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Gegenstand
dieser Erfindung ist ein für
Maschinen, die mit einem Maschinensteuersystem ausgestattet sind
und rotierende Maschinenelemente enthalten, bestimmtes Zustandsüberwachungssystem,
das auf dem Messen und Monitoring verschiedener Größen während des
Betriebs der Maschinen basiert und das
- – ein oder
mehrere Verbindungsmittel,
- – in
Verbindung mit der zu überwachenden
Maschine angeordnete Messfühler
zum Messen der gewünschten
Größen,
- – Aufbereitungseinrichtungen
für die
von den Messfühlern
gelieferten Messdaten, und
- – zur
Bildung der Zustandsinformation und zu deren Speichern dienende
Speicher- und Analyseeinrichtungen für die von den Aufbereitungseinrichtungen
aus den Messdaten gewonnenen Ergebnisdaten umfasst.
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Zustandsüberwachung
kommt im Allgemeinen besonders in Verbindung mit großen und
im Wesentlichen in Dauerbetrieb stehenden Maschinen zur Anwendung.
Eine vorbeugende und ständige
Zustandsüberwachung
ist gerechtfertigt, denn bei unverhofften Störungssituationen ergeben sich
enorme Reparaturmaßnahmen
und -kosten, und die reparaturbedingten Stillstände verursachen vor allem bei Produktionsmaschinen
beträchtliche
Verluste. Solche Maschinen sind zum Beispiel Papiermaschinen und
Kraftwerke, insbesondere Windkraftwerke.
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In
Papiermaschinen finden sich zahlreiche große rotierende Maschinenelemente,
wie zum Beispiel Walzen, Getriebe und Elektromotoren. Dabei gibt
es in einer Papiermaschine Hunderte, ja Tausende verschiedener zu
messender Größen, auf
Grund deren jeweils der Zustand der betreffenden Maschine bestimmt
wird.
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Für die Zustandsüberwachung
wurden deshalb spezielle Systeme entwickelt, mit denen sich der Zustand
der Maschine mit ausreichender Genauigkeit, aber zentralisiert feststellen
lässt.
Bei Windkraftwerken ergibt sich besonders aus deren Standort und Konstruktion
ein erhöhter
Bedarf an Zustandsüberwachung.
Im Allgemeinen handelt es sich bei Windkraftwerken um hoch aufragende
Konstruktionen, weit entfernt von Siedlungen oder Verkehrsverbindungen.
Außerdem
enthalten Windkraftwerke große Getriebe
und Generatoren, und in einem solchen Fall ist vorbeugende Zustandsüberwachung
ganz besonders wichtig.
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Bei
den bekannten Systemen werden an gewünschten Stellen verschiedenartige
Messfühler,
am häufigsten
Beschleunigungssensoren, angeordnet. Auch andere Größen, wie
zum Beispiel Druck, Temperatur und Geschwindigkeit, werden gemessen.
Die zahlreichen Messfühler
liefern ständig
eine wahre Flut von Messdaten, deren direkte Verarbeitung höchst aufwendig
und in der Praxis gar unmöglich wäre. Deshalb
sind zum Beispiel die Messfühler
eines einzelnen Getriebes in einer Aufbereitungseinrichtung zusammengefasst,
in der eine Vorbehandlung der Messdaten erfolgt. Auf diese Weise
verringert sich die Menge der weiterzuleitenden Ergebnisdaten. Danach
werden die vorbehandelten Ergebnisdaten der verschiedenen Aufbereitungseinrichtungen in
zentrale Analyse- und Speichereinrichtungen geleitet, wo aus den
Ergebnisdaten die jeweilige Maschinenzustandsinformation gewonnen
wird. Außerdem
kann die während
des Betriebs gesammelte Zustandsdatenhistorie zur Zustandsüberwachung
der Maschinen und zur Fehlervorhersage benutzt werden. Ein solches
System ist im finnischen Patent Nr. 107408 beschrieben.
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Trotz
Vorbehandlung der Messdaten ist die weiterzuleitende Datenmenge
enorm mit der Folge schwerfälliger,
umfänglicher
Zustandsüberwachungssysteme,
bei denen insbesondere die Kommunikations-, d.h. Verbindungsmittel
an jeder Stelle entsprechend der maximalen Datenmenge ausgelegt werden
müssen.
