Am Puls der Pumpe

Diagnosefunktionen für Pumpenanlagen

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14.11.2017 Die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen steht seit jeher im Fokus der Betreiber – und damit letztlich auch der Hersteller. Denn der ungeplante Stillstand einer Anlage kostet enorme Summen und ist daher unter allen Umständen zu vermeiden. Dies erfordert zum einen eine permanente Überwachung, aber auch intelligente Systeme mit einfacher Bedienung.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Eine moderne Systemüberwachung ermöglicht längere Anlagenstandzeiten, reduziert den Verschleiß, verlängert Wartungsintervalle und spart dadurch Kosten. Denn mit ihr lassen sich schleichende Veränderungen, die gegebenenfalls die Pumpen- und Systemlebensdauer nachhaltig reduzieren, sicher und rechtzeitig erkennen.
  • Hierfür können Betreiber auf integrierte Lösungen wie Frequenzumrichter zurückgreifen, die ein Pumpsystem mittels integrierter Monitoringfunktion überwachen und schützen können.

Gerade in unbemannten Pumpensystemen, wie sie beispielsweise bei abgelegenen Druckerhöhungsanlagen bei Hochspeichern oder Förderpumpen für Tiefbrunnen anzutreffen sind, helfen diese Systeme, schleichende Veränderungen oder auch kurzfristig auftretende Probleme schnell zu entdecken, zu analysieren und notwendige Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Doch auch in Pumpsystemen in lokalen Produktionslinien können intelligente Systeme zum sogenannten Condition Monitoring den Betreiber vor ungeplanten Stillständen warnen beziehungsweise bei einem Stillstand entsprechend informieren.

Permanente Überwachung

Neben dem Einsatz hochwertiger Komponenten für Anlagen und die darin verbauten Antriebe kommen in den letzten Jahren verstärkt auch neue Überwachungs- und Wartungskonzepte zum Einsatz. Das Condition Monitoring – also die permanente Überwachung und Kontrolle der Anlage und ihrer Antriebe – ermöglicht mit der Datenerfassung und -speicherung, dass sich der Betreiber jederzeit ein Bild über den Anlagenzustand machen kann. Daneben helfen Langzeitanalysen der gesammelten Daten und die Definition von Schwellwerten wichtiger Parameter dabei, potenzielle Fehlerquellen und Verschleiß besser zu lokalisieren. Alles in allem führt dies dann zu einem vorausschauenden Wartungskonzept.

Doppelt hält besser

Die Überwachung eines Pumpsystems sollte sich aus zwei Teilaufgaben zusammensetzen: Zum einen sollte das Condition-Monitoring-System den gesamten Antriebsstrang von Netzspeisung über den Frequenzumrichter bis hin zur angeschlossenen Pumpe überwachen. Dies dient zum Schutz vor externen Fehlern, wie Netzausfälle, Schäden oder Fehler an den Komponenten Umrichter und Motor, der Verkabelung beziehungsweise deren Isolierung. Zum Zweiten sollte der Frequenzumrichter aber auch die angeschlossene Pumpe – genauer: deren Motor – überwachen, um ungewöhnliche Vorgänge in der Anlage, wie höherer Energieverbrauch oder häufigere Starts, aber auch Systemfehler wie Trockenlauf oder Rohrbruch, identifizieren. Denn dies weist auf Fehler und Probleme im Gesamtsystem hin, die einen Wartungseinsatz erfordern. Insgesamt erfordert dies eine gewisse Intelligenz der angeschlossenen Systeme, was auch die automatische Alarmierung einer Leitstelle oder eines Servicetechnikers umfasst. Insgesamt sollten solche Wartungssysteme – seien sie auf den lokalen oder Remote-Betrieb ausgelegt – folgende Aufgaben erfüllen:

  • Fernwarten,
  • Fernwirken,
  • Daten-Logging,
  • Alarmierung.

Hilfreich ist auch ein integrierter Webserver, der den Zugriff über ein Remote-System vereinfacht, sowie eine Möglichkeit, auch Daten von mehreren Wartungssystemen zentral zu sammeln und in einer einheitlichen Datenbank abzulegen.

