DD260351A1 - Verfahren und anordnung zur betriebsdiagnose - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Betriebsdiagnose (Betriebsdiagnosesystem) beschrieben, welche universell fuer grosse Anlagen, Kraftwerke, Chemiebetriebe usw. einsetzbar sind. Das System erlaubt die Ermittlung des Abnutzungsverlaufs, die Ableitung der Restfunktionsdauer, der betrieblichen und Instandhaltungsmassnahmen zur Abwendung grosser Schaeden, Folgeschaeden und Begrenzung von Produktionsausfaellen. Dazu erfolgt auf fest programmierten Analyserechnern 1 in Prozessnaehe die Verarbeitung stationaer gewonnener Messsignale bis hin zu darstellbaren Ergebnissen, die dann einem fest programmierten Monitorrechner 2 uebergeben werden, zur Anzeige fuer das Bedienpersonal und Protokollierung auf Massenspeicher 2 a. Zyklisch gewonnene Messdaten von Diagnose- und Datenerfassungsgeraeten D werden einem dritten frei programmierbaren Diagnoserechner 3 ueber die entsprechenden Eingaenge 3 c zugefuehrt. Der Diagnoserechner enthaelt ein Programmiergeraet 3 b zur Programmierung der Rechner 1 und 2 und das entsprechende Ein/Ausgabegeraet 3 a fuer den Massenspeicher wie Rechner 2. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist zunächst für die Anlagenzustandsüberwachung von energetischen Anlagen vorgesehen. Sie kann in allen Anlagen, wo eine Vielzahl verschiedener Maschinen und Anlagenkomponenten zu überwachen ist, verwendet werden, d. h. Chemiebetriebe,Textilbetriebe usw.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Große Industrieanlagen, wie Kraftwerke, Chemiebetriebe etc., zeichnen sich durch hohe Verfügbarkeitsanforderungen und einen hohen Ausrüstungsgrad aus, womit ein Ausfall von Anlagenkomponenten zu großen Schäden und Folgeschädenführen kann, jedoch immer mit Produktionsausfällen verbunden ist.

in diese Anlagen installierte, sowohl ältere als auch moderne Prozeßleitsysteme sind so ausgelegt, daß der Prozeß der nach der höchsten Effektivität an den Grenzen garantierter Belastungswerte geführt wird.

Auf dieser Basis und statistischen Beobachtungen wurde und wird ein System von Instandhaltungen abgeleitet.

Die gegenwartig noch praktizierten Methoden der planmäßigen Instandhaltungen mit starrem Zyklus schöpfen die Abnutzungsreserve bestimmter Anlagen komponenten nicht aus, andere Komponenten werden unbekannt über ein vertretbares Risiko betrieben.

Dieses Vorgehen verlangt große Instandhaltungskapazitäten und -material bei einer nur begrenzten Verfügbarkeitssicherung.

Durch eine zustandsbezogene Instandhaltung auf Basis der technischen Diagnostik ist eine spürbare Verringerung der genannten Nachteile möglich.

Diagnosesysteme, die Prozeßleitsysteme bezüglich der Beobachtung des Schädigungsverlaufs der Anlage ergänzen, somit also die Möglichkeit wirtschaftlicherer und technisch begründeter Instandhaltungsmaßnahmen eröffnen, gewinnen an Bedeutung.

Wegen ihrer Neuheit, noch nicht genau bekannter bzw. gesicherter Diagnoseverfahren und Parameter, ist bei Diagnoseverfahren noch keine klare und durchgängige Struktur erkennbar, die eine Übertragung von einem Anwendungsfall zum anderen gestattet, d.h. allgemeingültig ist.

So gibt es Diagnosesysteme, die für einen speziellen Anwendungsfall-, ein bestimmtes Aggregat entwickelt wurden.

WO 85/00455 G 07 C 3/00

System for operational monitoring of a machine,

EP 0050364 G 05 D 11/13, G 06 F 15/46

Electronic control apparatus for an internal combustion engine,

die Teilkomponenten des Überwachungssystem der Kraftwerk Union AG, das Rauschanalysesystem RAS 1000 vom ZfK Rossendorf,

das Schwingungsüberwachungssystem SUES 500 vom IEV Dresden und OIKVetschau.

Des weiteren existieren Beschreibungen von Meßanalyserechnern bzw. von bestimmten Diagnoseverfahren zugeordneten Rechnern, wie z. B.

EP 0 002 232 G 06 F 15/20, G 07 G 3/00

data acquisition system,

DE-OS-26 22120 G 08 B 19/00, G 06 F 15/46

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Überwachung von Anlagen als Meßanalyserechner und

Save T von Bruel & Kjaer,

Data-Collector-Prosessor-System der Reutlinger GmbH als bestimmten Diagnoseverfahren beigestellten Rechnern.

