Wirksame Zustandsüberwachung und Datenverwaltung in die Industrie bringen

April 10

Industrieturbinen
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Zustandsüberwachung

Thomas Lantermann, Senior Business Development Manager bei Mitsubishi Electric Europe BV, Fabrikautomation - European Business Group, und Douglas Wilson von Raima, sehen sich der Bedeutung des Zustands gegenüber, da Fertigungs- und Prozessunternehmen auf der ganzen Welt einem ständig zunehmenden Druck ausgesetzt sind, die Produktionsleistung zu steigern und die Kosten zu senken Überwachung, umreißen, was heute möglich ist, und Hervorheben, was noch kommen wird.

Da Unternehmen angesichts des zunehmenden globalen Wettbewerbs versuchen, Kosten zu senken, die Produktivität zu steigern und ihre OEE-Werte (Overall Equipment Effectiveness) auf Weltklasse-Niveau zu bringen, sind die Optimierung der Anlagenauslastung, die Reduzierung von Abfall, die Senkung des Energieverbrauchs und die Maximierung der Betriebszeit wichtige Überlegungen.

Der Energieverbrauch und die Kosten für außerplanmäßige Ausfallzeiten sind von besonderer Bedeutung. Die europaweit geltenden Rechtsvorschriften machen es für Unternehmen unerlässlich, den Energieverbrauch zu steuern und Energiespitzen zu minimieren, während die Kosten für außerplanmäßige Ausfallzeiten für Reparaturen zehntausende Pfund pro Stunde betragen können. Die Fähigkeit, Probleme vorherzusagen und während geplanter Wartungsperioden vorbeugend zu beheben, ist von entscheidender Bedeutung.

Eines der wichtigsten Tools zur Behebung dieser Probleme ist die Zustandsüberwachung. Hier werden wichtige Parameter, die den Zustand und den Betrieb von Maschinen und Anlagen anzeigen, kontinuierlich überwacht, beispielsweise um nach wesentlichen Änderungen zu suchen, die auf einen sich entwickelnden Fehler hinweisen könnten. Typische zu überwachende Parameter sind Vibrationen, Temperatur, Schmiermittelverschmutzung, Geräuschentwicklung und Stromaufnahme.

Es gab eine Zeit, in der die Zustandsüberwachung nur in regelmäßigen Abständen durchgeführt wurde. Dies bedeutete, dass Teams von promovierten Wissenschaftlern über Diagramme und Grafiken stöberten und Spitzen analysierten, die darauf hindeuten könnten, dass Maschinen aus dem Gleichgewicht geraten. Es war ein teurer Prozess und nur auf den teuersten Anlagen oder Produktionslinien mit dem höchsten Wert zu rechtfertigen. In den letzten Jahren hat sich das Bild jedoch radikal verändert. Zahlreiche Sensoren von der Stange zeigen auf einfache Weise an, dass die Geräte außerhalb der Toleranz liegen.

Anwendungen erweitern

Eine solche Zustandsüberwachung ist für hochwertige Anlagen wie Windkraftanlagen von entscheidender Bedeutung. Durch neu entstehende Zustandsüberwachungstechniken und -technologien können jedoch auch kleinere Maschinen kostengünstig geschützt werden, sodass jeder die Effizienz verbessern, den Energieverbrauch senken und Ausfallzeiten vermeiden kann. Einzelne Überwachungskanäle können jeder Pumpe, jedem Lüfter, Motor, jeder Zentrifuge, jeder Turbine oder jedem Vibrationssieb zugeordnet werden und bieten eine effektive und kostengünstige Zustandsüberwachung.

Die neuesten intelligenten Geräte, kombiniert mit Verbesserungen der Konnektivität, der Feldbus- und Ethernet-basierten Netzwerke in allen Branchen, waren die Hauptgründe für die zunehmende Einführung von Zustandsüberwachungstechniken. Eine wichtige Überlegung ist jedoch, wie die riesigen Datenmengen, die von zahlreichen Zustandsüberwachungsgeräten generiert werden, gesammelt, gespeichert, verwaltet, analysiert und verarbeitet werden können.

Die resultierenden Datenströme können zwar nicht manuell überwacht werden, gehen aber zunehmend auch über herkömmliche Anlagenautomatisierungsarchitekturen hinaus. Während SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen) ideal für die sequentielle Steuerung und einige analoge Verarbeitungen sind, verfügen sie nicht über die Datenverarbeitungs- oder Analyseleistung, um aus großen Strömen von Zustandsüberwachungsdaten brauchbare Schlussfolgerungen abzuleiten.

