Innovatives System zur Überwachung von Schwingungen an Lagern und Maschinen

VCS - Vibro Control Solutions™ ist ein universell einsetzbares Mess-, Auswerte- und Überwachungssystem für Schwingungen an Maschinenanlagen. Es besteht aus einem robusten, einfach zu montierenden Sensor (M12-Gewinde) sowie einem Auswertemodul in einem Hutschienengehäuse. Über einen Drehschalter kann zwischen zwei Auswertemethoden gewählt werden. Die unterschiedlichen Auswertemethoden (Mittelwert bzw. Hüllkurve) ermöglichen den Einsatz sowohl für wälz- als auch für gleitgelagerte Maschinen. Das oftmals unruhige Signal kann in 7 Stufen geglättet werden.

Durch den weiten Frequenzbereich kann VCS für langsam laufende (z.B. Kühlturmventilatoren) und auch für schnell laufende Aggregate (z.B. Turbinen) eingesetzt werden.

In Anlehnung an ISO 2372/VDI 2056 liefert das Auswertemodul ein der Schwinggeschwindigkeit entsprechendes 4...20 mA-Signal. Dieses Signal kann direkt an eine SPS oder ein Prozessleitsystem zur Visualisierung und Grenzwertüberwachung angeschlossen werden.



Vorteile des mA-Signals:

1. Der Schwingungspegel kann in einem nachgeschalteten Visualisierungssystem angezeigt und grafisch dargestellt werden. Die zeitliche Entwicklung gibt deutliche Hinweise auf die Ursache der Schwingungen. Beispielsweise deutet ein langsamer, stetiger Anstieg auf eine andere Störungsursache hin als ein sprunghafter Anstieg.
2. In Verbindung mit einer SPS bzw. einem Leitsystem können aus einem mA-Signal beliebige Grenzwerte gebildet werden.
3. Durch Verknüpfung mit anderen Signalen kann die Überwachung optimal an die individuellen Betriebserfordernisse angepasst werden.


Ausgewählte Anwendungsbeispiele:

Überwachung auf Unwucht- und Lagerschäden

• an gleitgelagerten Maschinen wie etwa Kompressoren, Turbinen, Generatoren, Getrieben, ...
• an wälzgelagerten Maschinen mit hohen Drehzahlen wie etwa Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Getrieben, Werkzeugmaschinen, ...
• an wälzgelagerten Maschinen mit niedrigen Drehzahlen wie etwa Kühlturmventilatoren, Mühlen, Förderbänder, Walzen, ...

VCS ist besonders geeignet für die Nachrüstung an bestehenden Maschinen

Immer mehr Anlagen werden auf Fernbedienung mit Prozessleitsystemen umgestellt. Das Personal vor Ort wird drastisch reduziert. Das jetzt fehlende Überwachungspotential muss durch umfangreichere Messtechnik kompensiert werden. Bei neueren Turbomaschinen hat sich das Messen der Wellenschwingung durchgesetzt. Das bedeutet aber nicht, dass eine Wellenschwingungsmessung immer die bessere Lösung ist. Maßgebende Entscheidungskriterien sind: Lagertyp, Rotordrehzahl und Verhältnis von rotierender zu feststehender Masse.

VCS kann für jeden Lagertyp eingesetzt werden, hat einen sehr weiten Frequenzbereich und liefert bei nahezu allen Maschinentypen aussagekräftige Ergebnisse.

Der Einbau eines Wellenschwingungssensor (Wirbelstromprinzip) erfordert bestimmte konstruktive Voraussetzungen, wie man sie bei älteren Maschinen nicht immer findet. Die Nachrüstung mit VCS ist praktisch immer möglich. VCS ersetzt den Mann vor Ort. Was dieser gehört oder gefühlt hat, stellt VCS als 4...20 mA-Signal für die Weiterverarbeitung zur Verfügung.


TYPISCHE INSTALLATION

SELBSTTEST

VCS verfügt über die einzigartige Möglichkeit, Sensor- und Auswerteelektronik selbsttätig zu überprüfen. Der Selbsttest wird manuell oder über einen Kontakt aus der SPS aktiviert. Ein integrierter Frequenzgenerator stimuliert das Impulssystem entsprechend nachfolgender Grafik.

TECHNISCHE BESCHREIBUNG

In Anlehnung an ISO 2372 / VDI 2056 liefert das Auswertemodul ein 4...20 mA, das proportional zum Betrag der Schwinggeschwindigkeit ist. Abhängig von der Art der Rotor-Lagerung (Gleit- oder Wälzlager) wird der zeitliche Mittelwert bzw. die Hüllkurve gebildet. Für jede der beiden Auswertemethoden kann der Zeitbereich mittels Drehschalter in 7 Stufen eingestellt werden (0,1...10 sek), wodurch eine Glättung des Signals erreicht wird.

Das folgende Funktionsschaltbild zeigt die Aufteilung und die Funktionen des Gesamtsystems.

Funktionsschaltbild

• · Ein mikromechanischer Beschleunigungssensor misst die Schwingbeschleunigung.
• Das Signal wird verstärkt und gefiltert (3…8000 Hz) und als differentielles Spannungssignal zum Auswertesystem übertragen.
• Zusätzlich steht die Messgröße nach dem Filter als bipolares Signal mit einer Skalierung von 100 mV/g zum Anschluss eines Schwingungsanalysators zur Verfügung.
• Im Auswertesystem wird das Messsignal (Beschleunigung) über die Zeit integriert. Dadurch liefert das System in Anlehnung an die Norm ISO 2372 / VDI 2056 ein Signal, das proportional zur Schwinggeschwindigkeit ist (Frequenzbereich: 10...1000 Hz).
• Für die Maschinendiagnose interessiert nur der Betrag der Schwinggeschwindigkeit; dafür ist ein Präzisionsgleichrichter eingebaut.
• Für die einfache Maschinenüberwachung wird hieraus der gleitende Mittelwert oder die Hüllkurve gebildet.
• Die Dämpfung (Glättung) dieses Signals kann in sieben Stufen eingestellt werden.
• Dieses Signal wird als 4...20 mA ausgegeben.
  