Diese Rechner sind für Echtzeituntersuchungen mehrerer Meßkanäle nicht geeignet.

Keine der beiden Varianten erlaubt die Diagnose von großen Anlagen bzw. Anlagenkomponenten mit der Verarbeitung von zyklisch gewonnenen Meßdaten und Verarbeitung stationärer Meßdaten vieler Kanäle im Echtzeitbetrieb. Das Diagnosesystem muß vom Fachmann (Diagnostiker) änderbar, d. h. für neue Verfahren und Parameter aufnahmefähig sein. Gegenüber bekannten Diagnosesystemen haben moderne Prozeßleitsysteme eine gut gegliederte Struktur in der Form, daß eine Reihe von Prozeßautomatiken (auf Rechnerbasis) und Auswerterechner, Leitrechner, Massenspeicher usw. miteinander über einen sogenannten Betriebsbus gekoppelt sind.

Damit ist jede Prozeßautomatik zunächst an einen bestimmten Auswerte-, Leitrechner zwecks Datenaustausch gebunden. Sofern der Betriebsbus die Möglichkeit läßt, können alle Systemkomponenten aufeinander zugreifen. Als solche Prozeßleitsysteme sollen genannt werden

Teleperm M, Siemens AG,

Contronic P, Mannesmann Hartmann & Braun AG,

TDC 3000, Honeywell GmbH, audatec, Kombinat Automatisierungsanlagenbau

Diese Prozeßleitsysteme berücksichtigen die genannten Aufgaben und Spezifika der Diagnose nicht.

Ziel der Erfindung

Es soll ein Diagnosesystem entwickelt werden, das die Ermittlung des Abnutzungsverlaufs, die Ableitung der Restfunktionsdauer erlaubt, um betriebliche- und Instandhaltungsmaßnahmen abzuleiten, mit denen ökonomische Folgen, wie große Schäden, .

Folgeschäden und Produktionsausfälle vermieden bzw. minimiert werden.

Es wird automatisch die Arbeitssicherheit des Bedienpersonals erhöht und die Umwelt entlastet.

Das Diagnosesystem soll selber keine spezielle hochentwickelte und schnelle Rechentechnik fordern, sondern auch in 8bit Rechentechnik den Anforderungen gerecht werden.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Betriebsdiagnose (Betriebsdiagnosesystem) zu entwickeln, das bzw. die es ermöglichen, sowohl im Echtzeitbetrieb stationär gewonnene Meßdaten als auch zyklisch gewonnene Meßdaten von Schädigungsprozessen zu verarbeiten und anzuzeigen.

Dem Nichtfachmann (Bedienpersonal der Anlage) soll rechtzeitig der Zustand der überwachten Anlage signalisiert werden und dem Fachmann (Diagnostiker) die Möglichkeit gegeben werden, durch spezielle Diagnosemethoden eine Tiefendiagnostik zu realisieren, betriebliche- und Instandhaltungsmaßnahmen abzuleiten sowie neue Diagnoseverfahren zu entwickeln und anzuwenden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

— aufgenommene Meßsignale ständig zu analysierender Größen in Prozeßnähe in der Form verarbeitet werden, daß die Signalanalyse und der Parametervergleich bis hin zu fertig errechneten, darstellbaren Werten geführt wird und diese Werte dann an einer zentralen Stelle (Leitstand, Warte) dem Bedienpersonal zur Anzeige gebracht und dort protokolliert werden.

— von einem weiteren Ort diese Werte ebenfalls abgegriffen und an dem weiteren Ort zur Anzeige gebracht werden können und außerhalb der Übertragungszeit der Werte zur zentralen Stelle in Prozeßnähe ermittelte andere Werte abrufbar sind, um sie einer näheren oder anderen Analyse zuzuführen.

— an diesem weiteren Ort die zyklisch gewonnenen analogen oder digitalen Meßdaten einer Analyse zugeführt werden.

— neue Diagnose- und Verarbeitungsalgorithmen an diesem weiteren Ort als Programme erarbeitbar sind, mit denen die bereits vorhandenen Programme der Signalanalyse in Prozeßnähe und/oder Programme der Anzeige und Protokollierung an der zentralen Stelle komplettiert oder abgelöst werden.

— neu gewonnene Vergleichswerte an diesem weiteren Ort analog den neu erarbeiteten Diagnose- und Verarbeitungsalgorithmen in die Programme der Signalanalyse in Prozeßnähe und/oder Anzeige und Protokollierung einfügbar sind.