In der Praxis bedeutet dies schnelle Datennetze, Router und andere
Datenüber tragungseinrichtungen.
Außerdem
muss das Zustandsüberwachungssystem
für jede
Maschine getrennt geplant und zusammengestellt und für verschiedene
Benutzer maßgeschneidert
werden. Dabei gestaltet sich die Inbetriebnahme der Zustandsüberwachung
zu einem umfänglichen,
kostspieligen Projekt, dessen Verwirklichung wirtschaftlich nur
dann sinnvoll ist, wenn eine aus mehreren Maschinen bestehende Einheit,
wie zum Beispiel eine Papiermaschine, zu überwachen ist. Und auch dann
kann die Maschinenzustandsinformation nur begrenzt mit dafür geplanten
Vorrichtungen genutzt werden. Wegen der Kostspieligkeit des Zustandsüberwachungssystems
konzentriert man sich im Allgemeinen auf die kritischsten Maschinen,
wobei dann ein Teil der Maschinen überhaupt nicht oder nur partiell
zustandsüberwacht
wird. Dies bedeutet eine Beeinträchtigung
der Betriebszuverlässigkeit
der gesamten Maschine/Anlage.
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In
der Schrift WO 01/65228 A1 ist ein Überwachungssystem und sein
Einsatz, speziell der Einsatz eines zum Echtzeitmonitoring mehrerer
zu überwachender
Objekte dienenden Zustandsüberwachungssystems
beschrieben. Das System umfasst für jedes der zu überwachenden
Objekte jeweils einen eigenen Sensor, der Signale über den
Zustand des betreffenden Objekts liefert, eine Unterstation zur in
bestimmten Messintervallen erfolgenden Entgegennahme von Signalen
und zum Weiterleiten der durch die Messungen gewonnen Daten in die Überwachungseinheit,
in der sich eine Verarbeitungseinheit und eine oder mehrere Workstations
befinden, von wo aus der Zustand der einzelnen Objekte beobachtet
werden kann, und ein Datennetz.
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Die
Unterstation wird außerdem
dazu eingerichtet, über
eine längere
Dauer Signale von einem einer besonderen Echtzeitüberwachung
unterzogenen Objekt zu empfangen. Die Unterstation und/oder die
Workstation wird dazu eingerichtet, die in der Unterstation empfangenen
Signale zu verarbeiten und dem Benutzer zu zeigende Rechenergebnisse
zu erstellen. Die Workstation wird dazu eingerichtet, mit Hilfe
von Schnittstellen-Software für
Echtzeit-Signalanalyse die gemessenen Signale und die daraus berechneten
Ergebnisse für
den Benutzer zu visualisieren.
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In
der EP-Schrift 0 822 473 A ist ein Ferninstandhaltungssystem beschrieben.
In den Fabriken sind Wirtsrechner zur Überwachung industrieller Anlagen
vorhanden. Jeder dieser Wirtsrechner ist über Internet an den Managements-Wirtsrechner
(management host computer) des Lieferanten angeschlossen. Der Wirtsrechner
in der Fabrik beobachtet das Auftreten eines Problems in der industriellen
Anlage und schickt an den Lieferanten eine den Problemzustand schildernde
Meldung. Als Antwort darauf teilt der Wirtsrechner des Lieferanten
der Fabrik die zur Beseitigung des Problems erforderliche Gegenmaßnahme mit.
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Aufgabe
dieser Erfindung ist es nun, für
Maschinen, die mit einem Maschinensteuersystem ausgestattet sind
und rotierende Maschinenelemente enthalten, ein neuartiges Zustandsüberwachungssystem
zu schaffen, das sich sogar für
eine einzelne Maschine wirtschaftlich verwirklichen lässt.
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Erreicht
wird dieses Ziel mit den in den unabhängigen Patentansprüchen definierten
Anordnungen. Im Einzelnen erreicht wird dieses Ziel mit dem im Anspruch
1 beschriebenen Zustandsüberwachungssystem
und mit dem in Anspruch 9 beschriebenen Modul, der zum Einsatz in
einem solchen Zustandsüberwachungssystem
bestimmt ist.
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung wird ein Zustandsüberwachungssystem geschaffen,
bei dem die Maschinenzustandsinformation örtlich spezifiziert wird, wodurch
man im Vergleich zum Stand der Technik eine beträchtliche Vereinfachung der
Struktur des gesamten Zustandsüberwachungssystems erreicht.
