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Industrielle Automation 4/2019

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Industrielle Automation 4/2019

SENSOR+TEST

SENSOR+TEST 2019 I MESSE Vernetzte Strukturen schaffen Von der Insellösung zum zentralen Messdatenmanagement Welche neuen Herausforderungen bringt die Digitalisierung für die Messtechnik mit sich? Am Beispiel eines Turbinenprüfstands wird deutlich, welche Aufgaben entstehen und wie sie zukunftssicher gelöst werden können. Dr. Sven Jodlauk ist Produktmanager bei der Delphin Technology AG in Bergisch Gladbach In der Messtechnik gibt es mehr und mehr Anwendungen, bei denen an verschiedenen Orten große Mengen an Messdaten in unterschiedlichen Formaten erzeugt werden. Dieser Trend wird durch die Digitalisierung verstärkt: Einerseits werden über die Jahre gewachsenen Maschinenparks im Zuge des Retrofits bestehender Anlagen mit moderner Sensorik ausgerüstet. Die so entstehenden Messdaten sind oft heterogen und zunächst unvernetzt. Andererseits können auch große Mengen gleichartiger Daten an unterschiedlichen Orten entstehen, ohne dass eine Vernetzung dieser „Messinseln“ untereinander besteht. Dies ist z. B. beim Condition Monitoring komplexer Anlagen der Fall, bei Lebensdauerprüfungen oder bei Feldversuchsanlagen. Auch moderne Prüfstände erzeugen enorme Mengen an Messdaten, da immer mehr Parameter überwacht, miteinander verknüpft und gemeinsam analysiert werden müssen. Ganz egal, wie die Anwendung im Einzelnen aussieht: Zur Überwachung und Optimierung der Abläufe ist eine Vernetzung und gemeinsame Analyse der verteilt erfassten Messdaten unerlässlich. Außerdem müssen die Daten valide und rückführbar zentral archiviert und jederzeit für einen schnellen Zugriff per PC, Tablet oder Smartphone bereitgestellt werden. Wie können diese Anforderungen ohne großen Zeit- und Kostenaufwand erfüllt werden? Diese Frage soll im Folgenden anhand einer konkreten Problemstellung beantwortet werden. Messtechnische Vernetzung eines Turbinenprüfstands Ein international tätiger Hersteller von Energietechnikkomponenten betreibt einen entwicklungsbegleitenden Turbinenprüfstand, der zur Leistungs-, Wirkungsgrad- und Lebensdaueroptimierung der Turbinen dient. An diesem Prüfstand können einzelne Komponenten der Turbine, wie die Leitoder Laufschaufeln, gezielt verändert werden, um den Einfluss dieser Veränderungen auf die Betriebseigenschaften der Turbine zu untersuchen. So können z. B. Ursachen für Strömungsinhomogenitäten untersucht oder Einflüsse der exakten Geometrie der Turbinenschaufeln auf Laufruhe und erzeugte Vibrationen geklärt werden. Prozessüberwachung an mehreren tausend Messstellen Die eingesetzte Sensorik und Erfassungs- Hardware ist vielfältig. Zur Untersuchung der Temperaturverteilung innerhalb der Turbine kommen verschiedene Arten von Temperatursensoren zum Einsatz. Teilweise werden hochempfindliche Miniatur-Thermoelemente verwendet, die auch schnellste Temperaturänderungen detektieren können. Insgesamt wird die Turbine an mehreren tausend Messstellen thermisch überwacht. Auch Drücke und Schwingungen werden an vielen verschiedenen Messpunkten von unterschiedlichen Messgeräten erfasst und müssen in die Auswertung und Analyse mit einfließen. Die Steuerung des Prüfstands wird von einer SPS übernommen. Diese liefert über eine OPC-Schnittstelle zusätzliche Betriebsparameter, die für die Auswertung mit den übrigen Messwerten verknüpft werden müssen. Daten komprimieren, sichern und bereitstellen Insgesamt wird eine große Anzahl an Messwerten in unterschiedlichen Formaten erzeugt. Die Aufgabe besteht nun darin, diese Messdaten miteinander zu vernetzen, zu konsolidieren und für eine gemeinsame Visualisierung und Analyse bereitzustellen. Eine besondere Anforderung besteht darin, dass nicht nur Online-Daten benötigt werden, sondern im Laufe eines Vorteile eines zentralen Messdatenmanagements Um den Aufwand für die Messdatenverwaltung und -analyse nicht ins Uferlose wachsen zu lassen, ist die messtechnische Vernetzung von Anlagen, Maschinen und Prüfständen in immer mehr Anwendungsbereichen unverzichtbar. Der Delphin Data Service ist die ideale Software, um diese Aufgabe allumfassend zu erledigen. Von der verteilten und quellenunabhängigen Erfassung über die verlustfreie Kompression und Vorverarbeitung bis hin zur schnellen Bereitstellung von aktuellen und historischen Messdaten. Für die Datenvisualisierung und -analyse steht das Softwarepaket ProfiSignal zur Verfügung, das mit dem browserbasierten Addon ProfiSignal Web um die Möglichkeit des weltweiten mobilen Zugriffs erweitert werden kann. 20 INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2019