Die dazugehörige Vorrichtung, ein über einen Betriebsbus gekoppelten Rechnerverbund, besteht aus den in Prozeßnähe untergebrachten fest programmierten Analyserechnern, aus einem oder mehreren fest programmierten Monitorrechnern an der zentralen Stelle und einem oder mehreren frei programmierbaren Diagnoserechnern an dem weiteren Ort.

Der oder die Monitorrechner und der oder die Diagnoserechner sind zum Zweck der Ereignisauswertung (Protokollauswertung) mit den gleichen Ein/Ausgabegeräten für einen Massenspeicher versehen.

Der oder die Diagnoserechner enthalten freie Analog- und Digitaleingänge für transportable Diagnose- und Datenerfassungsgeräte und Programmiergeräte für die Speicher der Programme der Analyse- und Monitorrechner.

Ausführungsbeispiel

Die Erläuterung des Verfahrens und der Vorrichtung zur Betriebsdiagnose erfolgt an Hand der Diagnose rotierender Maschinen eines Kraftwerkes.

Rotierende Maschinen (Turbine, Generator, Turbo- und Elektrospeisepumpe) mit Gleitlagern verfügen vom ersten Anstreifen des Rotors im Lager bis zur Zerstörung über eine Zeit im Sekunden-bis Minutenbereich.

Die Lager dieser Maschinen sind mit fest installierten Schallaufnehmern M ausgerüstet.

Jede Sekunde wird von jedem Lager die Schallemission über eine oder mehrere Rotorumdrehungen aufgenommen, das Intervall der Rotorumdrehung in Teilintervallen konstanter Länge aufgeteilt und jeweils die Summe der in den einzelnen Teilintervallen empfangenen Impulse gespeichert.

Daraus sollen folgende Werte errechnet werden:

Impulsdichte über den Rotorumdrehungen,

maximale Impulsdrehzahl eines Teilintervalls,

Effektivwert der Impulsdichteschwankung

und der Vergleich mit vorgegebenen Grenzwerten vorgenommen werden.

Eine Rechenzeitanalyse.bei der Generator und Turbine einem Rechner und die beiden Pumpen einem anderen Rechner zugeordnet wurden, somit jeder Rechner ca. 20 Meßstellen abzufragen hat, ergab, daß alle oben genannten Aufgaben schon vor Ort bis zu kodierten darstellbaren Ausgangswerten gelöst werden müssen, um einen angeschlossenen Monitorrechner Zeit zur Anzeige und Protokollierung auf einem Massenspeicher, z.B. Diskette, zu lassen. Die Rechner vor Ort werden Analyserechner.

Neben den gleitgelagerten Maschinen existieren eine Reihe wälzgelagerter Aggregate, Elektromotoren, Mühlen, Lüfter etc. Die beobachtbare Abnutzung eines Wälzlagers verläuft langsam. Tage bis Jahre.

Damit sind diese Meßstellen zyklisch über größere Perioden abzufragen, was mit tragbaren rechnerkoppelbaren Diagnosegeräten erfolgt, so z. B. einem Schwingungsdiagnosegerät M 1302 vom VEB Robotron.

Des weiteren gibt es Aggregate,für die noch kein oder kein gesichertes Diagnoseverfahren existiert, die aber in die Diagnose aufgenommen werden sollen. Man wird versuchen, über mehr oder minder willkürliche Messungen, z.B. Aufnahme der Schwingungssignale auf Tonband und Auswertung der Messungen, zu brauchbaren Ergebnissen zu kommen. Mit diesen beiden Aufgaben kann der Monitorrechner nicht beaufschlagt werden, um dem Bedienpersonal jederzeit die gewünschte Anzeige der stationär gewonnenen Analysewerte zu garantieren.

Der Diagnostiker erhält einen dritten Rechner, den Diagnoserechner, dem diese beiden Aufgaben zugeordnet werden. Um dem Bedienpersonal den Zustand der wälzgelagerten Maschinen zu signalisieren und um dem Diagnostiker gleichermaßen die aktuelle Anzeige der Analysewerte der Analyserechner und Zugriffe auf Meßwerte, z. B. die Zeitsignale selber, zu gestatten, muß dieser Rechner mit dem Monitor- und den Analyserechnern verbunden sein, woraus sich der Betriebsbus ergibt. Die vom Monitorrechner auf auswechselbaren Massenspeicher abgelegten Protokolle eingetretener ungewöhnlicher Ereignisse sind bei Verwendung des gleichen Ein/Ausgabegerätes bei und auf dem Diagnoserechner günstig auswertbar. Da der Diagnostiker bei längerem Betrieb seines Systems lernt, daß verschiedene Grenzwerte unzweckmäßig eingestellt, andere Auswertealgorithmen günstiger sind usw., muß der Diagnoserechner frei programmierbar sein und ein Programmiergerät besitzen, mit dem der Inhalt der Datenträger von Programmen der Analyse- und Monitorrechner geändert bzw. ersetzt werden kann, z. B. EPROM-Programmiergerät.