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Weiter
sind die Komponenten des Zustandsüberwachungssystems so gewählt, dass
ein und dieselben Teilgesamtheiten in Verbindung mit sehr verschiedenen
Maschinen genutzt werden können. Auch
lassen sich Komponenten nachträglich
leicht modifizieren oder hinzufügen.
Weiter gestalten sich Inbetriebnahme und Unterhalt des Zustandsüberwachungssystems
leichter als zuvor. Dazu kommt, dass sich die mit dem Zustandsüberwachungssystem
erstellte Maschinenzustandsinformation vielseitiger als bisher nutzen
lässt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten, einige
Anwendungen der Erfindung zeigenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Es zeigen:
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1 die
Prinzipzeichnung zweier erfindungsgemäßer Zustandsüberwachungssysteme;
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2 die
Zustandsüberwachungssysteme von 1 als
Anwendungen in der Praxis;
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3 Variationen
der Anwendungen von 2;
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4 die
Prinzipzeichnung der Kernkomponenten des erfindungsgemäßen Zustandsüberwachungssystems.
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In 1 sind
in Form einer Prinzipzeichnung lediglich zwei erfindungsgemäße, in diesem
Fall identische Zustandsüberwachungssysteme
gezeigt. Jedes dieser Zustandsüberwachungssysteme,
weiter unten in der Beschreibung einfach als System bezeichnet,
ist für
Maschinen gedacht, die mit einem Maschinensteuersystem ausgestattet
sind und rotierende Maschinenelemente enthalten. Solche Maschinen
sind zum Beispiel die Papiermaschinenwalzen und daran als Maschinenelemente
die Lager, Getriebe und Elektromotoren. Gleichartige Maschinenelemente
finden sich zum Beispiel auch in den Turbinen von Wärmekraftwerken
und in den Getrieben von Windkraftwerken. Typisch für rotierende
Maschinenelemente ist eine gewisse Schwingung im Betrieb. Und so
besteht denn ein Großteil
der Zustandsüberwachung
namentlich im Messen verschiedener Schwingungen. Freilich werden
auch andere Größen, wie
zum Beispiel Temperatur, Druck und Drehzahl, gemessen, denn auch
sie haben Einfluss auf die Betriebsverhältnisse.
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Aus
den Messergebnissen wird mit Hilfe passender Einrichtungen die Maschinenzustandsinformation
gewonnen. Oft werden auch zusätzlich
Historiedaten zu Hilfe genommen, die man durch ständiges Speichern
von Zustandsinformationen während der
Betriebsdauer der Maschine gewinnt. Bei der Zustandsüberwachung
des Getriebes eines Windkraftwerks etwa werden an bestimmten Stellen
die Schwingungen gemessen, wie zum Beispiel Wellen-Getriebe- und Lagerschwingungen.
Die Messfrequenzen, d.h. Messdichten sind gewöhnlich von Stelle zu Stelle
verschieden und variieren auch von Anwendung zu Anwendung. Im Allgemeinen
ist eine Zunahme der Schwingungen ein Anzeichen für eine Störung. Wegen
der Kompliziertheit der Maschinen und der zahlreichen Maschinenelemente
ist allerdings ein unmittelbares Feststellen und Lokalisieren der
Störung
oft schwierig. Deshalb werden die Messungen gewöhnlich verschiedenartigen Signalverarbeitungsoperationen
unterzogen, mit denen zum Beispiel die Schwingungsintensität und die
im Signal enthaltenen Frequenzkomponenten charakterisiert werden
können.
Durch Vergleichen der erhaltenen Informationen an bekannten Werten,
an Alarm- oder Warnungsgrenzwerte,
an Daten, die die Betriebsbedingungen eines Prozesses oder einer
Maschine beschreiben, an der Ausgangssituation und oft auch an Historiedaten
erhält
man die jeweilige Zustandsinformation. Die oben umrissene Messwertverarbeitung und
-analyse als solche ist bekannt.
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Das
erfindungsgemäße System
hingegen ist im Vergleich zum Stand der Technik neu und überraschend.
