DE102006032648A1 - Diagnosesystem und Verfahren zur Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an verdichtende und rotierende Maschinen - Google Patents

Diagnosesystem und Verfahren zur Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an verdichtende und rotierende Maschinen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem und ein Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung an verdichtenden und/oder rotierenden Maschinen unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessgrößen, wobei die Prozessgrößen des technischen Prozesses von einem Erfassungsmodul (10) erfassbar sind. Das Erfassungsmodul (10) übermittelt die erfassten Prozessgrößen als Messwerte an ein Vorverarbeitungsmodul (20). Das Vorverarbeitungsmodul (20) filtert aus den Messwerten unbrauchbare Messwerte heraus und übermittelt die vorverarbeiteten Messwerte an eine Kompensationseinheit (32), welche eine Kompensation der vorverarbeiteten Messwerte bezogen auf vorgegebene Referenzbedingungen ausführt. Die Kompensationseinheit (32) überträgt die kompensierten Messwerte an eine Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen (33), welche IST- und Soll-Kenngrößen bestimmt und die Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen der IST- und Soll-Kenngrößen (34) ermittelt. Eine Bewertungseinheit (36) ermittelt aus den bereitgestellten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen einen Degradierungsindex, bewertet den Degradierungsindex und stellt einer Ausgabeeinheit (40) automatisch eine Meldung bereit, sobald der Degradierungsindex außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem zur automatischen Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an verdichtende und/oder rotierende Maschinen, wie es beispielsweise bei Kreiselpumpen, Verdichtern, Kompressoren, Turbinen und Ventilatoren zum Einsatz kommt. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems.
  • Bekannte Verfahren, beispielsweise zur Erfassung von Lagerschäden und Unwuchten, sind die Vibrationsüberwachung und eine daran angeschlossene Zustandsalarmierung und die Wirkungsgradüberwachung.
  • Zur Vibrationsüberwachung wird typischerweise ein Schwingungssensor an der zu beobachtenden Maschine angebracht. Das vom Sensor bereitgestellte Signal wird rechnergestützt analysiert, beispielsweise durch eine Spektralanalyse mit nachfolgender Schwellwertanalyse oder Mustererkennung.
  • Die vibrationsbasierte Überwachung ist nur auf singuläre Probleme, wie beispielsweise auf eine Überwachung der Lageralterung beschränkt und erfordert zudem eine aufwändige Installation von Messfühlern, wobei die Messfühler oft nicht stan dardmäßig installierbar sind. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten, wodurch diese Überwachungssysteme sehr kostenaufwändig sind. Auch ist die Ermittlung der Vibrationen abhängig von der Umgebung, in welcher die Maschine oder das Gerät arbeitet, sowie vom jeweiligen Geräteexemplar. Nicht alle Fehler/Alterungs-/Verschleißerscheinungen, insbesondere Leckagen, lassen sich mittels der Vibrationsüberwachung erkennen.
  • Zur Wirkungsgradüberwachung wird der momentane, auch als IST-Effizienz bezeichnete Wirkungsgrad typischerweise aus verfahrenstechnischen und elektrischen Messgrößen, wie beispielsweise Durchfluss-, Temperatur-, Druck-, Leistungsaufnahmemessgrößen der Antriebseinheit berechnet und zusammen mit einem vorgegebenen, auch als SOLL-Effizienz, bezeichneten Wirkungsgrad dargestellt. Die sich daraus ergebenden Beobachtungen über den Zustand der Maschine werden üblicherweise manuell beobachtet und interpretiert. Eine automatische Bewertung zur Beuteilung und Diagnose des Geräte-/Komponentenzustandes der jeweiligen Maschine, beispielsweise Abweichungen von der optimalen Betriebskennlinie ist nicht üblich.