  

MITTELWERT- BZW. HÜLLKURVENAUSWERTUNG

Über einen Drehschalter kann zwischen diesen beiden Auswertemethoden gewählt werden. Der Mittelwert bzw. Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit wird als Bewertung für den Zustand gleitgelagerter Maschinen herangezogen (ISO 2372/VDI 2056/DIN ISO 10816-3). Eine Auswertung der Hüllkurve hat sich für die Zustandsbewertung wälzgelagerter Maschinen bewährt. Die durch kaputte Lager hervorgerufene Stoßanregung wird hier deutlich erkennbar.

Für jede der beiden Auswertemethoden kann das Ausgangssignal in 7 Stufen geglättet werden. Der Verlauf eines geglätteten Signals ist optisch besser zu erkennen und bietet optimale Voraussetzungen für eine datenreduzierte Archivierung.

Auswertung nach Mittelwert bzw. Hüllkurve mit unterschiedlicher Glättung

ABMESSUNGEN







EINFACHE MONTAGE

Der Sensor wird mit zwei Muttern (M12, SW 19) ausgeliefert. Zum Hineinschrauben des Sensors werden die beiden Muttern auf der Anschlussseite gegeneinander verspannt. Der in das Messobjekt geschraubte Sensor wird jetzt mit mindestens einer der beiden Mutter gekontert. Für mobile Messungen wird ein Magnetfuß angeboten.





TOPMessage
die ideale Ergänzung für Schwingungsanalyse und Diagnose!

Störungsursachen können besonders zuverlässig nur durch vergleichende Messungen erkannt werden. TOPMessage erlaubt es erstmals, neben dem reinen Maschinenschutz mit konventioneller Überwachung, auch einzelne Fehler und Schadensursachen individuell zu überwachen. Damit erhöht sich der Sicherheitsgrad der Überwachung und gleichzeitig stehen alle relevanten Informationen über den aktuellen Maschinenzustand zur Verfügung. Abhilfemaßnahmen können frühzeitig geplant und rechtzeitig eingeleitet werden.

Nicht nur Schwingungssignale, sondern alle aussagefähigen Indikatoren für den Maschinenzustand wie Drehzahl, Leistung, Temperaturen und Prozessgrößen werden kontinuierlich erfasst und gespeichert. So kann nach jedem Störungsfall nachvollzogen werden, wie sich der Schaden zeitlich entwickelt hat.






Besonders bei der Diagnose der Schwingungsursache ist es sehr hilfreich den genauen Signalverlauf rekonstruieren zu können. Ein sprunghafter Anstieg deutet beispielsweise auf eine andere Ursache hin wie ein allmählicher Anstieg. Ebenso hilfreich ist es zu wissen, wie sich die Maschinendaten und Prozesswerte zeitgleich zum Schwingungsanstieg verhalten haben.

• Oftmals ist es angebracht, die Überwachung von Schwingungsgrenzwerten mit einer gewissen Intelligenz auszustatten - z.B. zeit- oder ereignisgesteuerte Grenzwertanpassung bzw. Kontaktverzögerung. Derartige SPS-Funktionen können in TOPMessage einfach und komfortabel realisiert werden.
• Wird TOPMessage über eine Ethernet-Schnittstelle in das vorhandene Werksnetz eingebunden, so können von jedem autorisierten PC innerhalb dieses Netzes die Daten ausgelesen und weiterverarbeitet werden. TOPMessage arbeitet autark, ein PC wird nur für die erstmalige Konfigurierung benötigt.
• Jedes Gerät ist standardmäßig mit einem 500 kByte-Speicher für eine PC-unabhängige Datenspeicherung ausgestattet. Dieser Speicher kann bis auf 1 GByte erweitert werden. Dank der effizienten Datenkomprimierung können damit Daten von mehreren Monaten bei einer zeitlichen Auflösung < 200 msec gespeichert werden. Im Online-Betrieb wird die Speichergröße nur durch die Kapazität der Festplatte begrenzt.
• Mit der Software-Option "Visualisierung" können die Betriebswerte sehr anschaulich in Prozessbildern und Tabellen dargestellt werden.
  
  

Übersichtliche Darstellung der Betriebswerte in Prozessbildern



TOPMessage-Geräte stellen auch für die Schwingungsanalyse die perfekte Lösung dar. Bisher musste bei Maschinenproblemen, die sich durch erhöhten Schwingungspegel bemerkbar machten, zur Ursachenfindung stets ein Experte mit einem Frequenzanalysator vor Ort gehen. Dort konnte er dann Messstelle für Messstelle den aktuellen Zustand erfassen. Ein TOPMessage-Gerät errechnet permanent Frequenzspektren (FFT-Analyse) von bis zu 8 Messstellen (pro Modul). Automatisch werden aus jedem Spektrum die wichtigsten Kennwerte ermittelt und abgespeichert. Die zeitliche Entwicklung des Frequenzspektrums ist die aussagekräftigste Information für die Ursachenfindung bei Schwingungsproblemen.