Unter Hinweis auf 1 umfasst das System in Verbindung
mit der zu überwachenden
Maschine angeordnete Messfühler
S (Sensoren) 10 zum Messen der gewünschten Größen. Zu überwachende Maschinen sind
in 1 nicht mit dargestellt. In der Praxis bestehen
die Messfühler
aus verschiedenartigen Sensoren, die an passenden Stellen der zu überwachenden
Maschine befestigt werden. Weiter umfasst das System Aufbereitungseinrichtungen für die mit
den Messfühlern gesammelten
Messdaten sowie, zur Erstellung und zum Speichern der Maschinenzustandsinformation,
Speicher- und Analyseeinrichtungen für die von den Aufbereitungseinrichtungen
auf der Basis der Messdaten erstellten Ergebnisdaten. Näheres über den
Aufbau und die Funktion der Aufbereitungseinrichtungen geht weiter
unten aus dem Text hervor. Weiter sind die oben genannten Elemente
und Einrichtungen durch passende Verbindungsmittel untereinander
gekoppelt. Funktionell gleichartigen Teilen ist in den Figuren jeweils
die gleiche Bezugszahl zugeordnet.
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Gemäß der Erfindung
sind die Speicher- und Analyseeinrichtungen extra für jede Maschine
getrennt vom Maschinensteuersystem MCS (Machine Control System) 12 als
separater Zustandsüberwachungsmodul
CMM (Condition Monitoring Module) 13 angeordnet. Auf diese
Weise kann die Maschinenzustandsinformation unabhängig von
den anderen Anlagen (teilen) bestimmt werden. Auch die Inbetriebstellung
und der Betrieb des Systems gestalten sich so leichter als früher. Gleichzeitig
werden schwerfällige
Datennetze und besondere Serverrechner vermieden. In der Praxis
wird der Zustandsüberwachungsmodul,
im Folgenden kurz Modul genannt, als integrierte Einheit konzipiert
und ist in seinem Aufbau unabhängig
von der Konstruktion der Maschine. So kann also der gleiche Modultyp
in Verbindung mit den verschiedensten Maschinen und Maschinenelementen
eingesetzt werden. Zu diesem Zweck hat der Modul einen bestimmten
Grundaufbau, auf den in Verbindung mit 4 näher eingegangen
wird.
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Um
den Einsatz eines universellen Moduls zu ermöglichen, umfasst das System
außerdem
eine Konfigurationsdatenbank CDB (Configuration DataBase) 14.
Aus der Konfigurationsdatenbank 14 werden die Konstruktions-
und Konfigurationsdaten der jeweiligen Maschine wie auch die gewünschte Analysesoftware über die
Verbindungsmittel 11.2 in den Modul 13 übertragen.
Solchermaßen
können
zum Beispiel die Grunddaten über
Konstruktion und Verwendungszweck und über die Anzahl und Platzierung
der Messfühler
jeder der zu beobachtenden Maschinen in einen im Grunde einheitlich
(universell) gestalteten Modul übertragen
werden. Das Übertragen
der Grunddaten geschieht im Allgemeinen bereits in der Herstellungsphase
der Maschine, was dann beim eigentlichen Einsatzobjekt die Installationszeit
erheblich verkürzt.
Für die
Datenübertragung werden
dabei Verbindungsmittel benutzt, die sonst gewöhnlich außer Betrieb sind. Falls die
für die
zu überwachende
Maschine typischen Alarm- und Warnungsgrenzwerte der Zustandsüberwachung
im voraus bekannt sind, können
diese zusammen mit den übrigen
Einstelldaten schon bei der Herstellung des Geräts eingespeichert werden. Dadurch
vereinfacht und beschleunigt sich die Inbetriebnahme der Zustandsüberwachung
erheblich, weil sich dann das separate Einstellen der Alarmgrenzwerte
und das damit typisch verbundene Sammeln von Historiedaten erübrigen.
Die Konstruktions- und Einstelldaten können auch später übertragen
werden, zum Beispiel wenn sich die Konstruktions- und/oder Einstelldaten und/oder
die Analysesoftware ändern.
Die Aktualisierung der Daten kann dann fern vom Modul erfolgen. Zum
Aktualisieren lassen sich die oben genannten Verbindungsmittel benutzen.