  • Ausgehend von den beschriebenen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Diagnosesystem zur automatischen Zustandsüberwachung an verdichtende und/oder rotierende Maschinen unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessinformationen anzugeben, wodurch beispielsweise Instandhaltungsarbeiten zeitlich besser planbar sind sowie Routinewartungen und Instandhaltungskosten erheblich reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein automatisches Diagnosesystem der eingangs genannten Art mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen des erfindungsgemäßen Systems sowie ein Verfahren zur Ausführung des Systems sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Diagnosesystem zur automatischen Zustandsüberwachung an verdichtende und/oder rotierende Maschinen unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessgrößen umfasst ein Erfassungsmodul, welches die Prozessgrößen des technischen Prozesses erfasst. Das Erfassungsmodul übermittelt die erfassten Prozessgrößen als Messwerte an ein Vorverarbeitungsmodul, welches die Messwerte auf Ihre Gültigkeit überprüft und die vorverarbeiteten, gültigen Messwerte an eine Kompensationseinheit übermittelt.
  • Die Kompensationseinheit führt eine Kompensation der vorverarbeiteten Messwerte bezogen auf vorgegebene Referenzbedingungen aus und überträgt die kompensierten Messwerte an eine Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen, welche IST- und Soll-Kenngrößen bestimmt und die Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen der IST- und Soll-Kenngrößen ermittelt.
  • Die Kompensationseinheit wirkt mit einer Bewertungseinheit zusammen, die aus den bereitgestellten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen einen Degradierungsindex ermittelt, den Degradierungsindex bewertet und sobald der Degradierungsindex außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, automatisch eine Meldung an eine Ausgabeeinheit überträgt.
  • Die bereitgestellten Prozessgrößen oder Prozessinformationen sind beispielsweise der Druck in einer Leitung, die Temperatur und die Durchflussmenge eines Mediums oder die Förderhöhe einer Pumpe.
  • Das erfindungsgemäße Diagnosesystem ist vorzugsweise für die Zustandsüberwachung von Kreiselpumpen, Verdichtern, Kompressoren, Turbinen und Ventilatoren vorgesehen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, mittels einer geräteunabhängigen Schnittstelle eine flexible Anpassung der Instrumentierung an verschiedenen Maschinen zu gewährleisten.
  • Weiterhin ist vorgesehen, Messgrößen, die vom Prozess nicht bereitgestellt werden, durch vorhandene oder abgeleitete Messgrößen sowie durch im Voraus bekannte Konstanten zu ersetzen. Beispielsweise kann die Förderhöhe durch eine Druckmessung ersetzt werden oder bei konstanter Förderhöhe, kann eine Konstante verwendet werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass dynamische Druckverluste in Rohrleitungen durch Standardformeln berücksichtigt werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, mehrere Kenngrößen, wie beispielsweise der Wirkungsgrad, die Leistungsaufnahme, und den erzeugten Druck bzw. die erzeugte Säulenhöhe zu bewerten.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Diagnosesystem wird der Instandhaltung beispielsweise ermöglicht, frühzeitig auf Funktionsminderungen und Ausfälle der Maschine zu reagieren, indem automatisch eine Meldung oder Benachrichtigung an ein mit der Maschine verbundenes übergeordnetes System oder an das Wartungspersonal abgesetzt wird, wenn die zu überwachende Maschine aus einem vorgegebenen Toleranzbereich herausläuft.
  • Mit der Bewertung des Degradierungsindexes mittels der Bewertungseinheit ist in vorteilhafter Weise ein Erkennen des Verlassens eines wirtschaftlich optimalen Betriebspunktes der überwachten Maschine möglich, wodurch dem Bedienpersonal ein frühzeitiges Reagieren auf mögliche Störungen und Ausfälle der Maschine ermöglicht wird sowie ein signifikanter Anstieg der Energiekosten vermieden wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Diagnosesystem wird unter Verwendung der vorhandenen Prozessinstrumentierung die Funktionsminderung oder der Ausfall einer Pumpe, im folgenden auch als Degradierung der Pumpenperformance bezeichnet, durch Verschleiß automatisch erkannt und/oder eine automatische Benachrichtigung an übergeordnete überwachende Systeme oder an das Bedien- und Wartungspersonal bereitgestellt, wodurch Instandhaltungsarbeiten besser planbar sind. Es wird frühzeitig erkannt, ob beispielsweise eine Pumpe einen vorgegebenen Toleranzbereich verlässt. So ist eine unnötige Routinewartung vermeidbar und erforderliche Wartungsarbeiten können zeitlich sinnvoll und optimal geplant werden.