Gleichzeitig ist es oft problematisch, diese riesigen Datenströme vom Werksgelände in übergeordnete Datenbanken zu übertragen: Die Integration in herkömmliche PC-Datenbanklösungen (Personal Computer) kann schwierig, kostspielig und zeitaufwändig sein, um sie in Anlagenbetriebssysteme zu integrieren und die Geschwindigkeit zu begrenzen und Volumen der Datenübertragung. Darüber hinaus kann es nach der Analyse der Daten schwierig sein, verwertbare Informationen an das Automatisierungssystem weiterzuleiten.

Was benötigt wird, ist ein neuer Ansatz, der innerhalb der Automatisierungsarchitektur beginnen muss. Mitsubishi Electric hat dies mit seinem C-Controller behoben - einer dedizierten C-Sprach-CPU, die eigenständig arbeitet oder auf Standard-SPS-Hardware der MELSEC Q-Serie montiert wird. Die C-Controller-CPU lässt sich nahtlos in bewährte E / A, Netzwerkmodule und Bewegungssteuerungskarten der Q-Serie integrieren und bietet eine flexible, zuverlässige, leicht erweiterbare, Rack-basierte PC-Lösung als Teil einer multidisziplinären Automatisierungsplattform.

Die Art der Datenanalyse, die für die Zustandsüberwachung erforderlich ist, eignet sich von Natur aus besser für einen PC-basierten Ansatz als für einen SPS-basierten Ansatz, und viele Systementwickler sind bei der Entwicklung komplexer Datenanalyseprogramme in C oder C ++ weitaus komfortabler als in SPS-Sprachen.

Beide Wege

Der C-Controller bietet das Beste aus beiden Welten und eröffnet Ingenieuren, die in C und C ++ programmieren, die Welt der Automatisierung mit Standardhardware der MELSEC Q-Serie, die eine hohe Systemzuverlässigkeit, eine stabile langfristige Versorgung und niedrigere Wartungs- und Verwaltungskosten gewährleistet. Es bietet eine fortschrittliche PC-basierte Steuerung mit reduzierten Gesamtbetriebskosten und erhöhter Betriebsstabilität sowie den zusätzlichen Vorteil einer nahtlosen Integration in die SPS und eine breitere Automatisierungsumgebung.

Der C-Controller ist in drei Mitsubishi Electric iQ Platform-fähigen CPU-Modulen (Zentralprozessoreinheit) erhältlich. Die Modelle Q12DCCPU und Q24DCCPU umfassen zwei bzw. drei Ethernet-Ports, einen RS232-Port, einen USB-Port, einen CompactFlash-Kartensteckplatz und ein 7-Segment-Display zum Debuggen und zur Diagnose. Das dritte Modell namens Q06CCPU bietet einen Ethernet-Anschluss, einen RS232-Anschluss und einen CompactFlash-Kartensteckplatz. Auf allen CPUs ist das Echtzeitbetriebssystem Wind River VXWorks vorinstalliert. Zu den Optionen für die Programmentwicklungsumgebung gehören Mitsubishi Electric's eigene CW Workbench und Wind River's Work Bench für den Q12 und Q24DCCPU oder Tornado für den Q06CCPU.

CW Workbench ist ein neues Engineering-Tool von Mitsubishi Electric, das speziell für den C-Controller entwickelt wurde und die schnelle, einfache und kostengünstige Entwicklung von eingebetteten Systemen in Originalgröße ermöglicht. CW Workbench bietet alle wesentlichen Funktionen, die für die Systementwicklung erforderlich sind, einschließlich Editor, Compiler und Debugger. Mitsubishi Electric bietet außerdem eine vollständige Suite von Einstell- und Überwachungstools für die C-Controller-CPUs, die programmfreie Parametereinstellungen und programmfreie Diagnose ermöglichen. Dies führt zu einem einfachen Mittel zum Überwachen des Status angeschlossener Module und zum einfachen Durchführen eines einfachen Debuggens.