Alternativ kann das Aktualisieren der Daten durch vorübergehende
Benutzung des Maschinensteuersystems 12 erfolgen, das auch,
wie in 1 gezeigt, mit der Konfigurationsdatenbank 14 verbunden
sein kann. Die Verbindungsmittel 11.4 zwischen der Konfigurationsdatenbank 14 und
dem Maschinensteuersystem 12 sind gestrichelt dargestellt.
Dritte Verbindungsmittel 11.3 sind zwischen dem Modul 13 und
dem Maschinensteuersystem 12 vorhanden. Über diese
Verbindung wird die Zustandsinformation jeweils ins Maschinensteuersystem 12 übertragen.
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In
der Praxis ist die Konfigurationsdatenbank in einem besonderen Serverrechner
untergebracht, in dem u.a. die Grunddaten der verschiedenen Sensoren,
Maschinen, Maschinenelemente und natürlich auch der Module gespeichert
sind. Von ein und derselben Konfigurationsdatenbank können, wie
in 1 bis 3 gezeigt, die Grunddaten in
mehrere erfindungsgemäße Systeme
transferiert werden. Im Serverrechner ist gewöhnlich auch die erforderliche Analysesoftware
für die
zu überwachende
Maschine vorhanden. Dabei können
die Einstellungen und die Software mühelos entsprechend der Konfiguration und
der gewünschten
Eigenschaften des Systems gewählt
und dann in den Modul übertragen
werden. Das Zustandsüberwachungssystem
braucht für
seinen normalen Betrieb keine Verbindung zum Server, denn dieser
ist lediglich für
die Aktualisierung von Einstelldaten erforderlich. Zu letzterem
Zweck kann eine vorübergehende
Verbindung über
Datennetze, Modem oder einen anderen Datenübertragungskanal gebildet werden.
Auf diese Weise können
Veränderungen
der Einstelldaten über
Fernverbindung zum Beispiel aus dem Wartungszentrum des Maschinenherstellers
vorgenommen werden. Das System selbst braucht also keinen Serverrechner
für die
Konfigurationsdatenbank zu enthalten.
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In 2 und 3 ist
die Struktur des erfindungsgemäßen Systems
in der Praxis gezeigt. Das System ist hier in Verbindung mit Windkraftwerken 15 verwirklicht,
aber ebensogut könnte
es sich um eine Papiermaschine oder ein Wärmekraftwerk handeln. Jedem
Windkraftwerk 15 ist typisch ein selbständiges Maschinensteuersystem 12 zugeordnet.
Das lokale Maschinensteuersystem steuert das Windkraftwerk und kann
in der Praxis zum Beispiel aus einer programmierbaren logischen
Schaltung bestehen. Das Maschinensteuersystem erhält die für die Steuerung
erforderlichen Messwerte und liefert entsprechend die erforderlichen
Steuersignale an die Stellglieder.
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In
Windparks mit mehreren Windkraftwerken ist oft auch eine besondere
Schaltwarte vorhanden (2 und 3). Diese
Schaltwarte hat gewöhnlich
einen Schaltwartenrechner 28, der an das in jedem Windkraftwerk 15 vorhandene
Maschinensteuersystem 12 angeschlossen ist. Die Hauptfunktion dieses
besagten Rechners besteht darin, als Benutzerschnittstelle zum Regelsystem
des Windparks, mit anderen Worten als Schnittstelle zu allen in
den einzelnen Windkraftwerken lokal vorhandenen Maschinensteuersystemen
zu fungieren. Im Schaltwartenrechner können zum Bei spiel auch Anwendungen für das Erfassen
von Historiedaten enthalten sein.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anwendung werden
die Module 13 jeweils im einzelnen Windkraftwerk 15 angeordnet
und an das im betreffenden Windkraftwerk 15 vorhandene
Maschinensteuersystem 12 angeschlossen. In der Praxis empfiehlt
es sich, wie in 2 gezeigt, die in den einzelnen
Windkraftwerken lokal vorhandenen Einheiten miteinander zu koppeln,
wobei sich dann eine Verbindung zwischen dem Schaltwartenrechner
und den in den Windkraftwerken angeordneten lokalen Modulen erübrigt. Diese
besagte Verbindung kann zwar bei Bedarf hergestellt werden, aber
vorteilhafter gestaltet sich der Datenverkehr zwischen dem Schaltwartenrechner
und den Modulen, zum Beispiel das Anzeigen der Zustandsüberwachungsinformation
auf der Benutzerschnittstelle des Steuersystems, durch Übertragen
der Daten vom Modul auf den Schaltwartenrechner über das lokale Maschinensteuersystem. Dabei
kann die bereits vorhandene Verbindung zwischen dem im Windkraftwerk
angeordneten lokalen Maschinensteuersystem und dem Schaltwartenrechner
genutzt werden.