  • Das Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung an verdichtende und/oder rotierende Maschinen unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessgrößen mit dem die Aufgabe weiterhin gelöst wird, ist dem Anspruch 4 zu entnehmen.
  • Dabei werden die Prozessgrößen des technischen Prozesses von einem Erfassungsmodul erfasst und an ein Vorverarbeitungsmodul übermittelt, welches die Messwerte beispielsweise auf ihre Signalqualität, prüft und/oder Offsets und Skalierungsfaktoren appliziert. Die Qualität eines Messwertes ist beispielsweise daran erkennbar, ob ein Messwert ein gültiger Prozesswert ist. Auch ein Messwert, welcher gleichzeitig mit einem Statusflag über einen Feldbus ausgegeben wird, liefert Angaben zur Qualität des Messwertes, indem ein Messwert mit einem Statusflag von Null beispielsweise einen Leitungsbruch signalisiert. Entspricht die Signalqualität den geforderten Vorgaben, welche beispielsweise von einem Leitsystem bereitgestellt werden, und liegen die Messwerte in einem vorab definierten gültigen Bereich, werden die Messwerte zu einem Filtermodul übertragen, welches eine Signalfilterung, beispielsweise mittels einer gleitenden Mittelwertsbildung ausführt. Entspricht die Signalqualität nicht den geforderten Vorgaben, erfolgt eine erneute Erfassung von Prozessgrößen.
  • Optional ist vorgesehen, mittels einer Umrechnungseinheit die Maßeinheiten der Messwerten anzupassen bzw. umzurechnen, um die Messwerte den Erfordernissen der weiteren Verarbeitung anzupassen.
  • Mittels einer Kompensationseinheit werden die vom Filtermodul bzw. der Umrechnungseinheit bereitgestellten Prozessgrößen, insbesondere Betriebsbedingungen und Stoffänderungen, kompensiert.
  • Für eine Drehzahlkompensation werden bekannte Standardformeln verwendet, die so genannten Ähnlichkeitstransformationen (Affinitätstransformationen). Auch eine Dichtekompensation wird mittels dem Fachmann bekannter Standardformeln ermittelt. Eine Korrektur bezüglich der Viskosität einer Flüssigkeit wird typischerweise durch Experimente ermittelt. Dichte- und Viskositätsmessungen sind in der Praxis selten Online verfügbar. Falls Temperaturmessungen vorhanden sind, kann jedoch die Temperaturabhängigkeit der Dichte und der Viskosität berücksichtigt werden.
  • Die kompensierten Messgrößen werden einer Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen bereitgestellt, welche IST- und Soll-Kenngrößen ermittelt.
  • Die Soll-Kenngrößen werden beispielsweise von einem Referenzmodel in Form von Kennlinien bereitgestellt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen Soll-Kenngrößen über ein mathematisches Modell, beispielsweise ein physikalisches Model oder ein künstliches neuronales Netz, zu beschreiben.
  • Die Signale oder Kennlinien werden bei der Abweichung von einer zugehörigen Nominaldrehzahl, einer Nominaldichte der Flüssigkeit, oder ihrer Nominalviskosität korrigiert.
  • Die Abweichungen der ermittelten IST- Kenngrößen von den Soll-Kenngrößenwerden mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen bestimmt, welche von der Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen bereitgestellt werden.
