Was im Büro schon lange selbstverständlich ist, hält jetzt auch bei der Instandhaltung von Anlagen Einzug. Intelligente Frequenzumrichter warnen Anwender frühzeitig, bevor es zum Motor- und Anlagenstillstand kommt. Das Konzept dahinter nennt sich zustandsorientierte Wartung
Das Prinzip besteht darin, Daten von internen und externen Sensoren zu sammeln, zu speichern und vom Frequenzumrichter mit seiner Edge-Intelligence auswerten zu lassen. Anschließend stehen die Ergebnisse durch Übertragung in die Cloud oder in ein lokales Leitsystem dort bereit, wo sie benötigt werden. Die ermittelten Daten ermöglichen eine vorausschauende, zustandsorientierte Wartung, die die Leistung, Effizienz und Betriebszeit von Anlagen erhöht, die Lebensdauer der Anlagenkomponenten verlängert und gleichzeitig die Komplexität verringert.
Über die Zustandsüberwachung mit intelligenten Frequenzumrichtern können Anlagen vorausschauend instandgehalten werden. Dies bietet zahlreiche Vorteile gegenüber korrektiven und präventiven Wartungskonzepten. Allerdings ist die Zustandsüberwachung auf Sensordaten angewiesen und die Installation zusätzlicher Sensoren in Anlagen kann teuer sein. Kommen intelligente Frequenzumrichter in der Anwendung zum Einsatz, sind sie eine wertvolle Datenquelle, die eine Zustandsüberwachung unterstützt oder erst möglich macht. Das schafft Mehrwert durch Wissensvorsprung und spart unnötige Kosten durch Anlagenstillstand oder erhöhten Verschleiß.
Die Installation ist einfach: Abhängig von der Anwendung gibt es zwei Optionen. Im ersten Fall lernt der Umrichter über eine definierte Zeit automatisch und parallel zum Betrieb. Die zweite Option: Der Industrieanwender führt einen Identifizierungslauf, den sogenannten Baseline-Lauf, durch. Das bedeutet, der Umrichter führt die Maschine durch den gesamten Drehzahlbereich und bildet dann ein Modell zur Überwachung.
Viele mechanische Fehler wie beispielsweise Lagerverschleiß, Wellenversatz und Unwuchten erzeugen Schwingungen. Intelligente Antriebe haben jetzt mit den neuen Funktionen die Möglichkeit, die Vibration in einem Motor oder einer Anwendung mit einem externen Sensor zu kontrollieren, zu erkennen und die Folgen zu minimieren oder zu vermeiden.
Denn die beschleunigte Abnutzung mechanischer Teile eines Antriebssystems lässt sich vermeiden. Beispielsweise mit einem Danfoss VLT®-Frequenzumrichter zusammen mit einem externen Schwingungstransmitter. Indem das Transmittersignal mit antriebsinternen Signalen, wie beispielsweise der Drehzahl oder anderen für die Anwendung relevanten Signalen korreliert wird, kann der Antrieb Fehler frühzeitig erkennen. Er informiert über den Zustand des Systems, um einen Funktionsausfall zu verhindern. Die Wartung kann im Voraus vorbereitet und geplant werden, während die Anlage bis zur nächstmöglichen Wartungspause weiter betrieben werden kann.
Die Schwingungsüberwachung in den VLT®-Antrieben erfolgt mittels standardisierter Methoden und Schwellwerte, welche in Normen wie ISO 13373 zur Zustandsüberwachung und -diagnostik von Maschinen oder ISO 10816/20816 zur Messung und Klassifizierung mechanischer Schwingungen vorgesehen sind. Der Vorteil einer derartigen Überwachung im Umrichter besteht darin, dass sie es ermöglicht, Daten mit den tatsächlichen Betriebsbedingungen bei Dauerbetrieb/Rampen, Lastbedingungen oder Drehzahl gegeneinander abzugleichen.
Fehler bei Motorwicklungen treten nicht plötzlich auf; sie entwickeln sich im Laufe der Zeit. Alles beginnt mit einem kleinen Kurzschluss an einer Windung, der zu zusätzlicher Erwärmung führt. Nun setzt sich der Schaden unerkannt weiter fort, bis der Überstromschutz aktiviert und der Betrieb gestoppt wird.
Dies führt zu unerwünschten Ausfallzeiten. Abhilfe schafft die kontinuierliche Zustandsüberwachung des Motors mittels Analyse der elektrischen Signaturen.
Aus den Motorströmen und Spannungssignalen können Zustandsinformationen gezogen und mit Motor- oder Anwendungsfehlern in Verbindung gebracht werden, wie beispielsweise mit Wellenversatz oder Fehlern in der Statorwicklung. Die Strom- und Spannungssensoren, die diese Informationen liefern, sind ohnehin wesentliche Bestandteile von Frequenzumrichtern. Es fallen also keine zusätzlichen Kosten für den Einsatz externer Sensoren an.
Die Pumpe scheint normal zu arbeiten, doch der intelligente Frequenzumrichter von Danfoss löst Wartungsalarm aus. Er erkennt eine größere Last. Damit gibt er den entscheidenden Hinweis: Die Pumpe ist versandet. Bevor es zu größeren Problemen kommt, kann sie schneller als bisher gereinigt werden und die Anlage normal weiterlaufen.
Ganz nebenbei trägt die Zustandsüberwachung so zu Energieeinsparungen bei, da die Pumpe stets unter optimalen Bedingungen betrieben werden kann.
Um diesen Fehler zu ermitteln, greift der Frequenzumrichter wieder auf die Werte der Strom- und Spannungsmessung zur Steuerung des Motors zurück. Auch hier können die aus ihnen berechneten Parameter wie Motorleistung, Energie, aktuelle Motordrehzahl oder Drehmoment zur Überwachung der Motorlast zweitverwendet werden. Erkennt der Frequenzumrichter Über- oder Unterlastbedingungen, die bei Pumpenanwendungen durch Verockerungen, Versandungen, Korrosion oder anderem auftreten, schlägt er Wartungsalarm.