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antriebstechnik 3/2020

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antriebstechnik 3/2020

SPECIAL: CONDITION

SPECIAL: CONDITION MONITORING 01 Anlagen aus der Chemie-, Öl- und Gas industrie können mit dem Smart Sensor sicher aus der Ferne überwacht werden 02 Der Smart Sensor kommt in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz und sorgt für ein problemloses Condition Monitoring 01 Dies hat sich mit der Entwicklung einer neuen Generation von smarten Sensoren, die speziell auf explosionsgefährdete Bereiche ausgelegt sind, grundlegend geändert. Durch den ABB Ability Smart Sensor profitieren Betreiber aus Branchen wie der Chemie-, Öl- oder Gasindustrie jetzt in zahlreichen anspruchsvollen Anwendungen von einem kostengünstigen Condition Monitoring. DETAILLIERTE INFORMATIONEN Intelligente Sensoren für explosionsgefährdete Bereiche überwachen wichtige Parameter, um detaillierte Informationen über die Leistung und den Zustand von Komponenten wie Motoren und Pumpen zu liefern. Unter anderen werden Parameter wie die Drehzahl, Vibration oder Temperatur des Motors ermittelt, wodurch ein besserer Einblick in die Motorperformance gewonnen wird und sich Energiesparpotenziale für den Betrieb ermitteln lassen. Außerdem weisen die Sensoren auf notwendige Wartungsarbeiten hin, beispielsweise das Nachschmieren eines Lagers. Die von den Sensoren gesammelten Daten unterstützen die Vorhersage potenzieller Störungen, so dass frühzeitig vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden können. Auf diese Weise können unerwartete Ausfallzeiten verhindert und Kosten reduziert werden, da eine vorbeugende Wartung wesentlich günstiger und weniger störend ist als die reaktive Wartung. Anlagen in schwer zugänglichen oder gefährlichen Bereichen können mit den Sensoren sicher aus der Ferne überwacht werden. Mitarbeiter müssen kritische Standorte also seltener betreten, was zu ihrer Sicherheit beiträgt. Die neue Generation des smarten Sensors von ABB wurde mit einer besseren internen Sensorik ausgestattet, die genauer und leistungsfähiger ist als die der Vorgängerversionen. Er verfügt zudem über einen größeren Ringspeicher für die Messungen und besitzt eine bis zu dreimal längere Batterielebensdauer als die meisten vergleichbaren Produkte. Der Sensor kommuniziert über Bluetooth 5.0, Bluetooth Low Energy oder Wireless- HART-Technologie mit Smartphones, Tablets, PCs und Gateways von Anlagen. Dank eines neuen Antennendesigns ist auch bei Entfernungen von mehreren hundert Metern (Sichtverbindung) eine zuverlässige Kommunikation möglich. Zusätzlich zeichnet sich der Sensor durch eine hochfrequente Vibrationsmessung aus, wodurch frühzeitig Lagerschäden erkannt werden können. AUSGELEGT FÜR EXPLOSIONSGEFÄHRDETE BEREICHE Beim Design von Sensoren für explosionsgefährdete Bereiche sind verschiedene Herausforderungen zu berücksichtigen: Die Geräte müssen hoch- und niederfrequente Vibrationen messen, robust genug für raue und explosive Umgebungsbedingungen sein und eine lange Lebensdauer besitzen. Während die meisten vergleichbaren Sensoren nur Vibrationen und die Temperatur messen, misst der ABB Ability Smart Sensor zusätzlich Vibrationen, Magnetfeld, Temperatur und Geräusche. Das erlaubt eine sehr genaue Messung der Drehgeschwindigkeit von Motoren. Um für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert zu werden, muss ein Sensor spezifische Design-Anforderungen erfüllen und mehreren Normen entsprechen. Beispielsweise muss gewährleistet sein, dass ein interner Kurzschluss in der Batterie nicht zu einer Erwärmung führt, die Gas entzünden könnte. Wenn batteriebetriebene Sensoren während der Tests kurzgeschlossen werden, darf die entstehende Temperatur nicht