Messdatenmanagement

Von der Insellösung zum zentralen Messdatenmanagement wechseln

| Autor / Redakteur: Sven Jodlauk* / Sariana Kunze

Weg von der Insellösung: Zur Überwachung und Optimierung der Abläufe ist eine Vernetzung und gemeinsame Analyse der verteilt erfassten Messdaten unerlässlich.
Weg von der Insellösung: Zur Überwachung und Optimierung der Abläufe ist eine Vernetzung und gemeinsame Analyse der verteilt erfassten Messdaten unerlässlich. (Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Welche neuen Herausforderungen bringt die Digitalisierung für die Messtechnik mit sich? Am Beispiel eines Turbinenprüfstands wird deutlich, dass eine Insellösung nicht mehr zukunftssicher ist, ein zentrales Messdatenmanagement aber schon.

In der Messtechnik gibt es mehr und mehr Anwendungen, bei denen an verschiedenen Orten große Mengen an Messdaten in unterschiedlichen Formaten erzeugt werden. Einerseits werden über die Jahre gewachsenen Maschinenparks im Zuge des Retrofits mit moderner Sensorik ausgerüstet. Die so entstehenden Messdaten sind oft heterogen und zunächst unvernetzt. Andererseits können auch große Mengen gleichartiger Daten an unterschiedlichen Orten entstehen, ohne dass eine Vernetzung dieser „Messinseln“ untereinander besteht, z. B. beim Condition Monitoring komplexer Anlagen, bei Lebensdauerprüfungen oder bei Feldversuchsanlagen. Auch moderne Prüfstände erzeugen enorme Mengen an Messdaten, da immer mehr Parameter überwacht, miteinander verknüpft und gemeinsam analysiert werden müssen. Ganz egal, wie die Anwendung im Einzelnen aussieht: Zur Überwachung und Optimierung der Abläufe ist eine Vernetzung und gemeinsame Analyse der verteilt erfassten Messdaten unerlässlich. Außerdem müssen die Daten valide und rückführbar zentral archiviert und jederzeit für einen schnellen Zugriff per PC, Tablet oder Smartphone bereitgestellt werden. Doch wie können diese Anforderungen ohne großen Zeit- und Kostenaufwand erfüllt werden?

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Turbinenprüfstand messtechnisch vernetzen

Ein international tätiger Hersteller von Energietechnikkomponenten betreibt einen entwicklungsbegleitenden Turbinenprüfstand, der zur Leistungs-, Wirkungsgrad- und Lebensdaueroptimierung der Turbinen dient. An diesem Prüfstand können einzelne Komponenten der Turbine gezielt verändert werden, um den Einfluss dieser Veränderungen auf die Betriebseigenschaften der Turbine zu untersuchen. Zur Untersuchung der Temperaturverteilung innerhalb der Turbine kommen verschiedene Arten von Temperatursensoren zum Einsatz. Insgesamt wird die Turbine an mehreren Tausend Messstellen thermisch überwacht. Die Steuerung des Prüfstands wird von einer SPS übernommen. Diese liefert über eine OPC-Schnittstelle zusätzliche Betriebsparameter, die für die Auswertung mit den übrigen Messwerten verknüpft werden müssen. Die Aufgabe bestand darin, diese Messdaten miteinander zu vernetzen, zu konsolidieren und für eine gemeinsame Visualisierung und Analyse bereitzustellen. Des Weiteren sollte es möglich sein, im Laufe eines Versuchs immer wieder unterbrechungsfrei in den Messdaten „zurückzuscrollen“, um zurückliegende Ereignisse zu analysieren.

Größtmögliche Datensicherheit der Messewerte

Zur Erreichung größtmöglicher Datensicherheit sollten die Daten zunächst auf erfassungsnahen Messrechnern zwischengespeichert, dann aber zentral auf zwei redundanten Messdatenservern abgelegt werden. Eine zusätzliche Anforderung war eine umfangreiche Vorverarbeitung und Verrechnung von Messwerten bereits vor der Bereitstellung zur Visualisierung und Analyse. Es mussten Messwerte miteinander verrechnet, Offsets eingerechnet, Kanäle linearisiert, Grenzwerte überwacht und Alarme automatisch generiert werden. Die Auswertungs- und Analyserechner sollten nur auf den zentralen Messdatenserver zugreifen, ein direkter Zugriff auf die Messrechner war ausgeschlossen. Die Visualisierung aktueller und historischer Daten sollte sowohl auf Arbeitsplatz-PCs im Office-Netz als auch weltweit verteilt möglich sein.