Mitsubishi Electric hat die Lösung in Bezug auf das Sammeln, Speichern, Verwalten und Analysieren der großen Datenmengen im Zusammenhang mit der Zustandsüberwachung weiterentwickelt und mit dem Partner der eF @ ctory Alliance, Raima, zusammengearbeitet, um die Ausführung der RDM Embedded-Datenbanktechnologie von Raima auf dem C-Controller zu ermöglichen ZENTRALPROZESSOR.

Dies bietet eine robuste Datenbankplattform, mit der Daten direkt mit dem Controller gespeichert, verwaltet und abgerufen werden können, anstatt eine übergeordnete PC-Datenbank zu verwenden. Dies bietet ein großes Potenzial für eine höhere Leistung und eine einfachere Integration. Benutzer können sowohl das Echtzeitbetriebssystem als auch die C-Programmierumgebung der CPU nutzen, um RDM Embedded an bestimmte Anwendungsanforderungen anzupassen.

Datenbanktechnologie

RDM Embedded ist eine leistungsstarke Embedded-Datenbanklösung mit geringem Platzbedarf, die in den letzten 25 Jahren erfolgreich in Millionen geschäftskritischer Anwendungen und Geräte eingesetzt wurde. Eingebettet in den Mitsubishi Electric C-Controller bietet die kombinierte Mitsubishi Electric-Raima C NetDB-Lösung eine Datenbank, in der Controller-Daten schnell, vorhersehbar und zuverlässig erfasst werden können Daten. Es handelt sich um eine ACID-konforme Datenbank (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), sodass die gesammelten Informationen garantiert korrekt sind. Automatische Wiederherstellungsfunktionen stellen sicher, dass Daten niemals aufgrund eines Systemfehlers beschädigt werden. Und RDM Embedded bietet die hohe Verfügbarkeit, die in modernen Fertigungsprozessen erforderlich ist.

Die C NetDB ist einfach einzurichten und wird mit vorinstalliertem Betriebssystem geliefert. Sie muss nur in das Basis-Rack der Mitsubishi Electric Q Platform eingesetzt werden. Mit der Standard-C-Programmierung kann es dann einfach konfiguriert und an die individuellen Bedürfnisse angepasst werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen PC-Lösung werden Wartungszeit und -kosten erheblich reduziert. Beispiel: Für die stabile Betriebsumgebung sind keine ständigen Patches und Upgrades erforderlich, die mit einem herkömmlichen PC-Betriebssystem (Betriebssystem) möglich sind. Darüber hinaus werden dadurch die problematischen Kompatibilitätsprobleme verringert, die manchmal auftreten, wenn sich PC-Betriebssysteme ändern.

Zu den Hauptmerkmalen gehört die Möglichkeit, eine einzelne Abfrage über mehrere Ziele hinweg durchzuführen, mit zirkulären Tabellen, die von SQL (Structured Query Language) abgefragt werden können. Darüber hinaus bietet RDM Embedded Funktionen wie Datenbankcursor, Shared Memory-Protokoll, mehrere Datentypen, Bulk-Insert-API (Anwendungsprogrammierschnittstelle), Isolationsstufe "Dirty Read", verbesserte Verschlüsselung sowie selektive Replikation und Benachrichtigung.

Neben Standarddatentypen wie Ganzzahl, Zeichen, breite Zeichen und Binär unterstützt RDM auch Datentypen wie Datum / Uhrzeit / Zeitstempel, BCD (binär codierte Dezimalzahl) und GUID (global eindeutiger Bezeichner). Datum / Uhrzeit / Zeitstempel ermöglichen eine natürliche zeitbasierte Protokollierung und Bearbeitung. BCD ist eine Standarddatenbankdarstellung zur Erfüllung der Anforderungen von Anwendungen, bei denen genaue Werte in allen Dezimalstellen erforderlich sind. Der GUID-Datentyp bietet eindeutige, vom 128-Bit-Algorithmus generierte Bezeichner mit einer weitaus besseren Garantie für die Eindeutigkeit, als dies mit Sequenzgeneratoren möglich ist.

Die optionale webbasierte Schnittstelle bietet über den Micro-HTTP-Server (Hypertext Transfer Protocol) sowie einen leistungsstarken Replikationsserver mehr Flexibilität. Mit der Replikationsfunktion können Daten beispielsweise aus der RDM Embedded-Datenbank von Raima in Datenspeicher von Drittanbietern (z. B. SCADA-Systeme (Supervisor Control and Data Acquisition), ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) und Unternehmensdatenbanken) verschoben werden. Solche Funktionen machen den Fernzugriff auf die Datenbank einfacher und dennoch äußerst leistungsfähig und ermöglichen eine komplexere Bereitstellung von Überwachungs- und Steuerungsanwendungen für die Industrie.

