DE102020103018B4

DE102020103018B4 - Verfahren zur Selbstüberwachung eines verfahrenstechnischen Prozesses

Info

Publication number: DE102020103018B4
Application number: DE102020103018.5A
Authority: DE
Inventors: Walter Reichart; Peter Breh
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2040-02-07
Also published as: DE102020103018A1

Abstract

Verfahren zur Selbstüberwachung eines verfahrenstechnischen Prozesses, wobei zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömungsfähigen Mediums durch eine Rohrleitung ein Strömungsmessgerät vorgesehen ist,und wobei das Strömungsmessgerät eine Signalverarbeitungseinheit mit einem Mikrocontroller aufweist, die ein Ausgangssignal für eine Steuereinheit zur Überwachung und Steuerung des Prozesses zur Verfügung stellt,dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit im Mikrocontroller ausgewertet wird und dabei die Fälle gezählt werden, bei denen die Strömungsänderung Δv in einem Zeitintervall Δt im Verhältnis zu einem Systemparameter G größer als ein Grenzwert g ist,wobei die Berechnung nach folgender Formel erfolgt:∑>gΔνΔtGund dabei der Systemparameter G aus dem Quotienten der Differenz von einem anlagenspezifischen oberem und unterem zulässigen Strömungsbereich und einer anlagenspezifischen Anstiegszeit tSgebildet wird und ein Wartungs- bzw. Kalibrierungsbedarf angezeigt wird, wenn diese Summe einen bestimmten Wert erreicht hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selbstüberwachung eines verfahrenstechnischen Prozesses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der heutigen Prozess- und Verfahrenstechnik werden Prozessparameter, wie Temperatur, Druck und Strömung bzw. Durchfluss, in vielfältiger Form gemessen und zur Prozesssteuerung und -regelung eingesetzt. Dabei wird aus Gründen der Produkt- und Prozessqualität wie auch der Betriebssicherheit eine zuverlässige und langzeitstabile Erfassung dieser Prozessparameter mit bekannten Messfehlergrenzen immer wichtiger.
Prozessbedingt kann es zu exzessiven Ausschlägen dieser Prozessparameter kommen, was insbesondere für die den Prozess überwachenden Sensoren und Messgeräte, aber auch für die gesamte Anlage eine starke hydraulische Beanspruchung darstellt. Neben den tatsächlichen Beträgen dieser exzessiven Ausschläge der Prozessparameter sind auch die Anzahl von Fällen, in denen die gesamte Anlage exzessiven Verhältnissen ausgesetzt ist, und die Dauer dieser exzessiven Verhältnisse entscheidend für die allgemeine „Gesundheit“ der Anlage.
Die Folge exzessiver Verhältnisse sind Materialermüdung und erhöhter Verschleiß der im Prozess involvierten Sensoren und Aktoren, wie bspw. Pumpen und Ventile, aber auch Filter und Dichtungen. Deshalb wird bei den betroffenen Sensoren und Aktoren meist eine regelmäßige, oft auch vorbeugende Wartung, Kalibration und/oder Justage durchgeführt. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Kalibrationen bzw. den Wartungsintervallen hängt vom erlaubten Toleranzband und den Einsatzbedingungen des Sensors bzw. Aktors ab. Er wird an Hand von Erfahrungswerten so gewählt, dass das Toleranzband mit großer Wahrscheinlichkeit zwischen zwei aufeinander folgenden Kalibrationen bzw. Wartungen nicht verlassen wird.
In vielen Anlagen ist es möglich, Dämpfungsglieder einzubauen, um diese exzessiven Verhältnisse räumlich einzugrenzen und damit die Sensoren und Aktoren vor derartigen Ausschlägen zu schützen. Jedoch sind diese Maßnahmen nicht immer einsetzbar bzw. müssen temporär ausgesetzt werden, bspw. während des Anlaufens des Prozesses, während der Reinigung bei Hygieneanlagen oder grundsätzlich bei abrasiven Medien, z.B. Schlämme. In diesen Fällen muss auf die zuvor erwähnte vorbeugende Wartung, Kalibration und/oder Justage zurückgegriffen werden.
Jede Wartung, Justage bzw. Kalibration ist mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden, da der Sensor ausgebaut werden muss (Anlagenstillstand, Abbau von Anlagenteilen).
Aus den Dokumenten DE 101 25 652 A1 , EP 1 892 597 A1 und WO 2005/059668 A1 sind jeweils Verfahren zur Überwachung technischer Anlagen bekannt, bei denen Prozessparameter hinsichtlich einer Über- oder Unterschreitung von Grenzwerten überwacht werden. Die AT 386 483 B offenbart ein Verfahren zum Ermitteln des Verschleißes von Hydraulikpumpen mittels einer Berechnung aus Druckmesswerten und Durchflussmesswerten, die während einer Leerlaufphase und einer Volllastphase erfasst wurden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Kalibrier- und Wartungsaufwand von den in einer Prozessanlage involvierten Sensoren und Aktoren zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Fokus der Erfindung stehen Prozesse mit einem strömenden Medium, so dass die gesamte Prozessanlage neben Sensoren auch eine Vielzahl von Aktoren, bspw. Ventile, Klappen und dergleichen, sowie Filter und Dichtungen umfassen kann. Der allgemeine Zustand der Anlage hängt dabei maßgeblich von der Funktionsfähigkeit dieser Aktoren, Filter und Dichtungen ab, welche durch alterungsbedingte Drift- und Degradationseffekte beeinflusst wird.
Vor diesem Hintergrund ist es Kern der Erfindung, den Zustand der Anlage durch ein Strömungs- bzw. Durchflussmessgerät zu überwachen. Als Strömungsmessgeräte kommen insbesondere Messgeräte, die nach dem kalorimetrischen oder magnetischinduktiven Messprinzip arbeiten, aber auch Vortex-oder Coriolis-Messgeräte infrage. Alle diese Messprinzipien sind seit vielen Jahren bekannt. Mithilfe der von diesem Messgerät erfassten und an eine Signalverarbeitungseinheit weitergegebenen Informationen kann nun eine voraussagende Diagnose hinsichtlich einer Wartung bzw. Kalibrierung der in der Prozessanlage involvierten Sensoren, Aktoren, Filter und Dichtungen abgeleitet werden. Hierfür werden zwei für die Beanspruchung der Sensoren und Aktoren wesentliche Einflussfaktoren ausgewertet: die Anzahl sehr schneller Strömungsänderungen sowie das Erreichen bzw. Überschreiten von besonders hohen Strömungswerten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt beispielhaft die graphische Darstellung eines Strömungsverlaufs über der Zeit, wobei in 1 eine ereignisorientierte Betrachtung der allgemeinen Beanspruchung der Prozessanlage erfolgt.
Ein Strömungsmessgerät erfasst kontinuierlich die in der Anlage vorherrschende Strömung. Diese Messwerte werden hinsichtlich ihrer Änderung ausgewertet und die damit einhergehende Strömungsgeschwindigkeit ermittelt. In 1 sind hierbei durch dicke Striche bestimmte Ereignisse gekennzeichnet, die für die Auswertung hinsichtlich der Geschwindigkeit der Strömungsänderungen, als ein wesentlicher Einflussfaktor für die hydraulische Beanspruchung der Prozessanlage, herangezogen werden sollen. Dabei sind vorliegend Ereignisse gemeint, bei denen eine sehr schnelle Strömungsänderung erfolgt ist. Mit ASP und AEP ist jeweils die untere bzw. obere Grenze des zulässigen Strömungsbereichs gekennzeichnet. Der Quotient aus diesem zulässigen Strömungsbereich und einer anlagenspezifischen Anstiegszeit t_S wird nachfolgend als Systemparameter G bezeichnet. Die Anstiegszeit t_S ist hier eine spezifische Zeit, in der die Strömung von Null auf Ihren Nennwert ansteigt. Sie kann von Anlagentyp zu Anlagetyp verschieden sein. Bei gleichen Anlagen ist ihr Wert aber typischerweise gleich.
Für die hydraulische Beanspruchung entscheidend ist die Strömungsänderung Δv in einem Zeitintervall Δt im Verhältnis zu dem genannten Systemparameter G. Die Summe von Ereignissen, bei denen dieses Verhältnis größer als ein vorgegebener Grenzwert g ist, lässt auf einen zu erwartenden Wartungsaufwand schließen. Vorteilhafterweise entspricht g einem Wert > 0,1, insbesondere > 0,12, und das Aufsummieren der Ereignisse übernimmt ein Mikrocontroller als Teil der elektronischen Signalverarbeitungseinheit des Strömungsmessgeräts.
Die im Mikrocontroller ablaufende Berechnung kann wie folgt zusammengefasst werden: $h y d r a u l i s c h e A n l a g e n b e a n s p r u c h n g = \sum_{> g} \frac{\frac{Δ ν}{Δ t}}{G} = \sum_{> g} \frac{\frac{Δ ν}{Δ t}}{\frac{A E P - A S P}{t s}}$
Ein typischer Wert für die Strömungsänderung ist bspw. 50 l/min und für die Anstiegszeit t_S ist bspw. 1 sec. Jedes Ereignis, bei dem der o.g. Quotient einen vorgegebenen Schwellwert g erreicht, wird vom Mikrocontroller registriert und aufsummiert abgespeichert. Wenn diese Summe einen bestimmten Wert erreicht hat, wird dem Anwender angezeigt, dass eine Wartung bzw. Kalibrierung der gesamten Prozessanlage vorgenommen werden sollte, um Messfehler zu vermeiden.