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Die
in 2 und 3 gezeigte Konfigurationsdatenbank 14 und
der damit verbundene Rechner werden während des normalen Betriebs
des Windkraftwerks als Teil des Systems überhaupt nicht benötigt. Die
Einstelldaten werden in der Inbetriebstellungsphase in die Module
eingegeben; danach werden die Konfigurationsdatenbank und der dazugehörige Server
lediglich zum Verändern
von Einstellungen oder zur Aktualisierung von Software benötigt. Dazu
kann der Serverrechner für
die Aktualisierung eigens vor Ort gebracht werden oder die Aktualisierung
erfolgt via Fernverbindung entweder direkt auf die Module geschaltet
oder über
den Schaltwartenrechner. In 2 sind an
den Schaltwartenrechner 28 als Peripheriegeräte außerdem ein
Modem 16, ein Drucker 17 und eine Alarmeinrichtung 18 geschaltet.
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Jedes
der beiden Windkraftwerke 15 hat ein Getriebe 19 und
daran gekoppelt einen Strom erzeugenden Generator 20. Gesteuert
wird die Stromerzeugung mit dem Maschinensteuersystem 12,
das, wie oben gesagt, in jedem einzelnen Windkraftwerk vorhanden
ist. Ein erfindungsgemäßer Modul 13 ist
in Verbindung mit jeder der zu überwachenden
Maschinen angeordnet, im hier gezeigten Fall also in beiden Windkraftwerken 15.
Gemäß der Erfindung
speichert und analysiert der Modul die Messdaten der daran angeschlossenen
Messfühler
als bzw. zu einer Maschinenzustandsinformation. So erfolgt also
nur eine geringe Datenübertragung
zwischen dem Modul und dem Maschinensteuersystem. Im einfachsten
Fall erfolgt Datenübertragung
nur in Störungssituation
und dann in Form eines Alarmsignals. In der dargestellten Anwendung
ist der Modul sowohl an das Getriebe als auch an den Generator angeschlossen.
Mit anderen Worten, der Modul überwacht
den Zustand des gesamten Windkraftwerks.
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Zur
Bestimmung der Zustandsinformation werden auch diverse Umweltvariablen,
die Einfluss auf die Betriebsverhältnisse der Maschine haben,
herangezogen. Solche Variablen sind zum Beispiel Windstärke und
-richtung, Außenlufttemperatur
und -feuchte sowie andere veränderliche
Größen wie
die Generatorleistung und -drehzahl. Die Sensoren für diese
besagten Umweltvariablen können
direkt an den Modul geschaltet sein. Allerdings sind bei den meisten
Maschinensteuersystemen diese Sensoren bereits fertig vorhanden,
so dass gemäß der Erfindung
die Daten denn auch aus dem Maschinensteuersystem in den Modul geleitet
werden. Teils auch deswegen umfassen die Verbindungsmittel 11.5 auch
eine oder mehrere Datenübertragungsschnittstellen
CI (Communication Interface) 21, darunter wenigstens eine
bidirektionale Schnittstelle (4). So können in
den Modul nach erfolgter Installation und bei laufender Maschine
leicht Daten und Einstellungen eingegeben werden.
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3 zeigt
eine Variante der vorangehenden Anwendung, wobei nun drahtlose Datenübertragungsmittel
eingesetzt werden. Die Verbindung zum Modul kann gemäß der Erfindung
mittels vielgestaltiger Geräte,
die einem Maschinensteuersystem ähneln,
hergestellt sein. Hier ist auch eine Endstelle (Terminal) 22,
die zum Modul 13 in Verbindung steht, gezeigt. Im einfachsten
Fall sendet der Modul ein eine Störung anzeigendes Signal an
die Endstelle. Der Modul kann auch programmiert werden für den Empfang
mit der Endstelle zu sendender formgebundener Anfragen, auf Grund
deren an die Endstelle das der Anfrage entsprechende Ergebnis, zum
Beispiel eine Zustandsinformation, gesendet wird. In der Regel wird
die Zustandsinformation namentlich im Modul, unabhängig vom
Maschinensteuersystem oder anderen Systemen, bestimmt. Aber, wie
oben ausgeführt,
können
jedoch zum Beispiel Allgemeindaten des Maschinensteuersystems und
Historiedaten anderer identischer Maschinen in den Modul eingegeben
werden.