  • Nach einer Filterung der ermittelten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer Filtereinheit wird eine Bewertung und Zusammenfassung der ermittelten Abweichungen, auch als Merkmale oder Residuen bezeichnet, zu einem Degradierungsindex mittels einer Bewertungseinheit durchgeführt.
  • Wird nur eine Kenngröße, beispielsweise der Wirkungsgrad als Referenzgröße verwendet, ist sich die IST- Effizienz aus den Prozessgrößen Druck, Durchfluss, Dichte und Leistungsaufnahme bestimmbar. Das Residuum Ri ergibt sich aus der Abweichung von der Kennlinie des Wirkungsgrades. Dieses Residuum Ri wird mit einem Schwellwert verglichen, und ein Degradierungsindex ermittelt, der ein Maß für die Größe des Residuums Ri ist.
  • Die für die Ermittlung der Ist-Effizienz benötigte Durchflussmessung kann in vorteilhafter Weise durch besonders genaue Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen der Maschine ersetzt werden.
  • Werden mehrere Kenngrößen als Referenzgrößen verwendet, sind die Residuen zu einem Schlüsselmerkmal zusammenfassbar. Die Zusammenfassung und Bewertung kann auf beispielsweise als gewichtete Mittelwertsbildung mit individuellen Schwellwerten oder gesamten Schwellwert durch eine Bewertung mit intelligenten Softwareprogrammen, wie der Fuzzy Logik oder einem neuronalem Netz erfolgen.
  • Nach einem Vergleich des ermittelten Degradierungsindex, also der Abweichung Δi der SOLL- und IST- Größe i, ergibt sich ein Residuum Ri. Ist Ri größer als ein vorgegebener Schwellwert, wird eine Alarmmeldung erzeugt. Das vorab beschriebene Verfahren wird zyklisch durchlaufen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zum ermittelten Degradierungsindex auch ein historischer Indexverlauf zur Bewertung herangezogen wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erhält die Alarmmeldung eine Information darüber, wie schwerwiegend eine Abweichung. Weitere vorher abgelegte Zusatzinformationen, beispielsweise ein Kurztext, sind ebenfalls mit der Alarmmeldung übermittelbar.
  • Die Alarmmeldung ist einerseits mittels einer Ausgabeeinheit dem Bedien- und Wartungspersonal anzeigbar oder andererseits an ein übergeordnetes System, beispielsweise an ein Leitsystem, übertragbar.
  • Die Umrechnungseinheit, die Kompensationseinheit, die Einheit zur Ermittlung der IST- und Soll Kenngrößen, die Einheit zur Bestimmung der Abweichungen zwischen den IST- und Soll Kenngrößen, die Filtereinheit und die Bewertungseinheit sind vorzugsweise in einer Verarbeitungseinheit als Softwarepakete integriert, können jedoch auch zu Gruppen zusammengefasst sein oder als einzelne Softwarepakete zusammenwirken.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen werden in vorzugsweise interne und exter ne Leckagen, Verschleißerscheinungen, ungewollte Luftförderungen, Kavitationen und Montagefehler erkannt.
  • Anhand der in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnosesystems zur automatischen Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an einer Kreiselpumpe,
  • 2 einen beispielhaften Verfahrensablauf zur Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen als auch Ausfällen an einer Kreiselpumpe,
  • 3 eine beispielhafte Konfiguration der Kennlinienverarbeitung, und
  • 4 ein beispielhaftes Kennlinienfeld einer Kreiselpumpe.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnosesystems zur automatischen Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an einer Kreiselpumpe unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung bereitgestellter Prozessinformationen.
  • Das erfindungsgemäße Diagnosesystem umfasst ein Erfassungsmodul 10 zur Erfassung der Prozessinformationen. Die bereitgestellten Prozessinformationen, im Folgenden auch Prozessgrößen genannt, sind beispielsweise der Druck in einer Leitung, die Temperatur und die Durchflussmenge eines Mediums oder die Förderhöhe der Pumpe.
