Überwachung des Hydraulikaggregats eines Hydraulikprüfstands
Use Case
Das Hydraulikaggregat ist die zentrale Komponente eines Hydraulikprüfstands. Bei einem Impulsdruck-Hydraulikprüfstand werden Drucksensoren mittels einer „beschleunigten Lebensdauerprüfung“ qualifiziert.
Ein Ausfall der Anlage würde zum einen die Entwicklungszeit erhöhen, da Tests nicht wie geplant durchgeführt werden könnten. Zum anderen wäre die Auslieferung gewisser Typen von Drucksensoren zeitweise eingeschränkt, da die notwendigen Prüfungen zur Sicherstellung der Serienqualität nicht durchgeführt werden könnten. Dies hätte wiederum direkte Auswirkungen auf den Umsatz der Produktgruppe und würde die Lieferfähigkeit gefährden.
Die Ausgangslage
Das bestehende Hydraulikaggregat ist bereits mit Sensorik (Temperatur, Druck, Füllstand) ausgestattet. Diese Informationen werden zum Steuern der Anlage genutzt, um ggf. bei Grenzwertverletzungen die Maschine zu stoppen. Das Aggregat ist zudem mit zwei Tanks ausgestattet, mit deren Hilfe das Hydrauliköl abgekühlt werden kann.
Eine weitere Besonderheit des Aggregats sind die zwei Pumpen, welche als Redundanz verbaut und baugleich sind. Bei bestehenden Anlagen mit zwei redundanten Pumpen ist die gleichmäßige Auslastung der Pumpen entscheidend, um die Gesamtlaufzeit der Pumpen zu steigern und zu vermeiden, dass eine Pumpe durch zu hohe Stehzeit zu Schaden kommt (z. B. Festsitzen der Lager).
Ziel des Projekts
Umfangreiches Condition Monitoring für das Hydraulikaggregat
Zu überwachende Faktoren sind der Verschleiß im Hydrauliksystem und die Laufzeit der Pumpen, um diese zu optimieren. Grenzwertverletzungen sollen frühzeitig durch ein automatisiertes Alarmmanagementsystem detektierbar werden.
Durchführung
Die Signale bestehender Sensoren in der Anlage werden über den Y-Weg/Retrofit abgegriffen. Zwei Varianten wurden verbaut:
Tank
- Parallelabgriff des 0 – 10 V Signals der beiden Temperatursensoren über einen DP1222
- Abgriff des IO-Link Signals der beiden Füllstandsensoren über einen IO-Link Datensplitter E43406
Die weitere Sensorik wurde entsprechend ihrer Bedienungsanleitungen verbaut und in Betrieb genommen.
Pumpe
- Induktiver IO-Link Sensor mit Drehzahlwächter
- IO-Link Schwingungssensoren
Rücklauf
- Temperatur-Kabelsensor mit Anlegefühler
- IO-Link Temperatur-Plug (Auswerteelektronik für PT100/PT1000 Temperatursensoren)
moneo RTM ist zentral auf einem Server installiert. Mittels IO-Link Master werden die Sensorwerte an moneo RTM zur Visualisierung und Auswertung gesendet.
Erfolg
Vollumfängliches Condition Monitoring eines Hydraulikaggregats mit moneo RTM
Durch den Retrofit (Abgreifen der Sensorwerte aus der Steuerung) und die zusätzliche Aufnahme von Kennwerten des Hydraulikaggregats konnten alle Anforderungen an ein vollumfängliches Condition Monitoring umgesetzt werden.
- Permanente Erfassung des Systemdrucks
- Permanente Überwachung der Füllstände in den Tanks
- Permanente Überwachung der Temperaturen in den Tanks
- Schwingungsüberwachung der Pumpen
- Berechnung der Betriebsstunden der Pumpen
- Überwachung der Rücklauftemperatur
- Berechnung der Temperaturdifferenz zwischen Rücklauf und Tanks
- Verschleißdetektion im Hydrauliksystem
- Optimierte Auslastung der Pumpe
Systemaufbau
- Anlegefühler + Temperatur-Plug am Rücklauf
- Schwingungssensor Pumpe 2
- Induktiver Sensor + Drehzahlwächter Pumpe 2
- Schwingungssensor Pumpe 1
- Induktiver Sensor + Drehzahlwächter Pumpe 1
- Temperatur Tank 2 + Konverter 0...10 V
- Füllstand Tank 2 + IO-Link Splitter
- Temperatur Tank 1 + Konverter 0...10 V
- Füllstand Tank 1 + IO-Link Splitter
- IO-Link Master
Dashboard
Im Dashboard erhält der Benutzer eine Übersicht der aktuellen Sensorwerte der Anlage. Das folgende Dashboard gibt einen Überblick über die prozessrelevanten Parameter.