MESSE I SENSOR+TEST 2019 Versuchs auch immer wieder unterbrechungsfrei in den Messdaten „zurückgescrollt“ werden muss, um zurückliegende Ereignisse zu analysieren. Zur Erreichung größtmöglicher Datensicherheit sollen die Daten zunächst auf erfassungsnahen Messrechnern zwischengespeichert, dann aber zentral auf zwei redundanten Messdatenservern abgelegt werden. Eine zusätzliche Anforderung ist eine umfangreiche Vorverarbeitung und Verrechnung von Messwerten bereits vor der Bereitstellung zur Visualisierung und Analyse. Es müssen Messwerte miteinander verrechnet, Offsets eingerechnet, Kanäle linearisiert und Grenzwerte überwacht werden. Im Fall der Überschreitung von Grenzwerten müssen automatisch Alarme generiert und an eine definierte Benutzergruppe weitergeleitet werden. Die Auswertungs- und Analyserechner sollen nur auf den zentralen Messdatenserver zugreifen, ein direkter Zugriff auf die Messrechner ist ausgeschlossen. Dadurch werden Messnetz und Office-Netz klar voneinander getrennt, außerdem ist eine einfache Überprüfung von Benutzerrechten möglich. Die Visualisierung aktueller und historischer Daten soll sowohl auf Arbeitsplatz-PCs im Office-Netz als auch weltweit verteilt möglich sein. Wie der Turbinenhersteller seine Aufgabe löst Eine passende Komplettlösung zu finden ist nicht einfach. Sensoren und die Messaufgabe einzurichten, ist in der Regel kein Problem. Auch zur Visualisierung und Analyse von Messdaten gibt es viele geeignete Programme. Was aber oft fehlt, ist die Vernetzung der unterschiedlichen Datenquellen, die Vereinheitlichung der verschiedenen Datenformate, die Vorverrechnung und Kompression der Messdaten sowie deren zentralisierte Speicherung und synchronisierte Bereitstellung. Zur Lösung seiner Anforderung setzt der Turbinenhersteller auf das neue Delphin Data Center der Delphin Technology AG. Das Delphin Data Center bietet ein zentralisiertes Messdatenmanagement, das die Anforderungen des Turbinenprüfstands erfüllt und in seinem Funktionsumfang sogar darüber hinausgeht. Neben höchster Performance in der Datenverarbeitung und -bereitstellung ermöglicht die offene Struktur des zentralen Datenpools auf einfachste Art und Weise eine Vereinheitlichung, Archivierung und Überwachung jeglicher Mess- und Prozessdaten. Welche Funktionen bietet das Delphin Data Center im Einzelnen – wie werden diese Funktionen im Turbinenprüfstand eingesetzt? Daten synchronisieren Auf der Feldebene können sich ganz unterschiedliche Datenquellen befinden. Unabhängig davon, ob die Maschinen- und Prozessdaten mit Delphin Messgeräten oder Geräten anderer Anbieter erfasst werden oder die Messdaten aus Quellen stammen, die über Protokolle wie Modbus oder OPC (UA) angebunden sind – alle Datenquellen können problemlos an das Delphin Data Center anschlossen werden. Es können auch individuelle Treiber zur Einbindung spezieller Messgeräte erstellt werden. Im Beispiel des Turbinenprüfstands sind Messgeräte unterschiedlicher Hersteller zur Erfassung von Temperaturen und Drücken über eigens entwickelte Treiber an das Delphin Data Center angebunden. Außerdem findet ein Datenaustausch zwischen dem Delphin Data Center und der Steuerungs-SPS über OPC statt. Zur Er fassung vieler tausend Thermoelemente wird das KTM-64 von Delphin Technology eingesetzt, das seine Messdaten ebenfalls an das Delphin Data Center überträgt. Verlustfreie Übertragung Das Delphin Data Center bildet das Herzstück des Messdaten managements. Hier SENSOR +TEST 2019 Halle 5, Stand 355 » PräziSe Für‘SGroBe « Sensitec GmbH Georg-Ohm-Str. 11 ·35633 Lahnau ·Deutschland Telefon: +49 6441 97 88-0 ·Fax: +49 6441 97 88-17 E-Mail: sensitec@sensitec.com ·www.sensitec.com Mit dem FreePitch Sensor AA746 sind große Arbeitsabstände zum Maßstab möglich – prädestiniert für robuste Konstruktionen im Heavy INDUSTRIELLE Duty-Bereich. AUTOMATION 4/2019 21

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