  • Das Erfassungsmodul 10 übermittelt die erfassten Prozessgrößen, nachfolgend als Messwerte bezeichnet, an ein Vorverarbeitungsmodul 20, welches die Messwerte beispielsweise auf ihre Signalqualität prüft und/oder Offsets und Skalierungsfaktoren appliziert. Entspricht die Signalqualität den geforderten Vorgaben, welche beispielsweise von einem Leitsystem bereitgestellt werden, und liegen die Messwerte in ei nem vorab definierten gültigen Bereich, werden die Messwerte zu einem Filtermodul übertragen, welches eine Signalfilterung, beispielsweise mittels einer gleitenden Mittelwertsbildung ausführt. Entspricht die Signalqualität nicht den geforderten Vorgaben, erfolgt eine erneute Erfassung von Prozessgrößen.
  • Optional ist vorgesehen, mittels einer Umrechnungseinheit 31 die Maßeinheiten der Messwerten anzupassen bzw. umzurechnen.
  • Das Filtermodul bzw. die Umrechnungseinheit 31 wirken mit einer Kompensationseinheit 32 zusammen, welche eine Kompensation der erfassten Prozessgrößen, insbesondere von Betriebsbedingungen und Stoffänderungen ausführt. Zu den Stoffänderungen zählen beispielsweise die die Fördermedien der Pumpe kennzeichnenden Parameter Dichte und/oder Viskosität. Betriebsbedingungen sind beispielsweise die Drehzahlen der Pumpe.
  • Die Kompensationseinheit 32 wirkt mit einer Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen 33 zusammen. Die IST-Kenngrößen sind beispielsweise der Wirkungsgrad einer Pumpe, die Druckdifferenz über der Pumpe, die erzeugte Säulenhöhe der Pumpe oder die Leistungsaufnahme der Pumpe für einen vorgegebenen Durchfluss.
  • Die Ist-Effizienz ist beispielsweise aus den Prozessgrößen Druck, Durchfluss, Dichte und Leistungsaufnahme berechenbar.
  • Die Soll-Kenngrößen werden vorzugsweise von einem Pumpenreferenzmodel in Form von Kennlinien bereitgestellt. Der aktuelle Sollwert einer Kenngröße hängt bei einer Pumpe insbesondere vom aktuellen Durchfluss ab.
  • Typischerweise werden Kreiselpumpen über ein Kennlinienfeld für eine Kenngröße mit Kennlinien für verschiedene Drehzahlen für ein Nominalfluid beschrieben. Drehzahlen, die zwischen verfügbare Kennlinien fallen, werden interpoliert.
  • Die Kennlinien des Kennlinienfeldes sind bei der Abweichung von einer zugehörigen Nominaldrehzahl, einer Nominaldichte der Flüssigkeit, oder ihrer Nominalviskosität korrigierbar.
  • Für eine Drehzahlkompensation sind bekannte Standardformeln verwendbar, die so genannten Ähnlichkeitstransformationen (Affinitätstransformationen). Auch eine Dichtekompensation wird mittels dem Fachmann bekannter Standardformeln ermittelt.
  • Eine Korrektur bezüglich der Viskosität einer Flüssigkeit wird typischerweise durch Experimente ermittelt. Dichte- und Viskositätsmessungen sind in der Praxis selten Online verfügbar. Falls Temperaturmessungen vorhanden sind, kann jedoch die Temperaturabhängigkeit der Dichte und der Viskosität berücksichtigt werden.
  • Die Abweichungen der ermittelten IST- Kenngrößen von den Soll-Kenngrößen sind mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen 34 bestimmbar, welche von der Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen 33 bereitgestellt werden.
