Condition Monitoring Mit Automatisierungswandlern überwachen und diagnostizieren

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

In der Automatisierung werden kritische Zustände oft zu spät oder gar nicht erkannt, was zu gefährlichen und kostspieligen Schäden führen kann. Um das notwendige Maß an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad zu erzielen, lassen sich mit Automatisierungs-Wandlern die elektrischen Parameter messen und alle notwendigen Informationen für eine schnelle und zuverlässige Reaktion gewinnen.

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Der aufklappbare Wandler AP/APR für Wechselströme bis 400 A ist direkt auf der DIN-Hutschiene montierbar.
Der aufklappbare Wandler AP/APR für Wechselströme bis 400 A ist direkt auf der DIN-Hutschiene montierbar.
( Archiv: Vogel Business Media )

Immer mehr Automatisierungs-Anwendungen benötigen eine präzise Steuerung der elektrischen Energie, wobei herkömmliche Strommesswandler hier an ihre Grenzen stoßen. Denn es sind Sensoren gefordert, die den Prozess erfassen und zur richtigen Zeit die nötigen Steuerbefehle ausführen können. Zu solchen Sensoren gehören elektronische Strom- und Spannungswandler – auch Automatisierungs-Wandler genannt.

Diese lassen sich vollständig in die elektromechanische Installation integrieren, sie sind einfach zu installieren und benötigen keine Wartung. Insbesondere sich selbst versorgende, aufklappbare Stromwandler bieten sich deshalb bei bereits bestehenden Installationen zur Nachrüstung bei laufendem Betrieb der Anlage an.

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Als Ausgang liefert der Automatisierungs-Wandler ein galvanisch getrenntes 0 bis10 V oder 4 bis 20 mA-Signal, das proportional zum Effektivwert des gemessenen Stroms ist. Es lässt sich von jeder SPS oder Überwachungs-Einrichtung weiter verarbeiten und somit in alle Ebenen der Sicherheitstechnik und Prozessführung einpassen. Darüber hinaus werden auch Wandler mit schaltendem Ausgang mit potentialfreien Relais-Kontakten angeboten.

In unterschiedlichen Ausführungen

Solche Stromwandler für die Automatisierung gibt es in verschiedenen Ausführungen und Bauformen: Neben rein sinusförmigen lassen sich auch nicht-sinusförmige Messgrößen erfassen. Hierzu wird die Echt-Effektivwert-Bildung (TRMS) angewandt, die eine genaue Messung von Stromverläufen auch bei nichtlinearen Lasten ermöglicht. Diese Wandler arbeiten sowohl bei Gleich- als auch bei Wechselstrom und können sogar bei Anwendungen mit Phasenanschnitt-Steuerung oder Frequenzumrichtern eingesetzt werden.

Für verschiedenste Anwendungen

Deshalb eignen sich die Wandler für verschiedenste Applikationen:

•Der Verschmutzungsgrad von Luftfiltern lässt sich anhand der Stromaufnahme des Lüfter-Antriebs bereits frühzeitig erkennen;

• bei elektrischen Pumpen kann eine Verschlechterung der Leistung bereits erfasst werden, bevor sie überhitzen oder verstopfen;

• bei elektrischen Tauchlackieranlagen in der Automobilindustrie wird der Anodenstrom gemessen, um eine gleichmäßige Schichtdicke zu garantierrn und die chemische Qualität des Tauchlacks während des Betriebs zu bestimmen;

•der elektrische Antrieb für die Rotorblattverstellung bei Windkraftanlagen lässt sich überwachen, um die Funktionssicherheit zu gewährleisten;

• in Kunststoff-Spritzguss-Maschinen wird der Heizstrom für die Matrize kontrolliert um die Qualität der Endprodukte sicher zu stellen;

•bei Gasleitungsnetzen ist über die Messung des Schutzstroms die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes überwachbar;

• die Messung der Stromaufnahme von Schneckenantrieben für den Materialtransport in der Biogas-Erzeugung dient der Vorbeugung gegen Verstopfungen;

•die Kontrolle der Stromaufnahme von Schmelzöfen bei der Glasproduktion dient zur Realisierung definierter Temperaturgradienten über einen langen Zeitraum;

• Strommessung bei der Galvanisierung, um Metalloberflächen zu veredeln;

•Stromüberwachung in der Chemischen Industrie bei der Herstellung von Grundstoffen mittels Elektrolyse.

Ohne Drucksensor überwachen

Als konkrete Anwendung lässt sich die Überwachung einer Pumpe mittels eines Stromwandlers mit Relaisausgang (z.B. AKS) anschaulich darstellen: Abwasserpumpen können durch organisches Material blockiert werden, was zu Schäden an Pumpe und Antriebsmotor führen kann, bevor der thermische Motorschutz anspricht. Eine verstopfte Ansaugleitung kann einen Trockenlauf der Pumpe verursachen, was Dichtungen überhitzt und beschädigt. Durch die Installation einer Motorstrom-Überwachung in einer Phase lassen sich Kurzschlussbetrieb (Blockierung) oder Leerlauf (verstopfte Ansaugleitung) melden. Ein Drucksensor ist dann überflüssig (vgl. Grafik 1), alle relevanten Informationen können aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Stromaufnahme gewonnen werden.

Kontinuierlich Heizstrom prüfen

Ein weiteres Beispiel zeigt (vgl. Grafik 2) wie ein Stromwandler mit Effektivwert-Ausgang (z.B. APR) die Heizelemente einer Spritzgussmaschine überwacht: Beim Plastikspritzguss-Verfahren wird der Wandler in erster Linie dazu verwendet, die Heizelemente für die Gussform und den Kunststoff zu kontrollieren. Das ist erforderlich, weil die Form bei Ausfall eines Heizelements ungleichmäßig erwärmt und dadurch die Produktqualität beeinträchtigt wird. In einigen Fällen entwickelt sich ein solcher Fehler stufenweise, weshalb der Strom in jedem einzelnen Heizelement überprüft werden muss. Weltweit unterschiedliche Betriebspannungen und schwankende Netzversorgung führen ebenfalls zu der Notwendigkeit, den Heizstrom kontinuierlich zu überwachen.

LEM Deutschland GmbH, Tel. +49(0)6152 9301-11

Standpunkt

„Je komplexer ein System ist, desto komplexer sind auch seine Fehlermodi. Durch die Überwachung des Strombedarfs unterschiedlicher elektrischer Lasten lassen sich zahlreiche Probleme erkennen, bevor sie zum Ausfall führen oder sich spürbar auf die Produktqualität auswirken können. Mit den heutigen preiswerten SPS-Systemen und der immer größeren Auswahl an Automatisierungswandlern ist diese Überwachungs- und Diagnosetechnologie für viele Anwendungen möglich geworden. Insbesondere die Integration in vernetzte Systeme sowie die modernen Kommunikations-Verfahren ermöglichen es, auch bei verteilten Applikationen stets alle wichtigen Parameter zu überblicken. Die Messung der Stromaufnahme hat sich dabei zu einem interessanten Werkzeug im Condition-Monitoring entwickelt, dessen Bedeutung noch weiter zunehmen wird,“ Ralph Stauffenberg, Sales Manager, LEM Deutschland

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