Szélturbinák rezgéselemzése élvonalbeli eszközökkel

Skálázható állapotfelügyelet moduláris EtherCAT-terminálokkal

A GfM vállalat által kifejlesztett, teljesen automatizált, univerzális rezgésdiagnosztikára szolgáló, Peakanalyzer nevű összeállítást szélturbinákban tesztelték. A nyers adatokat a Beckhoff EL3632 típusú, állapotfelügyeleti (IEPE) EtherCAT-termináljaival kiegészített, CX5020 beágyazott PC dolgozza fel. A rendszer megbízhatóan és nagy pontossággal monitorozza a szélturbina teljes hajtásláncát és opcionálisan a szélturbina alaprögzítését is.

A berlini székhelyű GfM (Gesellschaft für Maschinendiagnose mbH, www.maschinendiagnose.com) szakterülete gördülőcsapágyakra szerelt hajtások rezgésdiagnosztikája. „Kutatási és fejlesztési munkánk az első perctől kezdve a diagnosztikai folyamatok automatizálására irányult, mivel ezeket a technológiákat csak így lehet széles körben elfogadtatni. A GfM aktívan támogatja a diagnosztikai szolgáltatások és az eszközfejlesztés ötvözését, mert ezzel a gyakorlati tapasztalat közvetlenül visszacsatolható a termékfejlesztésbe” – nyilatkozta Dr. Rainer Wirth társalapító és ügyvezető igazgató.
E megközelítés egyik eredménye a Peakanalyzer nevű berendezés, amellyel akár 32 mérőpont is diagnosztizálható teljesen automatizált módon, és további 32 csatornán érzékelhetők lassúbb (legfeljebb 1 kHz sávszélességű) folyamatváltozók. Az eszköz „lelke” a Beckhoff PC-alapú vezérlési technológiája, amely tudományos automatizálási elvek alapján egyesíti a hagyományos automatizáláson túlmenő mérési funkciókat, például az állapotfelügyeletet. A Peakanalyzer segítségével – többek között – változó sebességű hajtások diagnosztizálása során újra-mintavételezéses rezgéselemzés végezhető, a lényeges spektrális összetevők DVS-analízissel automatikusan azonosíthatók, karakterisztikus értékek monitorozhatók, valamint szinkronizált adatgyűjtés is végezhető.
Ezt a sokoldalú diagnosztikai eszközt jellemzően drága, kis redundanciájú hajtásoknál alkalmazzák, például nagy rendelkezésre állást megkövetelő építőanyag-ipari malmokban és szállítórendszerekben vagy drótkötélpályák biztonságtechnikailag fontos hajtásainál. A Peakanalyzert gyakran használják olyan hajtásoknál is, amelyek nehezen hozzáférhetőek, vagy állapotalapú karbantartást követelnek meg – jó példa erre a szélturbina.

A GfM munkatársa a Peakanalyzer egységhez csatlakoztatott gyorsulásérzékelőket vizsgálja

Szélturbinák célorientált, átfogó monitorozása

A szélturbinák hajtásláncának ellenőrzése nyolccsatornás Peakanalyzer segítségével történik, amellyel két további csatornán azt is monitorozni lehet, hogy nem lazult-e meg az alaprögzítés. A diagnosztikai eszköz a szélturbina gondolájába van szerelve, azon belül vagy a vezérlőszekrénybe, vagy külön házba. A rendszer a hajtásláncot nyolc IEPE-gyorsulásérzékelő szolgáltatta jelek alapján elemzi: egy érzékelő a főcsapágyon helyezkedik el, kettő a generátoron, öt pedig a hajtáson. Szükség esetén a Peakanalyzer beépíthető a meglévő adatátviteli struktúrába (LAN-csatlakozás a gondolán, VPN-hozzáférés), vagy alkalmazható vezeték nélküli, illetve üvegszálas átvitel (torony), továbbá GHSDSL (rézkábeles összeköttetés a rendszerek között) vagy DSL-kapcsolat az internetszolgáltató felé.