Die Replikationsfunktionalität von RDM umfasst die Replikation von Drittanbietern und die Unterstützung der selektiven Replikation von Zirkeltabellendaten von mehreren Master-zu-Slave-Daten - wichtig für Geräte am Rande des Netzwerks, auf denen die Zustandsüberwachung erfolgt. Die in der Rundtabelle jedes Masters gespeicherten Daten werden in ein zentrales Steuerungssystem repliziert, das eine permanente Historie aller Gerätedaten verwaltet, die dann für eine Vielzahl von Zeitreihen und anderen Analysen zur Verfügung gestellt werden können.

Hochleistung

RDM Embedded ist eine leistungsstarke Datenverwaltungslösung, die die Echtzeit-Echtzeitantwort bietet, die in modernen Zustandsüberwachungsanwendungen erforderlich ist, mit potenziell großen Datenströmen von Live-Ereignissen. Das hochoptimierte Datenbankmodul unterstützt extrem hohe Transaktionsraten und alle gängigen Echtzeitbetriebssysteme.

Zusätzlich zur Echtzeitverarbeitung verbessert RDM Embedded die Antwortgeschwindigkeit mit einem ACID-kompatiblen Datenbankmodul, das je nach Anwendungs- und Leistungsanforderungen mehrere Indizierungsmethoden unterstützt, einschließlich B-Tree- und Hash-Indizes. Das Hashing auf großen Volumes bietet häufig einen schnelleren Zugriff auf Daten als B-Tree-Indizierungsmethoden.

Beispielsweise kann die Schwingungsüberwachung auftretende Fehler in rotierenden Maschinen hervorheben. Mithilfe von Beschleunigungsmessern können Messwerte an Maschinenlagergehäusen gemessen werden, um Vibrationen zu messen, während andere Sensoren rotierende Wellen messen können, um ihre radiale und axiale Verschiebung zu messen. Der Vergleich der Schwingungspegel mit historischen Basiswerten kann auf einen bevorstehenden Lagerausfall hinweisen und Maßnahmen ermöglichen.

Frequenzumrichter bieten jetzt Diagnosen wie Warnungen zu Stromverbrauchswerten, die auf eine Verschlechterung der Motorleistung hinweisen oder auf Probleme in der an die Motorwelle angeschlossenen Ausrüstung hinweisen können.

Gleichzeitig können die neuesten Generationen von Energiemonitoren den Energieverbrauch von einer einzelnen Schlüsselkomponente bis zu einer vollständigen Maschine ausgeben. Temperatursensoren und fest installierte Wärmebildkameras können nützliche Indikatoren sowohl für den Energieverbrauch als auch für den bevorstehenden Ausfall von Komponenten liefern. In Branchen, in denen eine effektive Schmierung von entscheidender Bedeutung ist, können Leitfähigkeitssensoren der neuesten Generation zuverlässig Wasserstände im Öl erfassen, lange bevor hohe Wasserstände Probleme verursachen.

Wir können also sehen, dass RDM Embedded, das auf dem Mitsubishi Electric C Controller ausgeführt wird, die Notwendigkeit eines sicheren Echtzeitdurchsatzes von Zustandsüberwachungsdaten erfüllt, die heutige Fertigungsunternehmen benötigen. Robustes und automatisiertes Datenmanagement, -fluss und -analyse bieten zahlreiche Vorteile. Das frühzeitige Erkennen von sich entwickelnden Fehlern bedeutet weniger Ausfälle und führt zu einer längeren Betriebszeit, was wiederum eine höhere Produktivität bedeutet.

Die Fähigkeit, Maschinen und Geräte zu erkennen, die außerhalb der Toleranz liegen, bedeutet, dass die Produktqualität immer hoch ist und die Abfallproduktion reduziert wird. Eine verbesserte Wartungsplanung reduziert die Kosten ebenso wie die Möglichkeit, den Energieverbrauch zu überwachen und zu verwalten. Eine überlegene Auslastung der Assets reduziert den Investitionsbedarf für zusätzliche Maschinen, während die Fähigkeit, Fehler vor einem kritischen Ausfall zu erkennen, dazu führt, dass weniger teure Ersatzteilbestände vorrätig gehalten werden müssen.

