Steuerung und Diagnose aus einer Hand - Vorbeugende Instandhaltung bei Automatikarmaturen. Zustandsorientierte Wartung ist derzeit eines der Schlagworte in der Automatisierung. Der Gedanke dahinter ist, fest definierte Wartungszyklen durch bedarfsorientierte Wartung zu ersetzen.

Bei Anlagen, in denen mit gängigen Feldbus-Protokollen gearbeitet wird, lässt sich das mittlerweile auch in einigen Anwendungen realisieren.

Automatikarmaturen war diese Methode jedoch bislang verschlossen, weil sie in den seltensten Fällen in Feldbusnetze eingebaut sind. Hier setzt das Valve-Control-System der Firma Bar an.

Was in der Medizin gilt, ist auch für die Prozessautomatisierung richtig: Vorbeugen ist besser als Heilen. Oder anders ausgedrückt: Wenn in einer Anlage erst einmal die Prozessparameter aus dem Ruder laufen, kann man nur noch reagieren und versuchen zu retten, was noch zu retten ist.

Oft bedeutet das lange Stillstandszeiten, bis die Anlage wieder in Gang gesetzt ist und damit kostenintensive Produktionsausfälle. Eine Möglichkeit, dem Ausfall vorzubeugen, ist Wartung nach festgelegten Wartungszyklen. Dabei werden jedoch auch Komponenten ausgetauscht, die unter Umständen noch voll funktionsfähig sind.

Vorbeugende Instandhaltung und zustandsorientierte Wartung sind deshalb die Schlagworte, die in diesem Zusammenhang in der Automatisierungstechnik immer wieder fallen.

In der Praxis fehlen gerade in der Prozessautomation aber oft noch die passenden Instrumente, um diesen vollkommen richtigen Ansatz in die Tat umsetzen zu können. Bei Anlagen, in denen mit gängigen Feldbus-Protokollen gearbeitet wird, lassen sich heute Diagnose-Informationen bereits sehr gut für die zustandsorientierte Wartung nutzen.

Gleichzeitig liegt damit die Schwierigkeit bei der vorbeugenden Instandhaltung von Automatikarmaturen auf der Hand: Die wenigsten der derzeit verbauten Automatikarmaturen finden sich in Anlagen, die über Feldbus kommunizieren. Die Armaturen-Experten der Firma Bar aus Dattenberg sahen diesen Missstand und haben daher mit ihrem Valve-Control-System Bar-vacotrol ein Diagnose-Tool für die Prozessautomation geschaffen.

Dank modularem Aufbau lässt sich die Systemlösung flexibel an zahlreiche Kundenanforderungen anpassen und bietet mit zusätzlichen Steuermodulen eine Komplett-Lösung für Steuerung und Diagnose aus einer Hand.

Erster Diagnose-Ansatz: Statussignale

Der erste Ansatz zum Ermitteln von Diagnose-Informationen ist die Bildung von Statussignalen. Die Vorgehensweise ist dabei, typische Verhaltensmerkmale von Automatikarmaturen zu beobachten und mit Hilfe vorher bestimmter Grenzwerte Statussignale abzuleiten.

Die Vorgänge im pneumatischen Schwenkantrieb sind dabei für die Beobachtung und Zustands-Beurteilung besonders geeignet. So kündigt das Statussignal „Wartungsbedarf" eine begrenzte Betriebszeit einer Armatur an und macht darauf aufmerksam, dass das Betriebsmittel z. B. nach max. 100 Betriebsstunden gewartet werden sollte.

Das Statussignal „dringender Wartungsbedarf" hingegen macht deutlich, dass z. B. schon innerhalb der nächsten 10 Stunden eine Wartung fällig ist. Je nach Einsatzbereich und Anforderungen hat diese Methode jedoch zwei grundsätzliche Nachteile.

Der Erste: Um im Bild der Medizin zu bleiben, werden bei dieser Methode Symptome, nicht aber die Ursachen selbst beobachtet.

Damit zusammen hängt daher auch der zweite Nachteil: Nach Absetzen eines Statussignals muss das Bedien- oder Wartungspersonal zuerst noch die Problemursache ermitteln, bevor es entsprechend reagieren kann.