  • Nach einer Filterung der ermittelten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer Filtereinheit 35 wird eine Bewertung und Zusammenfassung der ermittelten Abweichungen, auch als Merkmale oder Residuen bezeichnet, zu einem Degradierungsindex mittels einer Bewertungseinheit 36 durchgeführt.
  • Nach einem Vergleich des ermittelten Degradierungsindex, also der Abweichung Δi der SOLL- und IST- Größe i, ergibt sich ein Residuum Ri. Ist das Residuum Ri größer als ein vorgegebener Schwellwert, erfolgt eine Alarmmeldung.
  • Die Alarmmeldung ist einerseits mittels einer Ausgabeeinheit 40 dem Bedien- und Wartungspersonal anzeigbar oder an ein übergeordnetes System, beispielsweise an ein Leitsystem, übertragbar.
  • 2 zeigt einen beispielhaften automatisch ablaufenden Verfahrensablauf zur Zustandsüberwachung und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an einer Kreiselpumpe unter Verwendung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessgrößen anhand von Verfahrensschritten 100-700.
  • In einem ersten Verfahrensschritt 100 werden die von einem technischen Prozess bereitgestellten Prozessgrößen als Messwerte mittels eines Erfassungsmoduls 10 aufgenommen.
  • Nach einer Übermittlung der Messwerte an ein Vorverarbeitungsmodul 20 in einem Schritt 200 wird in einem dritten Verarbeitungsschritt 300 die Qualität der Messsignale überprüft und fehlerhafte Signale, die beispielsweise auf Grund eines Geberausfalles keine sinnvollen Werte liefern, in einem vierten Verfahrensschritt 400 herausgefiltert.
  • In einem optionalen Verarbeitungsschritt 510 ist vorgesehen, die Maßeinheiten der vom Prozess bereitgestellten Signale mittels einer Umrechnungseinheit 31 so umzuwandeln, dass sie für die weitere Verarbeitung verwendet werden können. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn die Maßeinheiten der Prozesssignale, welche beispielsweise von einem Leitsystem bereitgestellt werden, von den in den Kennlinienfeldern verwendeten Maßeinheiten abweichen.
  • Nach der Signalfilterung und der Anpassung der Maßeinheiten werden in einem fünften Verarbeitungsschritt 520 die vorverarbeiteten Messwerte, also Betriebsbedingungen, wie die Drehzahl der Pumpe und Förderbedingungen, wie die Dichte und Viskosität, bezogen auf vorgegebene Referenzbedingungen mittels einer Kompensationseinheit 32 kompensiert.
  • Die kompensierten Messgrößen werden in einem sechsten Verarbeitungsschritt 530 einer Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen 33 bereitgestellt, welche IST- und Soll-Kenngrößen ermittelt.
  • Die Soll-Kenngrößen werden beispielsweise von einem Pumpenreferenzmodel in Form von Kennlinien bereitgestellt. Der aktuelle Sollwert einer Kenngröße hängt bei einer Pumpe beispielsweise vom aktuellen Durchfluss ab.
  • Typischerweise werden Kreiselpumpen über ein Kennlinienfeld für eine Kenngröße mit Kennlinien für verschiedene Drehzahlen für ein Nominalfluid beschrieben. Drehzahlen, die zwischen verfügbare Kennlinien fallen, werden interpoliert.
  • Alternativ kann mit Hilfe einer dem Fachmann bekannten Ähnlichkeitsabbildung und der Kennlinie für eine Drehzahl die Kennlinie für jede andere Drehzahl ermittelt werden.
  • Die Abweichungen der ermittelten IST- Kenngrößen von den Soll-Kenngrößenwerden mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen 34 werden in einem siebten Verarbeitungsschritt 540 bestimmt, welche von der Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen 33 bereitgestellt werden.
  • Nach einer Filterung der ermittelten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen in einem achten Verarbeitungsschritt 550 mittels einer Filtereinheit 35 wird in einem folgenden Verfahrensschritt 560 eine Bewertung und Zusammenfassung der ermittelten Abweichungen zu einem Degradierungsindex mittels einer Bewertungseinheit 36 durchgeführt.