Das Delphin Data Center bildet das Herzstück des Messdatenmanagements.
Das Delphin Data Center bildet das Herzstück des Messdatenmanagements. (Bild: Delphin Technology)

Eine passende Komplettlösung zu finden war nicht einfach. Sensoren und die Messaufgabe einzurichten, ist in der Regel kein Problem. Auch zur Visualisierung und Analyse von Messdaten gibt es viele geeignete Programme. Was aber oft fehlt, ist die Vernetzung der unterschiedlichen Datenquellen, die Vereinheitlichung der verschiedenen Datenformate, die Vorverrechnung und Kompression der Messdaten sowie deren zentralisierte Speicherung und synchronisierte Bereitstellung. Um die diversen Anforderung abzudecken, entschied sich der Turbinenhersteller für das Delphin Data Center von Delphin Technology, das ein zentralisiertes Messdatenmanagement bietet. Neben hoher Performance in der Datenverarbeitung und -bereitstellung ermöglicht die offene Struktur des zentralen Datenpools laut Delphin auf einfache Weise eine Vereinheitlichung, Archivierung und Überwachung jeglicher Mess- und Prozessdaten. Auf der Feldebene können sich unterschiedliche Datenquellen befinden. Unabhängig von der Messdaten-Quelle, die über Protokolle wie Modbus oder OPC (UA) angebunden sind, können alle an das Delphin Data Center anschlossen werden. Es können auch individuelle Treiber zur Einbindung spezieller Messgeräte erstellt werden. Im Beispiel des Turbinenprüfstands sind Messgeräte unterschiedlicher Hersteller zur Erfassung von Temperaturen und Drücken über eigens entwickelte Treiber an das Messdatenmanagement angebunden.

BUCHTIPPOhne eine herstellerunabhängige Vernetzung von Geräten und Anlagen ist Industrie 4.0 nicht umsetzbar. OPC UA ist genau dafür konzipiert – doch der Einstieg ist nicht immer einfach. Das Fachbuch „Praxishandbuch OPC UA“ hilft weiter.

Zentrales Messdatenmanagement statt Insellösung

Das Delphin Data Center bildet das Herzstück des Messdatenmanagements. Hier werden alle Daten zusammengeführt, synchronisiert und intelligent vorverarbeitet. Durch die Nutzung hardwarenaher Berechnungsroutinen ist im Messdatenmanagement die Verarbeitung von bis zu 10 Mio. Datensätzen pro Sekunde möglich. Neben einer speicher- und performanceoptimierten Kompression stehen mit den Softwarekanälen Online-Funktionen zur Verrechnung und Analyse von Messdaten zur Verfügung. Für die Datenvisualisierung und -analyse steht das Softwarepaket Profisignal zur Verfügung, das mit dem browserbasierten Addon Profisignal Web um die Möglichkeit des weltweiten mobilen Zugriffs erweitert werden kann. Das Delphin Data Center stellt aktuelle und historische Messdaten unterbrechungsfrei zur Verfügung. Darüber hinaus kann eine permanente Datenspeicherung z.B. auf einem NAS-Laufwerk initiiert werden. Der Turbinenhersteller nutzt Profisignal und Profisignal Web sowohl zur Online-Überwachung aktiver Prüfstandsläufe, als auch zur Analyse aufgezeichneter Messdaten. Nach Abschluss eines Prüfstandslaufs, der sich über wenige Stunden, aber auch über Tage erstrecken kann, werden die Messdaten dieses Versuchs vom Delphin Data Center auf ein NAS-Laufwerk ausgelagert. Laut Delphin wird ein hohes Maß an Datensicherheit erreicht, wenn Delphin Datenlogger und Messdatenerfassungen im Feld eingesetzt werden. Der integrierte Scheduler ermöglicht ein automatisiertes und intelligentes Auslesen sowie zentralisiertes Archivieren aller Messdaten. Auch bei Störungen oder Unterbrechungen im Netzwerk ist somit eine lückenlose Datenerfassung und Datenkonsistenz gewährleistet. Beim Turbinenprüfstand dürfen keinesfalls Daten verloren gehen. Dies wird sichergestellt, indem die Messdaten sowohl in den Erfassungsgeräten, als auch auf erfassungsnahen Messrechnern redundant zwischengespeichert werden. Auch die zentrale Speicherung und Verwaltung der Messdaten im Delphin Data Center erfolgt redundant auf zwei hardwaremäßig getrennten Spiegelservern. Mit dem Messdatenmanagement ist eine komplexe Rechnerarchitektur realisierbar.

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Aufwand für die Messdatenverwaltung reduzieren

Die messtechnische Vernetzung von Anlagen, Maschinen und Prüfständen ist in immer mehr Anwendungsbereichen unverzichtbar, um den Aufwand für die Messdatenverwaltung und -analyse nicht ins Uferlose wachsen zu lassen. Das Delphin Data Center kann diese Aufgabe erledigen. Von der verteilten und quellenunabhängigen Erfassung über die verlustfreie Kompression und Vorverarbeitung bis hin zur Bereitstellung von aktuellen und historischen Messdaten deckt die Software nach Angaben des Anbieters alle Bereiche des Messdatenmanagements ab.

* Dr. Sven Jodlauk, Produktmanager, Delphin Technology

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