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Antriebe: Der Frequenzumrichter denkt voraus

Antriebe
Der Frequenzumrichter denkt voraus

Der Frequenzumrichter übernimmt immer mehr Steuerungsfunktionen. Danfoss bietet erste Ansätze für den smarten Sensor, der auch Predictive Maintenance kann.

Martin Cerný
Product Marketing Manager, Danfoss Drives, Offenbach

Bereits auf der Fachmesse SPS IPC Drives 2017 hat der Antriebsspezialist Danfoss Funktionen für eine vorausschauende Wartung in seinen Frequenzumrichtern vorgestellt. Nun ist die Technik marktreif. Dem Konzept zugrunde liegt die sogenannte zustandsorientierte Überwachung (Condition based Monitoring), die es ermöglicht, den Antrieb selbst, den Motor und die Peripherie zu überwachen. Der Frequenzumrichter ist so in der Lage, Abweichungen vom Normbetrieb zu erkennen und auf diese zu reagieren. Dadurch gewinnt der Anwender eine zusätzliche Entscheidungshilfe, um seine Applikation oder Anlage noch effizienter zu betreiben. Die Wartung kann dadurch bedarfsgerecht im wirtschaftlich und technisch optimalen Zeitfenster durchgeführt werden.

Frequenzumrichter kann nun auch Condition Monitoring

Während des Motorbetriebs erfasst der Frequenzumrichter permanent unterschiedliche Messwerte, die für weitergehende Analysen verarbeitet werden. Die Grundlage ist eine sogenannte Baseline-Messung, die den Normalzustand der Anwendung im gesamten Betriebsbereich darstellt. Die Baseline wird im Betrieb mit dem Ist-Zustand abgeglichen. Abweichungen werden über entsprechende, im VDMA-Einheitsblatt 24582 festgelegten Warn- und Alarmlevels angezeigt. Im ersten Schritt beinhaltet das Condition Monitoring drei Funktionen:

  • Überwachung der Motorisolation erkennt frühe Fehlerentwicklung in der Statorwicklung
  • Überwachung der mechanischen Vibration um Verschleiß, Falschausrichtung oder Unwucht festzustellen (gemäß ISO 13373/ ISO 20816)
  • Überwachung der Lasthüllkurve um etwa verstopfte Filter oder versandete Pumpen durch das Monitoring des Lastverhaltens der Anlage und dessen Veränderung gegenüber dem typischen Betriebsverhalten festzustellen

Mit den geschilderten Funktionen lassen sich Anwendungen proaktiv überwachen, um von der zeitbasierten Wartung oder der Reparatur nach ungeplantem Ausfall wegzukommen.

Frequenzumrichter liest Kerndaten aus Antrieben in Echtzeit aus

Ergänzend zu den oben genannten Funktionen können auch wichtige Kerndaten in Echtzeit aus den Antrieben ausgelesen werden und in einer Cloud, beispielsweise über das Drive-Pro Remote Monitoring, analysiert werden. So hat der Anwender weitere Möglichkeiten, um die Performance und die Verfügbarkeit seiner Anlage oder Maschine sicherzustellen und zu verbessern.

Wo wird die Technik eingesetzt?

Der Einsatzbereich des Condition based Monitoring ist vielfältig. Derzeit laufen eine Reihe von Pilotanwendungen. Neben der Überwachung von Ventilatoren auf Unwucht durch den Vibrationssensor gibt die Lasthüllkurve bei dieser Anwendung aus dem Bereich Heizung, Lüftung, Klimatechnik etwa Auskunft darüber, ob die Anlage im definierten Betriebsbereich arbeitet oder ob sie durch sich zusetzende Filter und dadurch steigender Leistungsaufnahme immer ineffizienter wird. Damit kann der Anwender das für ihn passende wirtschaftliche Gleichgewicht finden zwischen Energieverbrauch und Kosten für die Wartung oder dem optimalen Zeitpunkt für einen Filtertausch.

Ähnliches gilt für Pumpen, bei welchen sich der mechanische Verschleiß am Laufrad erkennen lässt. Weitere aktuelle Pilotprojekte sind Kompressoren zur Belüftung von Klärbecken.

Nachfolgend wird die Zielgruppe der zu überwachenden Komponenten erweitert. Vorstellbar, wenn auch nicht der kritische Baustein im Antriebsstrang, kann in sehr rauen Umgebungen auch der Frequenzumrichter selbst der Fokus von Condition-based-Monitoring-Algorithmen sein, wie etwa für die Überwachung von Leistungshalbleitern (IGBT) oder Kondensatoren.

Danfoss geht diesen Weg bewusst gemeinsam mit Kunden in Projekten, weil so am effektivsten sein Antriebs-Know-how mit dem Prozess-Know-how des Anwenders zu laufenden Lösungen verschmilzt. Mit Predictive Maintenance kann der Anwender frühzeitig Anzeichen für Defekte feststellen, sie auswerten und darauf reagieren: Durch die proaktive Wartung steigt zudem die Anlagenverfügbarkeit.

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