  • In einem nachfolgenden Schritt 600 wird überprüft, ob der Degradierungsindex innerhalb eines vorgegebenen Normbereiches liegt, also ob die ermittelte Abweichung einen zulässigen Bereich verlässt. Dazu wird ein Vergleich des ermittelten Degradierungsindex, also der Abweichung Δi der SOLL- und IST- Größe i durchgeführt und eine Abweichung Ri, auch als Residuum bezeichnet, ermittelt.
  • Befindet sich der ermittelte Degradierungsindex innerhalb des zulässigen Bereiches, also ist die ermittelte Abweichung Ri kleiner als der vorgegebene Schwellwert, wird keine Alarmmeldung erzeugt und der vorab beschriebene Verfahrensablauf erneut durchlaufen.
  • Ist die ermittelte Abweichung Ri größer als ein vorgegebener Schwellwert, also befindet sich der ermittelte Degradierungsindex außerhalb des zulässigen Bereiches, wird in einem letzten Schritt 700 eine Alarmmeldung erzeugt, an eine Ausgabeeinheit übertragen und der vorab beschriebene Verfahrensablauf erneut durchlaufen.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration der Kennlinienverarbeitung, wobei von einem Pumpenreferenzmodell ausgegangen wird, bei welchem die Kennlinien als grafische (z.B. als Bildinformation) oder parametrische Darstellung (z.B. als einfache Polynomfunktion) vorhanden sind. Die entsprechenden Kennlinien werden üblicherweise von den Pumpenherstellern bereitgestellt. Können aber auch als mathematische Modelle vorliegen.
  • Bei einer grafischen Darstellung der Kennlinien werden in einem ersten Schritt 2 die Bildinformationen, beispielsweise mittels einer automatischen Mustererkennung, in Kennlinien umgewandelt und in einem zweiten Schritt 3 wird ein Parametrisieren der Kennlinien durchgeführt, wodurch die in einer parametrischen Darstellung vorliegenden Kennlinien mittels einer entsprechenden Software als verarbeitbar werden.
  • In einem dritten Schritt 4 werden die relevanten Prozessgrößen, auch als Messsignale bezeichnet, ausgewählt, beispielsweise als Teilmenge der Drehzahl, der Leistungsaufnahme, dem Durchfluss durch die Pumpe, dem Flüssigkeitsspiegel auf der Saug- bzw. Förderseite, der Temperatur oder der Viskosität des Fördermediums.
  • Mit dem erfindungsgemäßem System ist auch vorgesehen, Größen aus anderen Größen abzuleiten, um Anpassungen an unterschiedliche Instrumentierungen durchzuführen. Beispielsweise ist die Leistungsaufnahme der Pumpe aus den Größen verbrauchten Strom, der Förderhöhe und dem Druck bestimmbar.
  • In einer Ausführungsform der Kennlinienverarbeitung ist auch vorgesehen, die Standardeinstellungen der Messsignalverarbeitung und der Kennlinienverarbeitung ändern, was in 3 in den Schritten 5 und 6 dargestellt ist. Dazu werden für die Änderung der Standardeinstellungen der Messsignalverarbeitung beispielsweise Einheiten aus Tagesinformationen ausgelesen, Offsets und Skalierungsfaktoren der Signale appliziert sowie Filterparameter und Gültigkeitsbereiche definiert.
  • Für die Änderung der Standardeinstellungen der Kennlinienverarbeitung werden beispielsweise Schwellwerte, eine Logik der Zusammenfassung der ermittelten Merkmale sowie Filterparameter verwendet.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Kennlinienfeld des Wirkungsgrades einer Kreiselpumpe bezogen auf den Durchfluss durch die Pumpe, wobei innerhalb eines vorgegebenen Gültigkeitsbereiches ein fehlerfreier Verlauf des Wirkungsgrades in Abhängigkeit vom Durchfluss, auch als Referenzfall (°) bezeichnet, innerhalb des zulässigen Bereiches sowie ein degradierter Verlauf des Wirkungsgrades in Abhängigkeit vom Durchfluss, auch als reduzierte Effizienz (*) bezeichnet, außerhalb des zulässigen Bereiches erkennbar ist.
