Überwachung des Blasenspeichers einer Hydraulikanlage mit moneo RTM

Industrie 4.0

IIOT Plattform moneo

Überwachung und Wartung

Maschinen-Performance

Use Case

Blasenspeicher gehören neben dem Membranspeicher, Kolbenspeicher und Federspeicher zu den sogenannten Hydraulikspeichern. Für die Funktion eines Hydrauliksystems sichert der Blasenspeicher den Volumenausgleich, die Energiespeicherung und dämpft die Pulsation bzw. den Druckstoß.

Mithilfe von moneo RTM kann der Blasenspeicher einer Hydraulikanlage ganz einfach überwacht werden. Ein möglicher Blasenbruch oder -platzer wird frühzeitig erkannt und plötzliche Ausfallzeiten der Hydraulikanlage können verhindert werden.

Die Ausgangslage

Bisher findet keine Überwachung der Blasenspeicherfunktion statt. Wartungen erfolgen nach definierten Zeitintervallen. Auch Informationen zur Ermüdungslebensdauer der Blase liegen bislang nicht vor. Die Daten der bereits verbauten Druck- und Temperatursensoren werden meist nicht weiter analysiert und beobachtet.

Somit wird ein Ausfall des Blasenspeichers gar nicht oder zu spät erkannt. Dies kann wiederum Schäden anderer Komponenten der Anlage zur Folge haben. Wenn der Volumenausgleich durch den Blasenspeicher nicht mehr funktioniert, führt dies zu erhöhter Belastung der Hydraulikpumpe und die Bereitstellung von ausreichend Druckenergie ist somit nicht mehr gewährleistet.

Ziel des Projekts

Das durch ifm patentierte Condition Monitoring für diese Applikation trägt zur Optimierung der Wartung und frühzeitigen Erkennung eines drohenden Blasenbruchs bei.

Um einen solchen rechtzeitig zu erkennen, müssen wichtige Parameter des Blasenspeichers überwacht werden, wie z. B. die Anzahl der Befüll- und Entleervorgänge. Beim Überschreiten eines zu definierenden Grenzwertes soll ein Alarm ausgelöst werden.

Auch durch die permanente Messung der Oberflächentemperatur an verschiedenen Positionen des Blasenspeichers kann der aktuelle Zustand der Blase erkannt werden und ein eventueller Blasenplatzer/Blasenbruch wird rechtzeitig detektiert.

Durchführung

Condition Monitoring für den Blasenspeicher wird möglich, indem die bereits installierten Sensoren genutzt werden und sowohl die Datenvisualisierung als auch die Grenzwertverwaltung in moneo RTM erfolgt. Zusätzliche Anlegefühler für die Temperaturmessung werden ohne direkten Eingriff in das System installiert. moneo RTM ist auf einem internen Server installiert. Alle Sensorwerte gelangen via IO-Link Master ins interne VLAN und moneo.

Erfolg

Es konnte mit moneo eine zustandsorientierten Wartung und Sicherung der Prozessfähigkeit der Hydraulikanlage organisiert werden. moneo RTM übernimmt

Visualisierung aller Messwerte über ein Dashboard
Berechnung von Differenztemperaturen zwischen den Temperatursensoren
Zählen von Befüll- und Entleervorgängen der Blase
Grenzwertverwaltung
Alarmierung über Tickets, E-Mail und SFI
Rechtzeitiges Erkennen von Blasenbrüchen
Optimierung von zeitgesteuerter hin zu zustandsorientierter Wartung
Überwachung der Prozesswerte mithilfe von KI-Methoden

Systemaufbau

Drucksensor Systemdruck
Temperatursensor Hydrauliksystem
Temperatursensor Speicher
Temperatursensor Blase
IO-Link Master

Dashboard

Im Dashboard können alle relevanten Daten für den Blasenspeicher übersichtlich visualisiert werden.

Temperaturdifferenz ③ und ④
Temperaturdifferenz ④ und ⑤
Oberflächentemperatur Blase
Oberflächentemperatur Speicher
Oberflächentemperatur Hydraulik
Bedingter Alarm für Blasentemperatur
Systemdruck
Lastwechsel Blase

Statische Grenzwerte

Statische Grenzwerte werden von zwei kalkulierten Werten überwacht (Details s. im Abschnitt Kalkulierte Werte).

Zum einen wird die Anzahl der Lastwechsel überwacht, die über einen kalkulierten Wert ermittelt wurde. Der Grenzwert dafür kann aus dem Datenblatt des Herstellers übernommen werden.

Zum anderen wird über kalkulierte Werte eine Bedingung aus zwei Messwerten geprüft:

Temperatur Blase > 30°C

UND

Temperaturdifferenz Blase zu Speicher < 2K

Nur wenn beide Bedingungen eintreten, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Blasenbruch ausgegangen werden und es wird ein Alarm ausgelöst.

Dynamische Grenzwerte (SmartLimitWatcher)

Dynamische Grenzwerte (SmartLimitWatcher) liefern Informationen über den Zustand der Blasenfunktion. Hierfür wird als Zielvariable der Systemdruck überwacht. Die nachstehenden Hilfsgrößen werden zur Berechnung der dynamischen Grenzwerte herangezogen:

Temperatur Blase
Temperatur Speicher
Temperatur Hydraulik
Drehzahl Pumpe als Zustandsindikator
Schwingungswerte der Pumpe

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

Für Applikationen, bei denen z.B. Nachfüllprozesse notwendig sind, bietet eine Optimierung des Nachschubprozesses an. Das könnte z.B. eine Information per E-Mail an definierten Empfängerkreis der Produktionsversorgung sein, sobald der Füllstand in einem Tank unterschritten wird, um den Nachfüllprozess anzustoßen.

Erfahren Sie mehr zur SFI Shop Floor Integration

Calculated Values: kalkulierte Werte

Mit den kalkulierten Werten können zusätzliche Informationen aus Messwerten generiert werden.

Bedingter Alarm Blase

Im folgenden Flow werden zwei Messwerte verglichen. Nur wenn bei beiden Messwerten die Bedingung erfüllt ist, wird am Ausgang eine 1 ausgegeben, ansonsten 0.

Temperatur Blase
Konstante als Vergleichswert für Blasentemperatur
Differenztemperatur zwischen Blase und Speicher
Konstante als Vergleichswert für Differenztemperatur
Vergleich ① größer als ②
Vergleich ③ kleiner als ④
UND-Verknüpfung zwischen den Vergleichen ⑤ und ⑥
Wandlung Binärer Wert in Numerischen Wert
Ausgabe Ergebnis (0 = Bedingungen nicht erfüllt, 1 = beide Bedingungen erfüllt)

Zählen der Lastwechsel einer Blase

Im folgenden Flow werden die Lastwechsel einer Blase gezählt. Diese sind ein Indikator für den Verschleiß der Blase. Dazu wird der Systemdruck überwacht und mit einem minimalen und maximalen Wert verglichen. Beim Überschreiten des maximalen Drucks wird der Zähler inkrementiert, ein weiteres Inkrementieren wird solange blockiert, bis der Systemdruck einmalig unterhalb des Minimaldrucks ist.