler oder

Unvollständigkeiten können wir jedoch

keine Haftung übernehmen.

Technische Änderungen behalten wir

uns vor.

© Schaeffler KG · 2007, März

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