Christian Rainke, a GfM szoftverfejlesztője a PC-alapú automatizálás előnyeiről nyilatkozott: „A Beckhoff moduláris vezérléstechnikájával olyan testreszabott és költséghatékony diagnosztikai megoldásokat tudunk nyújtani, amelyek kiválóan skálázhatók, szabadon programozható, nyílt rendszeren alapulnak, és csereszabatos pótalkatrészeik világszerte rendelkezésre állnak. Mindezeken felül az elosztott megoldások könnyen megvalósíthatók EtherCAT be-/kimeneti terminálokkal. Az igen gyors adatátvitelen alapuló Peakanalyzer akár 32 bemeneti csatornával is rendelhető, ami még rugalmasabbá teszi az alkalmazást. Mivel az EL3632 és EL3702 EtherCAT-terminál alkalmas túlminta-vételezésre – akár kisebb ciklusidőknél is nagy mintavételezési frekvencia érhető el –, ezért képes a Peakanalyzer rendkívül pontosan rögzíteni és kiértékelni a rezgésadatokat.
Az adatgyűjtést és pufferelését a CX5020 termékkóddal ellátott, beágyazott PC-n futó TwinCAT automatizálási szoftver végzi, melynek ADS-protokollján keresztül jutnak el a begyűjtött értékek további feldolgozásra a GfM gyártóspecifikus elemzőszoftveréhez. Mint Christian Reinke kifejtette: „Az igazi erősség a PLC közvetlen vezérelhetőségében rejlik: az adatátvitelt általános célú PLC valósítja meg, ezért az eltérő csatornaszámú és termináltípusú, különféle rendszer-konfigurációkat csupán szoftveres szinten kell kezelni. Távoli elérés is lehetséges; ilyenkor a beágyazott PC-n futó GfM.NET-alkalmazás kommunikál TCP/IP-protokollon keresztül a megfelelő hálózati számítógépen futó konfiguráló és kiértékelő programmal.”

Állapotfelügyeleti terminálok: nélkülözhetetlen be-/kimeneti elemek

A hajtásadat-monitorozás során az érzékelők adatait nagy pontossággal detektálják az EL3632-termékkóddal ellátott, kétcsatornás EtherCAT-terminálok, amelyek Axel Haubold, a GfM társalapítója és ügyvezető igazgatója szerint a Peakanayzer alapvető fontosságú elemei: „A csúcskategóriájú rezgésdiagnosztikai rendszer megvalósításánál kulcsfontosságú volt az IEPE-érzékelők jeleinek 50 kHz-es mintavételezési frekvenciával történő gyűjtése. További tényező a rendkívül széles, 1 Hz…1 kHz közötti mintavételezési tartomány, amelynek köszönhetően az eszköz egyidejűleg képes mérni mind a kisfrekvenciás – például a toronytól származó – rezgéseket, mind a nagyfrekvenciás vibrálásokat, melyek magától a szélturbinától is származhatnak. A gördülőcsapágyak és a fogaskerekek károsodásának észleléséhez kiváló minőségű burkológörbe szükséges; ennek érdekében minden csatornán szinte kizárólag 50 kHz-es órajelet használunk. Különösen a szélturbináknál van szükség ezen túl egy 0,1…10 Hz tartományú üzemmódra is, amelyben a VDI 3834 szabvány szerinti jellemzők mérhetők. Az EL3632 állapotfelügyeleti terminál további, igen hasznos képessége az automatikus vezetékszakadás-érzékelés, aminek az előnyei elsősorban üzembe helyezés során mutatkoznak meg.”
Igény esetén a Peakanalyzer által kezelt be-/kimenetek sora további interfészekkel egészíthető ki. Mint Christian Reinke rámutatott: „E téren igen hasznos számunkra a moduláris EtherCAT be-/kimeneti rendszer egységeinek széles választéka. Például az EL5151 inkrementális enkóder terminál impulzusidő-méréssel rendkívül pontosan képes sebességet mérni több, fordulatonként egymástól egyenlőtlen távolságra lévő impulzusok esetén is. Az EL3702 túlminta-vételező analóg bemeneti terminál lassan mozgó gördülőcsapágyak monitorozásánál kiválóan alkalmas indukciós elmozdulás-érzékelővel detektált rezgőmozgások rögzítésére is.”
Az EL1002 digitális bemeneti terminálokat szinkronizált méréseknél használják, az EL2004 digitális kimeneti terminálok pedig a fő rendszerértékek jelzésátvitelét végzik, és kezelik a folyamatparaméterek riasztásait. A teljesítmény, a szélerősség, a nyomaték és más fontos folyamatváltozók analóg feszültségértékekként (±10 V) vagy áramértékekként (0…20 mA) beépíthetők a diagnosztikai rendszerbe az EL3702- vagy EL3742 EtherCAT-terminálok segítségével. Ezenkívül az eszközpark részét képezik az EL3356-0010 termékkódú, rendkívül gyors automatizálásra (eXtreme Fast Control – XFC) épülő, nyúlásmérő bélyeg közvetlen bekötésére alkalmas terminálok, melyek nyomatékméréshez használhatók, hőmérsékletméréshez viszont az EL3202-0010 termékkódú, PT100-as érzékelőket kezelő bemeneti terminálok alkalmazhatók.

Kai Uchtmann, Dr. Rainer Wirth és Axel Haubold (balról jobbra) 1985 óta foglalkozik gépdiagnosztikával, és 1999-ben megalapította a GfM nevű vállalatot.

BECKHOFF Automation Kft.

1097 Budapest, Gubacsi út 6.

Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Web: www.beckhoff.hu

Még több Beckhoff

Címmkék: PC alapú vezérlés | EtherCAT