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4 zeigt
die Prinzipzeichnung eines erfindungsgemäßen Systems unter Hervorhebung
des Aufbaus des Moduls 13. Der Modul 13 selbst
ist durch ein strichpunktiertes Rechteck dargestellt, in dem sich
die erforderlichen Elemente befinden. Links von dem Rechteck in 4 sind
die an/in der zu überwachenden
Maschine anzubringenden Messfühler 10 dargestellt,
deren Typ und Anzahl je nach Anwendung variieren. Gemäß der Erfindung
sind in den Modul-Einstelldaten die Messfühlerdaten enthalten, die im
Bedarfsfall, wenn sich die Konfiguration verändert, aktualisiert werden
können.
Gewöhnlich sind
die Verbindungsmittel 11.1 zwischen den Messfühlern 10 und
dem Modul 13 fest installiert, aber auch drahtlose Verbindungsmittel
können
eingesetzt werden. Dies ist in 4 durch
die gestrichelte Linie zwischen dem Messfühler Sn und dem Modul 13 dargestellt.
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Der
Modul ist ein weitgehend elektronisches programmierbares Gerät. In der
Praxis werden die von den Messfühlern 10 kommenden
Messdaten über
den A/D-Wandler 23 in den Modul 13 geleitet. Im A/D-Wandler 23 werden
die analogen Messdaten digitalisiert. Ein Teil der Messfühler kann
auch selbst einen entsprechenden Wandler enthalten, was den Betrieb
des Moduls erleichtert, weil dann die Messinformation direkt über die
digitale Datenübertragungsschnittstelle
dem Modul zugeleitet werden kann und für den betreffenden Sensor keine
der analogen Signalkonditionierung oder A/D-Wandlung dienenden Komponenten
erforderlich sind. Gemäß der Erfindung
umfassen die Speicher- und Analyseeinrichtungen 28 auch
einen Analyseprozessor CPU (Central Processing Unit) 24,
mit dem die eigentliche Verarbeitung der Messdaten erfolgt. Zur
Erleichterung des Betriebs des Analyseprozessors 24 hat
der Modul auch Messdaten-Aufbereitungseinrichtungen DSP (Digital
Signal Processing), mit denen die Messdaten in der gewünschten
Weise vorbehandelt werden. Typische Operationen der digitalen Signalverarbeitung sind
zum Beispiel lineares oder nichtlineares Skalieren, digitales Filtern
und FFT (Fast Fourier Transformation). In entwickelten, d.h. fortgeschrittenen
Messfühlern
sind entsprechende Aufbereitungseinrichtungen bereits integriert,
wodurch sich der Aufbau des Moduls weiter vereinfacht. Der Analyseprozessor und
die Aufbereitungseinrichtungen können
entweder zusammengefasst oder separate Komponenten sein. In der
Praxis können
also sowohl der A/D-Wandler als auch die Aufbereitungseinrichtungen
beide entweder im Modul oder im Messfühler oder aber der A/D-Wandler
im Messfühler
und die Aufbereitungseinrichtungen im Modul enthalten sein.
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Um
den Betrieb des Analyseprozessors 24 zu ermöglichen
umfasst der Modul 13 auch Read-alter-memory- und Storing-memory-Einrichtungen MEM
(Memory) 26. Die Read-alter-memory-Einrichtungen sind für das Betriebssystem
OS (Operating System) und für
die Analysesoftware SW (SoftWare) vorhanden. Entsprechend sind die
Storing-memory-Einrichtungen für
die Einstelldaten SET (Settings) und für die Ergebnisdaten R&H (Results & History) vorhanden.
Mit anderen Worten, gemäß der im
Speicher des Moduls gespeicherten Software und den Einstellungen
wird mit dem Analyseprozessor aus den Messdaten die Zustandsinformation
erstellt, die im Speicher des Moduls gespeichert wird. Weiter wird
auf Grund der Einstellungen die Zustandsinformation weitergeleitet,
gewöhnlich
ins Maschinensteuersystem. Dabei er setzt der erfindungsgemäße Modul
die früheren
schwerfälligen
Zustandsüberwachungssysteme.