- Temperatur Rücklauf
- Temperatur Tank 1
- Differenztemperatur (Rücklauf – Tank 1)
- Füllstand Tank 1
- Systemdruck
- Füllstand Tank 2
- Temperatur Tank 2
- Drehzahl Pumpe 1
- Drehzahl Pumpe 2
In separaten Dashboards erhält der Benutzer erweiterte Informationen, wie zum Beispiel die aktuellen Kennwerte für die Pumpe:
- Schwingungswerte Pumpe 1 (v-RMS, a-Peak, a-Rms)
- Schwingungswerte Pumpe 2 (v-RMS, a-Peak, a-Rms)
- Drehzahl Pumpe 1
- Betriebsstunden Pumpe 1
- Temperatur Pumpe 1
- Drehzahl Pumpe 2
- Betriebsstunden Pumpe 1
- Temperatur Pumpe 2
Analyse
Die Analyse ermöglicht den Zugriff auf die gespeicherten Historiendaten der Sensoren. Dies bietet einen Blick in die Vergangenheit und erleichtert z.B. die Fehlersuche. Verschiedenste Sensorwerte können über den zeitlichen Verlauf betrachtet und analysiert werden.
In folgender Analyse ist gut zu erkennen, dass der Schwingungswert (v-Rms) und die Hydrauliköltemperatur korrelieren. Dies ermöglicht es z. B. den Schwingungswert als Frühindikator für eine Grenzwertverletzung der Hydrauliköltemperatur zu verwenden.
- Blau: Temperatur Rücklauf
- Weiß: Temperatur Tank
- Grün: Schwingungswert v-Rms
Statische Grenzwerte
Auf verschiedene Prozesswerte des Hydraulikaggregats werden statische Grenzwerte gesetzt. Bei Unter- oder Überschreitung wird in moneo ein Ticket generiert. Dieses kann im Nachgang über Ticketverarbeitungsregeln weiterverarbeitet werden.
- Grenzwert für die Alarmgrenze
- Verzögerungszeit für die Alarmgrenze
Für das Hydraulikaggregat werden folgende Prozesswerte zur Überwachung über Grenzwerte genutzt:
- Füllstand Tank 1 und 2
- Temperatur Tank 1
- Temperatur Rücklauf
- Temperatur Pumpe 1 und 2
- Schwingungswerte Pumpe 1 und 2
Ticket Verarbeitungsregeln
Über diese Funktion kann einfach definiert werden, was nach dem Auslösen einer Warnung oder eines Alarms geschehen soll, z.B.:
- E-Mail-Benachrichtigung
- SAP Integration
Calculated Values: kalkulierte Werte
Mit den kalkulierten Werten und Templates können zusätzliche Informationen aus Messwerten generiert werden.
Die Erfassung der Betriebsstunden wurde mit Hilfe des Templates Betriebsstundenzähler erstellt. Solange die Drehzahl der Pumpe größer 50 U/min ist, bleibt der Zeitzähler aktiv.
- Name des kalkulierten Wertes
- Trigger für den Betriebsstundenzähler
- Schwellenwert für den Trigger
- Aktueller Zeitwert
Der 0…10 V Analogwert des Temperatursensors muss auf den entsprechenden Temperaturwert skaliert werden (0 V = 0°C und 10 V = 100°C).
- Temperatur als analoger Spannungswert vom Sensor (0…10 V)
- Analoger Endpunkt (100 °C = 10 V)
- Analoger Startpunkt (0 °C = 0 V)
- Spannungsspanne Analogwert (10 V)
- Berechnung Delta Endpunkt zu Startpunkt (AEP – ASP = ∆A)
- Berechnung Faktor für Strom zu Pascal (∆A / 10 V = Faktor)
- Multiplikation Stromwert (0…10 V) mit Faktor
- Addition des analogen Startpunkts als Offset
- Ergebnis Druckdifferenz in Pascal
Der Füllstandsensor übermittelt über die IO-Link Schnittstelle nur den Messwert ohne Offset. Dieser muss zum Messwert addiert werden.
- Füllstand Tank als Rohwert
- Offset zum Füllstand
- Füllstand mit Offset
