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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.
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Bekannte
Verfahren, beispielsweise zur Erfassung von Lagerschäden und
Unwuchten, sind die Vibrationsüberwachung
und eine daran angeschlossene Zustandsalarmierung und die Wirkungsgradüberwachung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
bereitgestellten Prozessgrößen oder Prozessinformationen
sind beispielsweise der Druck in einer Leitung, die Temperatur und
die Durchflussmenge eines Mediums oder die Förderhöhe einer Pumpe.
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Das
erfindungsgemäße Diagnosesystem
ist vorzugsweise für
die Zustandsüberwachung
von Kreiselpumpen, Verdichtern, Kompressoren, Turbinen und Ventilatoren
vorgesehen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, mittels einer geräteunabhängigen Schnittstelle eine flexible
Anpassung der Instrumentierung an verschiedenen Maschinen zu gewährleisten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Optional
ist vorgesehen, mittels einer Umrechnungseinheit die Maßeinheiten
der Messwerten anzupassen bzw. umzurechnen, um die Messwerte den
Erfordernissen der weiteren Verarbeitung anzupassen.
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Mittels
einer Kompensationseinheit werden die vom Filtermodul bzw. der Umrechnungseinheit bereitgestellten
Prozessgrößen, insbesondere
Betriebsbedingungen und Stoffänderungen,
kompensiert.
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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.
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Die
kompensierten Messgrößen werden
einer Einheit zur Ermittlung von IST- und Soll-Kenngrößen bereitgestellt,
welche IST- und Soll-Kenngrößen ermittelt.
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Die
Soll-Kenngrößen werden
beispielsweise von einem Referenzmodel in Form von Kennlinien bereitgestellt.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen Soll-Kenngrößen über ein mathematisches Modell,
beispielsweise ein physikalisches Model oder ein künstliches
neuronales Netz, zu beschreiben.
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Die
Signale oder Kennlinien werden bei der Abweichung von einer zugehörigen Nominaldrehzahl,
einer Nominaldichte der Flüssigkeit,
oder ihrer Nominalviskosität
korrigiert.
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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.
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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.
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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.
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Die
für die
Ermittlung der Ist-Effizienz benötigte
Durchflussmessung kann in vorteilhafter Weise durch besonders genaue
Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen der Maschine ersetzt
werden.
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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.
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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.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass zusätzlich
zum ermittelten Degradierungsindex auch ein historischer Indexverlauf
zur Bewertung herangezogen wird.
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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.
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Die
Alarmmeldung ist einerseits mittels einer Ausgabeeinheit dem Bedien-
und Wartungspersonal anzeigbar oder andererseits an ein übergeordnetes System,
beispielsweise an ein Leitsystem, übertragbar.
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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.
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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.
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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.
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Es
zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Diagnosesystems
zur automatischen Zustandsüberwachung
und Erkennung von Funktionsminderungen und Ausfällen an einer Kreiselpumpe,
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2 einen
beispielhaften Verfahrensablauf zur Zustandsüberwachung und Erkennung von
Funktionsminderungen als auch Ausfällen an einer Kreiselpumpe,
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3 eine
beispielhafte Konfiguration der Kennlinienverarbeitung, und
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4 ein
beispielhaftes Kennlinienfeld einer Kreiselpumpe.
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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.
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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.
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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.
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Optional
ist vorgesehen, mittels einer Umrechnungseinheit 31 die
Maßeinheiten
der Messwerten anzupassen bzw. umzurechnen.
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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.
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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.
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Die
Ist-Effizienz ist beispielsweise aus den Prozessgrößen Druck,
Durchfluss, Dichte und Leistungsaufnahme berechenbar.
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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.
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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.
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Die
Kennlinien des Kennlinienfeldes sind bei der Abweichung von einer
zugehörigen
Nominaldrehzahl, einer Nominaldichte der Flüssigkeit, oder ihrer Nominalviskosität korrigierbar.
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Für eine Drehzahlkompensation
sind bekannte Standardformeln verwendbar, die so genannten Ähnlichkeitstransformationen
(Affinitätstransformationen).
Auch eine Dichtekompensation wird mittels dem Fachmann bekannter
Standardformeln ermittelt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Alarmmeldung ist einerseits mittels einer Ausgabeeinheit 40 dem
Bedien- und Wartungspersonal anzeigbar oder an ein übergeordnetes
System, beispielsweise an ein Leitsystem, übertragbar.
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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.
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In
einem ersten Verfahrensschritt 100 werden die von einem
technischen Prozess bereitgestellten Prozessgrößen als Messwerte mittels eines Erfassungsmoduls 10 aufgenommen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alternativ
kann mit Hilfe einer dem Fachmann bekannten Ähnlichkeitsabbildung und der Kennlinie
für eine
Drehzahl die Kennlinie für
jede andere Drehzahl ermittelt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Für die Änderung
der Standardeinstellungen der Kennlinienverarbeitung werden beispielsweise Schwellwerte,
eine Logik der Zusammenfassung der ermittelten Merkmale sowie Filterparameter
verwendet.
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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.
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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.