Es ergibt sich die in Figur 1 dargestellte Grundstruktur mit den fest programmierten Analyserechnern 1, dem fest programmierten Monitorrechner 2 und dem frei programmierbaren Diagnoserechner 3, die miteinander über einen Betriebsbus verbunden sind..

Der Monitorrechner 2 enthält einen auswechselbaren Massenspeicher mit dem zugehörigen Ein/Ausgabesystem 2a, z. B. Diskette und Diskettenlaufwerk.

Das gleiche Ein/Ausgabegerät 3a enthält der Diagnoserechner 3, der zusätzlich mit dem Programmiergerät 3b zur Erstellung neuer Programme bzw. Veränderung von Vergleichswerten und freien Eingängen 3c zum Anschluß von Diagnose- bzw. Datenerfassungsgeräten D ausgerüstet ist

Die Erweiterungsfähigkeit des Systems ergibt sich aus dem Betriebsbus.

Claims (4)

1. Verfahren zur Betriebsdiagnose großer Anlagen, beinhaltend die ständige und zyklische Feststellung des Anlagenzustandes durch unterschiedliche Diagnoseverfahren und den Vergleich mit vorgegebenen Parametern zur Lebensdauerüberwachung und Ableitung von betrieblichen- und Instandhaltungsmaßnahmen, dadurch gekennzeichnet,

— daß aufgenommene Meßsignale ständig zu analysierender Größen in Prozeßnähe in der Form verarbeitet werden, daß die Signalanalyse und der Parametervergleich bis hin zu fertig errechneten, darstellbaren Werten geführt wird und diese Werte dann an einer zentralen Stelle (Leitstand, Warte) dem Bedienpersonal zur Anzeige gebracht werden und dort protokolliert werden.

— daß von einem weiteren Ort diese Werte ebenfalls abgegriffen und an dem weiteren Ort zur Anzeige gebracht werden können und außerhalb der Übertragungszeit der Werte zur zentralen Stelle in Prozeßnähe ermittelte andere Werte abrufbar sind, um sie einer näheren oder anderen Analyse zuzuführen,

— daß an diesem weiteren Ort zyklisch gewonnene analoge ödeTdigltale Meßdaten einer Analyse zugeführt werden,

— daß neue Diagnose- und Verarbeitungsalgorithmen an diesem weiteren Ort als Programme erarbeitbar sind, mit denen die bereits vorhandenen Programme der Signalanalyse in Prozeßnähe und/oder Programme der Anzeige und Protokoilierung an der zentralen Stelle komplettiert oder abgelöst werden,

— daß neu gewonnene Vergleichswerte an diesem weiteren Ort analog den neu erarbeiteten Diagnose- und Verarbeitungsalgorithmen in die Programme der Signalanalyse in Prozeßnähe und/oder Anzeige und Protokollierung einfügbar sind.

2. Verfahren nach Punkt 1 zur Ereignisauswertung, dadurch gekennzeichnet, daß das an der zentralen Stelle angefertigte Protokoll dem weiteren Ort zur maschinellen Auswertung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 zur Ergebnisgewinnung durch zusätzliche Befundeingabe aus Inspektionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Befunde der weiteren Stelle zugeführt werden.

4. Anordnung zur Betriebsdiagnose, ein Rechnerverbund, der über einen Betriebsbus gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Rechnerverbund aus in Prozeßnähe stationierten, fest programmierten Analysenrechnern (1), einem oder mehreren fest programmierten Monitorrechnern (2) an einer zentralen Stelle und einem oder mehreren frei programmierbaren Diagnoserechnern (3) an einem weiteren Ort besteht,

— zur Protokollierung und Ereignisauswertung der oder die Monitorrechner (2) und der oder die Diagnoserechner (3) mit den gleichen Ein/Ausgabevorrichtungen (2a, 3a) für Massenspeicher versehen sind,

— zur Änderung bzw. Ergänzung der Programme bzw. Vergleichsparameter der Rechner (1) bzw. (2), der oder die Diagnoserechner (3) mit Programmiereinrichtungen (3 b) für die Speicher der Programme der Rechner (1) und (2) versehen sind,

— zur Auswertung zyklisch gewonnener analoger und digitaler Meßdaten der oder die Diagnoserechner (3) mit freien Analog- und Digitaleingängen (3c) versehen sind.