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Um
den Betrieb des Moduls 13 generell zu ermöglichen
umfasst dieser ferner die allgemeine Elektronik(einheit) SC (Signal
Conditioning) 27, der zum Beispiel die erforderlichen Anschlüsse, Stromversorgung
der Messfühler,
galvanische Trennung, Analogfilterung und elektrische Signalanpassung
für den
A/D-Wandler (nicht dargestellt) zugeordnet sind. Diese Komponenten
können
entweder insgesamt oder teilweise als Standardteile in den Modul
integriert oder bei Bedarf als dem Modul beizuordnende separate
Komponenten verwirklicht werden. Der Modul 13 umfasst weiter
die oben genannten Datenübertragungsschnittstellen 21,
die im Hinblick auf die Schaffung eines von Maschinensteuersystemen
unabhängigen
Systems möglichst
universell gestaltet werden. Solche fast standardartige Datenübertragungsschnittstellen
sind zum Beispiel Radiosender/-empfänger und GSM- oder sonstige
Modems. Auch Reihen- und Parallelanschlüsse, Ethernet und andere Netzanschlüsse und
sogar Relaisausgänge kommen
in Frage. In den praktischen Anwendungen gibt es mehrere verschiedene
Datenübertragungsschnittstellen
und für
sie programmierte Datenübertragungsprotokolle,
von denen jeweils die/das für
die Situation passendste gewählt
wird. Die bei der Erstellung der Maschinenzustandsinformation im
Modul selbst zu transferierende Datenmenge ist gewöhnlich gering
und auf jeden Fall beträchtlich
geringer als beim Stand der Technik.
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Der
im erfindungsgemäßen System
einzusetzende Modul umfasst also Verbindungsmittel für die an/in
der zu überwachenden
Maschine angebrachten Messfühler
und für
das Maschinensteuersystem. Außerdem
sind die Verbindungsmittel, die Aufbereitungseinrichtungen wie auch
die Speicher- und Analyseeinrichtungen zu einem einzigen der Maschine
zuzuordnenden Modul zusammengefasst, der in seinem Aufbau unabhängig von
der Konstruktion der Maschine ist. Dadurch wird ermöglicht,
ein und denselben Modul typ für
verschiedenartige Maschinen einzusetzen. Das Modul-Betriebssystem
ist in der Praxis oft konstant ("standard"). Auch die Analysesoftware
ist in ihren Hauptzügen
konstant, wenngleich anwendungsspezifische Unterschiede vorhanden
sein können.
Hingegen richten sich die Einstellungen stets nach der zu überwachenden
Maschine, d.h. sie variieren von Anwendung zu Anwendung.
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Das
erfindungsgemäße System
lässt sich auch
in Verbindung mit Einzelmaschinen wirtschaftlich verwirklichen.
Auch können
mit dem System Maschinen, die mehrere verschiedenartige Maschinenelemente
enthalten, überwacht
werden. Weiter kommt in dem System ein besonderer Modul zur Anwendung,
der in seinem Aufbau unabhängig
von der Konstruktion der Maschine ist, was weitere Kosteneinsparung
bedeutet. Der Modul enthält
denn auch Analyse- und
Speicherkapazität,
so dass die Zustandsinformation zentral im Modul selbst erzeugt
werden kann. Gleichzeitig kann der Modul durch Programmieren auf
den Betrieb eingestellt und bei Bedarf später auch aktualisiert werden.
Auch das Anschließen
verschiedenartiger Messfühler
gestaltet sich einfach, so dass sich der Modul für die verschiedensten Maschinen
eignet. Weiter enthält
der Modul verschiedenartige Datenübertragungsschnittstellen zur
Datenein- und -ausgabe in den bzw. aus dem Modul. Dank der quasi "standardisierten" Datenübertragungsschnittstellen
ist der Modul auch unabhängig von
Maschinensteuersystemen, so dass sich die Inbetriebnahme des Systems
einfach gestaltet. Entsprechend kann aus dem Modul jeweils gewünschte Information
in verschiedene Systeme und Geräte übertragen
werden.