Proaktive Wartungskonzepte

Condition Monitoring dient der Zustandsüberwachung einer Maschine/Anlage und des darin ablaufenden Produktionsprozesses. Dazu ist es notwendig, im Rahmen der Überwachung aller für den Prozess relevanten Kenngrößen, beispielsweise Druck, Temperatur oder Durchfluss, erfassen zu können. Daneben lassen sich aber auch bestimmte Variablen und Parameter von Komponenten innerhalb der Anlage wie Getriebe- oder Servomotoren und Frequenzumrichter erfassen und auswerten. Je nachdem, wie detailliert diese Erfassung und Auswertung erfolgt, ergibt sich daraus ein genaues Bild des Anlagenzustands. Hat der Anwender erst einmal die für seine Anwendung wesentlichen und für den Zustand der Anlage charakteristischen Werte definiert, muss er für das Erfassen dieser Messwerte, Parameter oder Variablen mit Datum- und Zeitstempel sorgen. Über die Vorgabe von Schwellwerten, bei deren Über- oder Unterschreiten das Monitoring-System entsprechende Warn- oder Alarmmeldungen absetzen soll, können Betreiber frühzeitig schleichende Fehler entdecken und so möglicherweise einen Totalausfall der Fertigung verhindern. Dabei kann der Betreiber die auf diese Weise gesammelten Daten nutzen, um Servicemaßnahmen einzuleiten. Dies reicht von sofortigen, geordneten und sicheren Anlagenstopps bis hin zu der Einschätzung, eventuell gefährdete oder fehlerhafte Komponenten bei einer regulären (geplanten) Wartung des Systems vorsorglich austauschen zu lassen. Auf Basis dieser frühzeitigen Hinweise durch das permanente Monitoring der Anlage können Unternehmen Ersatzteile bereits im Vorfeld eines Serviceeinsatzes beschaffen.

Datenlogging ermöglicht Fehleranalyse

Doch auch bei einem Totalausfall der Produktionsanlage aufgrund eines schwerwiegenden Fehlers bei einem Antrieb oder einer anderen wesentlichen Anlagenkomponente kann das Condition Monitoring noch gute Dienste leisten. So ist es meist möglich, aus den mitprotokollierten Daten eine Fehleranalyse zu erstellen und so die Fehlerquelle, sofern ein Fernzugriff möglich ist, bereits vor einem Technikereinsatz einzugrenzen. Dies umso mehr, als moderne Condition-Monitoring-Systeme auch den Zugriff für Fernwirken oder Fernwartung, sprich die Konfigurationsabfrage und -änderung aus der Ferne ermöglichen. So können sich externe Techniker und Servicedienstleister über telefonische oder Internetverbindungen in die Anlage einloggen und Fehlerbegrenzung und -suche betreiben. Reaktionszeiten und gegebenenfalls die Zeit bis zum Wiederanlauf der Anlage lassen sich so erheblich reduzieren. Dazu kann auch ein flächendeckendes Servicenetz beitragen.

Monitoring via Frequenzumrichter

Doch nicht nur die Gesamtanlage lässt sich mit einem Condition-Monitoring-System überwachen. Auch moderne Frequenzumrichter, wie der VLT Aqua-Drive von Danfoss, bieten zusätzliche Funktionen, um die angeschlossene Pumpe zu schützen und das System zu überwachen: Zum einen hilft eine Energiemonitoring- und Trendfunktion, den Energieverbrauch sowie die Zykluszeiten für Teillastbetrieb der Pumpe zu erfassen. Steigt der Verbrauch oder läuft die Pumpe länger als erwartet oder im langjährigen Mittel erfasst, weist dies auf Probleme im Pumpensystem hin. Die Kontrolle des Zustands des Pumpensystems gibt die ersten Anhaltspunkte. Läuft das System ordnungsgemäß? Laufen alternierende Pumpen gleich lang? Starten sie häufiger als üblich? Liegen die Betriebszeiten in Regen- und Tauwetterperioden im Bereich des Erwarteten? Müssen Anwender Fragen verneinen, lohnt ein genauer Blick auf die Rückschlagventile, Kupplungsfüße, Pumpenräder und Ventile.

Zudem sollten Betreiber die Station beziehungsweise Anlage auf undichte Stellen und auch auf Fremdwassereinflüsse prüfen. Dazu verfügen die Frequenzumrichter häufig neben den standardmäßigen Motorschutzfunktionen, wie Temperaturüberwachung der Motorwicklungen mit Thermistoren und Kontrolle der Stromaufnahme, auch über Sonderfunktionen. Dazu zählt beispielsweise eine Förderüberwachung (end of curve) für das sichere Erkennen von Rohrbrüchen und Leckagen. Das Erreichen des Kennlinienendes löst einen Alarm aus oder schaltet die Pumpe ab. Alternativ können Anwender aber auch eine andere Maßnahme programmieren für den Fall, dass eine Pumpe mit voller Drehzahl läuft, ohne den Solldruck aufzubauen. Dies ist typisch für einen Rohrbruch oder eine Leckage. Eine weitere Schutzfunktion ist die Funktion „Trockenlaufschutz“: Die Regelung erkennt zuverlässig, wenn die Pumpe trocken läuft, schaltet ab und meldet die Störung. Damit ermöglicht sie einen effektiven Pumpenschutz und verlängert so ihre Lebensdauer.

SPS IPC Drives 2017 Halle 3 – 318

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Heftausgabe: November 2017

Über den Autor

Stefan Denzer, Key Account Manager, Pump OEM, Danfoss Drives
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