  • Eingezeichnet ist auch das Toleranzband für die Kenngröße Effizienz. Das Toleranzband wird z.B. in +/– x % vom Sollwert festgelegt. Der Gültigkeitsbereich der Überwachung ist typischerweise auf einen Teilbereich begrenzt, in dem die Abweichung gut erkennbar ist.

Claims (4)

  1. Diagnosesystem zur automatischen Zustandsüberwachung an verdichtende und/oder rotierende Maschinen unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessgrößen, wobei die Prozessgrößen des technischen Prozesses von einem Erfassungsmodul (10) erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – das Erfassungsmodul (10) die erfassten Prozessgrößen als Messwerte an ein Vorverarbeitungsmodul (20) übermittelt, – das Vorverarbeitungsmodul (20) aus den Messwerten unbrauchbare Messwerte herausfiltert und die vorverarbeiteten Messwerte an eine Kompensationseinheit (32) übermittelt, welche eine Kompensation der vorverarbeiteten Messwerte bezogen auf vorgegebene Referenzbedingungen ausführt, – die Kompensationseinheit (32) die kompensierten Messwerte an eine Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen (33) überträgt, welche IST- und Soll-Kenngrößen bestimmt und die Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen der IST- und Soll-Kenngrößen (34) ermittelt, – eine Bewertungseinheit (36) vorgesehen ist, welche aus den bereitgestellten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen einen Degradierungsindex ermittelt, den Degradierungsindex bewertet und sobald der Degradierungsindex außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, automatisch eine Meldung an eine Ausgabeeinheit (40) überträgt.
  2. Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Bestimmung der Abweichungen der IST- und Soll-Kenngrößen (34) die ermittelten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen an eine Filtereinheit (35) überträgt, welche unbrauchbare Werte der ermittelten Abweichungen eliminiert und die Bewertungseinheit (36) aus den von der Filtereinheit (35) bereit gestellten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen den Degradierungsindex ermittelt.
  3. Diagnosesystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meldung ist mittels einer Anzeigeeinrichtung anzeigbar oder an ein übergeordnetes System übertragbar ist.
  4. Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung an verdichtende und/oder rotierende Maschinen unter Nutzung vorhandener von der Prozessinstrumentierung eines technischen Prozesses bereitgestellter Prozessgrößen, wobei die Prozessgrößen des technischen Prozesses von einem Erfassungsmodul (10) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die erfassten Prozessgrößen als Messwerte an ein Vorverarbeitungsmodul (20) übermittelt werden, – aus den Messwerten mittels dem Vorverarbeitungsmodul (20) unbrauchbare Messwerte herausfiltert werden, die vorverarbeiteten Messwerte an eine Kompensationseinheit (32) übermittelt werden, und mittels einer Kompensationseinheit (32) eine Kompensation der vorverarbeiteten Messwerte bezogen auf vorgegebene Referenzbedingungen ausführt wird, – mittels einer Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen (33) aus den die kompensierten Messwerten IST- und Soll-Kenngrößen bestimmt werden und die Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer Einheit zur Bestimmung der Abweichungen der IST- und Soll-Kenngrößen (34) ermittelt werden, – aus den bereitgestellten Abweichungen zwischen den IST- und Soll-Kenngrößen mittels einer eine Bewertungseinheit (36) ein Degradierungsindex ermittelt wird, der Degradierungsindex bewertet wird und sobald der Degradierungsindex außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, automatisch eine Meldung an eine Ausgabeeinheit (40) übertragen wird.
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