Claims

Verfahren zur Selbstüberwachung eines verfahrenstechnischen Prozesses, wobei zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömungsfähigen Mediums durch eine Rohrleitung ein Strömungsmessgerät vorgesehen ist, und wobei das Strömungsmessgerät eine Signalverarbeitungseinheit mit einem Mikrocontroller aufweist, die ein Ausgangssignal für eine Steuereinheit zur Überwachung und Steuerung des Prozesses zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit im Mikrocontroller ausgewertet wird und dabei die Fälle gezählt werden, bei denen die Strömungsänderung Δv in einem Zeitintervall Δt im Verhältnis zu einem Systemparameter G größer als ein Grenzwert g ist, wobei die Berechnung nach folgender Formel erfolgt: $\sum_{> g} \frac{\frac{Δ ν}{Δ t}}{G}$
und dabei der Systemparameter G aus dem Quotienten der Differenz von einem anlagenspezifischen oberem und unterem zulässigen Strömungsbereich und einer anlagenspezifischen Anstiegszeit t_S gebildet wird und ein Wartungs- bzw. Kalibrierungsbedarf angezeigt wird, wenn diese Summe einen bestimmten Wert erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auch die Dauer der Zeit erfasst wird, in der der Strömungswert einen oberen Schwellwert erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch die Höhe der Schwellwertüberschreitung ausgewertet wird.