Mehr als nur Statussignale

Um bei den Ursachen selbst anzusetzen, haben die Dattenberger ein völlig neues Überwachungskonzept entwickelt. Bisher bekannte Lösungen messen das zeitliche Verhalten einer Stellbewegung. Das neue Konzept dagegen überwacht die Kräfte und Momente, die die Stellbewegung hervorrufen.

Dazu wird nach einem patentierten Verfahren direkt am Antriebskolben der Differenzdruck ermittelt; denn das Drehmoment des Antriebs ist direkt proportional zum Differenzdruck an den Kolbenflächen.

Trägt man den Differenzdruck über dem Schwenkwinkel auf, entsteht eine aussagekräftige Kennlinie, die auch als „Armaturencharakteristik" bezeichnet werden kann (Abb. 1).

Mit Hilfe dieser Armaturencharakteristik können zu verschiedenen Merkmalen Diagnoseinformationen gebildet werden, nämlich zur Änderung der Druckdifferenz im Antrieb im mittleren Schwenkbereich der Armatur sowie zur Änderung der Druckdifferenz im Antrieb durch Drehmoment-Änderung beim Schließen der Armatur.

Weitere Merkmale sind die Änderung des Klappenarbeitsintegrals beim Öffnen/Losbrechen der Armatur, die Änderung der Drehmomentreserve im Losbrechbereich der Armatur sowie der Abfall des Systemdruckes im Schwenkbereich der Armatur.

In diesen Bereichen auftretende Änderungen werden jeweils mit einer hinterlegten Armaturencharakteristik verglichen (Abb. 2).

Diese Informationen erleichtern einem Anlagen-Instandhalter die Arbeit wesentlich bei der weitergehenden Aufklärung, welche Ursache genau zu einer Statusmeldung geführt hat. Auf Basis dieser Technologie sind drei verschiedene Produktvarianten von im Programm bzw. in Planung.

In der ersten Variante werden die für das jeweilige Merkmal vereinbarten Grenzwerte über einen Gerätebus übertragen. Die Visualisierung als Grafik oder Textausgabe übernimmt ein daran angeschlossenes Zusatzgerät.

Die zweite Variante stellt Schwenkwinkel und Differenzdruck als Analogsignale von 4 bis 20 mA zur Verfügung. Eine SPS kann dieses Signal weiterverarbeiten, ähnlich wie bei der ersten Variante (Abb. 3).

Die SPS kann dann auch weitere anwendungsspezifische Aufgaben wie z. B. Registrierung, Archivierung, zyklische Abfrage und Service Unterstützung übernehmen. Eine Variante mit Feldbusschnittstelle ist im nächsten Entwicklungsschritt vorgesehen.

Alles aus einer Hand

Sinnvolle Werkzeuge für die Armaturen- Diagnose herzustellen war jedoch nur eines der Entwicklungsziele. Gleichzeitig sollte ein modulares Valve-Control-System entstehen, das viele Möglichkeiten praktischer Gerätenutzung integriert.

Bislang mussten Anwender hier auf unterschiedliche Gerätekonzepte oft auch unterschiedlicher Hersteller zurückgreifen. Bar-vacotrol bietet neben ausgeklügelten Diagnosefunktionen auch verschiedene Varianten an Stellungsreglern an.

Dabei werden auch die Stellungsregler den veränderten Anforderungen des Marktes gerecht. Während man bislang Quarterturn Armaturen nur eingeschränkt als Regelarmaturen betrachtete, sind deren Einsatzbereiche in den letzten Jahren deutlich gewachsen.

Ihre Regelung übernehmen in den meisten Anwendungen jedoch immer noch abgewandelte Stellungsregler aus dem Bereich der linearen Stellgeräte. Bei diesen Reglern bezahlt man aber nicht benötigten technischen Overhead.

Die Stellungsregler sind daher speziell auf Quarterturn Armaturen ausgelegt und bieten für diesen Bereich ein optimales Preis-/Leistungsverhältnis.

Kontakt:

Olaf Kliemisch
Bar GmbH, Dattenberg
Tel.: 02644/96070
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