über 135 °C liegen (normierter Höchstwert für die Temperaturklasse T4). Die interne Hardware darf außerdem keine Wärme oder Funken erzeugen, die Gas entzünden könnten. Die Sensoren müssen daher mit leitfähigem Material gefüllt sein, damit bei einer Beschädigung des Gehäuses keine Wärme oder Funken entstehen. Des Weiteren muss der Sensor den aus seiner Umgebung resultierenden Belastungen standhalten können. Für den Sensor war ein Temperaturbereich von -40 bis +85 °C vorgesehen, wie er für die meisten elektronischen Bauteile typisch ist. Tatsächlich kann er jedoch Temperaturen von -70 °C bis +130 °C standhalten, wie die HALT-Versuche (Highly Accelerated Life Tests) gezeigt haben. Dabei wurde der Sensor Zyklen mit hohen und niedrigen Temperaturen und einer Kombination aus starken Vibrationen und extremen Temperaturen ausgesetzt. 36 antriebstechnik 2021/03 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: CONDITION MONITORING 02 LANGE LEBENSDAUER Der Sensor wird für die gesamte Lebensdauer versiegelt (Schutzart IP66/67) und kann in wenigen Minuten mit einer einfachen Halterung direkt an der Anlage angebracht werden. Genutzt werden langlebige Primärbatterien, da bei austauschbaren Batterien die Gefahr besteht, dass durch falsches Öffnen des Sensors oder falsches Einsetzen neuer Batterien der Schutz gegen das Eindringen von Staub, Wasser und Gas beeinträchtigt und die Zertifizierung gefährdet wird. Der von ABB entwickelte Sensor erfüllt alle diese Anforderungen. Die Batterie und die Lötstellen sind in einem eigenen Batteriehalter untergebracht, der durch einen Luftspalt von den primären Wärmequellen getrennt ist. Der Sensor überwacht den Kriechstrom durch Messung der Batterietemperatur im laufenden Betrieb und den Vergleich dieser Temperatur mit bestehenden Modellen. Wird der Sensor nicht benutzt, wird er in einen Ruhezustand versetzt und verbraucht dann nur sehr wenig Energie. Der Sensor erfasst die Dauer der einzelnen Verbrauchsvorgänge, berechnet die verbrauchte Ladung und zieht diese von der anfänglichen Batteriekapazität ab. So lässt sich die verbleibende Lebensdauer der Batterie präzise schätzen. ZUKUNFTSSICHERES DESIGN Bei der Konzeption des Sensors wurde auf Aufwärtskompatibilität geachtet. Die Firmware lässt sich dank einer flexiblen Softwarearchitektur, die einzelne Komponenten von der Hardware-/Betriebssystemplattform entkoppelt, problemlos an neue Anforderungen anpassen. Insgesamt ist die Firmware als Softwareprodukt ausgelegt. Das macht sie zukunftssicher und ermöglicht die Entwicklung neuer Sensorvarianten auf der Grundlage derselben Plattform. Der neue Smart Sensor stellt mit seiner größeren Empfindlichkeit für geringfügige Veränderungen des Anlagenzustands einen großen technischen Fortschritt dar. Dank modernster integrierter Elektronik, die hoch entwickelte Algorithmen umfasst, kann er ein viel breites Datenspektrum generieren. Dadurch erhalten Anlagenbetreiber und Wartungsteams aufschlussreiche Informationen, um potenzielle Störungen im Vorfeld zu erkennen und einzugreifen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Bilder: ABB www.abb.de DIE IDEE „Der drahtlose Smart Sensor für explosionsgefährdete Bereiche überwacht wichtige Parameter, um wertvolle Informationen über die Leistung und den Zustand von Komponenten wie Motoren und Pumpen zu liefern. Anlagen in schwer zugänglichen oder gefährlichen Bereichen können so sicher aus der Ferne überwacht werden. Dank der Kombination von Konnektivität und Datenanalysen können Betreiber ihre Wartungsaktivitäten im Vorfeld planen, Ausfallzeiten reduzieren und die Lebensdauer von Anlagen erhöhen.“ Esther Escribano, Product Manager Digital Innovation, ABB Automation Products GmbH www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/03 37