Zukunft

Und es wird noch mehr kommen, da Zustandsüberwachungstechnologien und Analysestrategien immer ausgefeilter werden. Wir sehen bereits die Entstehung von Analysepaketen, die Parameter in schwer zu überwachenden Anwendungen ableiten können. Wenn Sie beispielsweise zwei Parameter betrachten, die überwacht werden können, ist es dann möglich, den Wert eines dritten Parameters abzuleiten und auf dieser Grundlage Wartungs- oder Produktionsentscheidungen zu treffen. Darüber hinaus können wir erwarten, dass sich mathematische Modelle verbessern und die zugehörige Software besser in der Lage ist, sowohl Zustandsüberwachungsdaten als auch Ereignisdaten zu verfeinern, sodass bessere und fundiertere Entscheidungen getroffen werden können.

Da Sensoren und Überwachungsgeräte immer intelligenter werden, werden Qualität und Menge der verfügbaren Daten mit völlig neuen Datenebenen zu Status, Produktionseffizienz, Energieverbrauch, Maschinenverfügbarkeit und vielem mehr zunehmen. Gleichzeitig führt der Aufstieg der Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) zu einem neuen Modell vernetzter Intelligenz, das effiziente Kommunikation mit kostengünstigen Datenübertragungskosten verbindet. M2M-Kommunikation macht Daten zum ultimativen Management-Tool, mit dem Benutzer wesentlich komplexere und komplexere Systeme implementieren und betreiben können, während sie gleichzeitig effektiv überwachen können, was in diesen Systemen geschieht.

Mitsubishi Electric Europe und der Partner der eF @ ctory Alliance, Raima, stehen an der Spitze dieser Revolution in der Zustandsüberwachung mit einer Partnerschaft, die sowohl stark als auch dauerhaft ist. Die jahrzehntelange Erfahrung dieser beiden Marktführer in allen Branchen bedeutet, dass sie nicht nur auf die Nachfrage der Benutzer reagieren, sondern tatsächlich Entwicklungen in Bereichen wie der Zustandsüberwachung vorantreiben und den Endbenutzern die Tools zur Verfügung stellen, die sie zur Leistungssteigerung und Reduzierung benötigen Kosten.

Über Raima

Raima bietet leistungsstarke, stets auf Datenbanktechnologie basierende Datenbanktechnologie sowohl für die In-Memory-Datenbanknutzung als auch für persistente Speichergeräte. Das Hauptaugenmerk von Raima liegt auf der Entwicklung von Datenbankverwaltungslösungen für alles, von kleinen eingebetteten Geräten bis hin zu Hardwaresystemen auf Unternehmensebene.

Die Raima Database Manager (RDM) -Produkte sind plattformübergreifende, schnelle und zuverlässige Datenbanklösungen mit geringem Platzbedarf zum Sammeln, Speichern, Verwalten und Verschieben von Daten. Sie werden weltweit in einer Vielzahl von Datenverwaltungslösungen in Branchen wie industriellen Automatisierungssystemen, militärischen Flugsteuerungssystemen, Telekommunikationsroutern und -schaltern, Finanzhandelssystemen, medizinischen Geräten, Datensicherungslösungen, Unterhaltungselektronikgeräten und mehr eingesetzt.

Alle Produkte verfügen über eine solide und zuverlässige ACID-kompatible Datenbanktechnologie und setzen eine Reihe fortschrittlicher Lösungen ein, um die komplexen Herausforderungen des heutigen Datenmanagements zu bewältigen. Beispiele sind das Verschieben von Daten von kleinen eingebetteten Geräten mit geringem Stromverbrauch in größere Unternehmenssysteme, das Erstellen hochverfügbarer Datenbanksysteme, die Unterstützung der Datenbankpartitionierung zur Erleichterung der Datenverteilung und Skalierbarkeit sowie Schnittstellen, die den Zugriff auf die Daten aus einer Reihe externer Quellen ermöglichen.

Raima Database Manager (RDM) -Produkte enthalten Optionen zur Erfüllung einer Vielzahl von Datenverwaltungsarchitekturentwürfen, indem eine Auswahl von Datenmodellen und Zugriffsmethoden bereitgestellt wird, um die strengsten Leistungsanforderungen zu lösen.

Weitere Informationen zu RDM oder zum Herunterladen des SDK zur Evaluierung finden Sie unter Produktseite.

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