Zuverlässigkeitsexperten weltweit sind sich einig – die einzige Möglichkeit, einen sicheren, zuverlässigen, effizienten und wirtschaftlichen Betrieb von Kolbenkompressoren zu gewährleisten, besteht darin, sie kontinuierlich zu überwachen und auf Basis der von den Überwachungssystemen gelieferten Informationen entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
Dieses einfache Ziel ist jedoch in der Praxis nur schwer umzusetzen. Die Vielfalt der Instrumente, Systeme und Methoden zur Maschinenüberwachung und -diagnose kann verwirrend sein. Beschreibungen und Behauptungen sind manchmal ähnlich, manchmal widersprüchlich, und fast immer verwirrend.
Um Klarheit für Ihren Entscheidungsprozess zu schaffen, bieten wir diesen Leitfaden zur Systemauswahl in einfacher Sprache an. Er listet die wesentlichen Fähigkeiten auf, die ein System haben sollte und erklärt, warum diese Fähigkeiten benötigt werden.
Dies ist der Höhepunkt von mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Anwendung von Überwachungs- und Diagnosesystemen auf der ganzen Welt. Wir hoffen aufrichtig, dass unser Erfahrungsschatz Ihnen bei der Bewertung und Implementierung eines Systems für Ihren Betrieb von Nutzen sein wird.
Skalierbarkeit
Warum es wichtig ist: Systeme sollten in zweierlei Hinsicht skalierbar sein. Erstens sollten sie funktional skalierbar sein, so dass neue oder zusätzliche Funktionen, wie z. B. Messketten, zu einem installierten System ohne übermäßige Kosten oder Schwierigkeiten hinzugefügt werden können. Zweitens sollten die Systeme in ihrer Größe skalierbar sein. Mit anderen Worten: Ein System sollte die Möglichkeiten bieten, die Überwachung auf zusätzliche Maschinen auszuweiten.
Die Skalierbarkeit ermöglicht es Ihnen, neue Entwicklungen zu nutzen und Ihr System auf dem neuesten Stand der Technik zu halten. Wenn sich Ihre Anforderungen ändern und Ihre Erfahrung mit einem System wächst, werden Sie wahrscheinlich den Wunsch haben, die Abdeckung auf andere Maschinen zu erweitern. Ein wirklich skalierbares System bietet einen einfachen, kosteneffizienten Weg für Wachstum.
Die beste Vorgehensweise
Überwachungssysteme sollten aus Modulen bestehen, die wie Bausteine zu einem System zusammenpassen, das Ihre individuellen Überwachungsanforderungen erfüllt. Um Funktionen oder die Abdeckung anderer Maschinen hinzuzufügen, “stecken” Sie einfach neue Module ein. Auf diese Weise können Sie sich anfangs nur auf die Funktionen konzentrieren, die Sie wirklich benötigen (Überwachung von “Bad Actors”) und dann nach Bedarf wachsen. Mit anderen Worten: Denken Sie groß – fangen Sie klein an.
Die funktionale Skalierbarkeit hängt von der Verpflichtung Ihres Anbieters zu kontinuierlichen Systemverbesserungen ab. Dieses Engagement zeigt sich in der Häufigkeit von Systemerweiterungen wie z. B. Software-Updates. Ihr Anbieter sollte in laufende Forschung und Entwicklung investieren, um regelmäßige System-Updates und -Upgrades zur Verfügung zu stellen.
Automatische Diagnosen und Benachrichtigungen
Warum es wichtig ist: Das Vorhandensein einer Anomalie zu erkennen, ist eine Sache. Sie zu definieren und genau zu lokalisieren ist eine andere. Ihr Überwachungssystem sollte Sie nicht nur vor Problemen warnen, sondern auch eine genaue Diagnose mit spezifischer Komponentenidentifikation, Lokalisierung und Angabe des Schadensausmaßes liefern. Mit diesen Informationen bewaffnet, können Sie fundierte Entscheidungen darüber treffen, welche Wartungsmaßnahmen Sie ergreifen müssen und wann Sie diese durchführen müssen.
Die beste Vorgehensweise
Bei der Entwicklung eines Systems für automatisierte Diagnosen gibt es keine Abkürzungen. Ein genaues, detailliertes Verständnis für ein Problem wird nur durch umfangreiche Erfahrung in der Maschinenüberwachung erworben. Der Grund liegt auf der Hand: Wenn ein Überwachungssystem eine Anomalie erkennt, vergleicht es deren Merkmale mit einer integrierten, erfahrungsbasierten Ausfallmuster-Datenbank. Ein Abgleich dieser Anomalie mit einem realen Ausfallmuster führt zu einer genauen, zuverlässigen Diagnose.
Genauso wertvoll ist die Nachricht, die Ihr System Ihnen übermittelt. Im Falle einer positiven Fehlermusterübereinstimmung, eines Alarms oder einer Abschaltung brauchen Sie Antworten. Moderne Systeme sollten eine klare Kommunikation über die Ursache des Alarms liefern. Die Meldung “Leckage am Auslassventil, Zylinder 2, Übereinstimmung 89 %” gibt zum Beispiel die Ursache des Problems, den Ort des Problems und das Vertrauen in die Diagnose an.
Zwei weitere Überlegungen: Erstens sollten Sie sich vor Systemen hüten, die behaupten, “Experten-Diagnoseroutinen” zu haben, denen es aber an speziellem Know-how fehlt. Ohne leistungsfähige und intelligente Algorithmen können keine präzisen Diagnosen durchgeführt werden. Zweitens: Denken Sie über die Fähigkeiten selbst der ausgefeiltesten Diagnosetechnologien und die von ihnen generierten Meldungen nach. Ist es realistisch und zuverlässig, dass ein System einen Bericht über einen drohenden Schaden ausgibt, der eine Schraube (mit ihrer Teilenummer) identifiziert, die angezogen werden muss?
Fehler im Frühstadium erkennen
Warum es wichtig ist: Die Zeiten der zeitbasierten Wartung sind vorbei. Modernste Überwachungstechnologie ermöglicht Ihnen eine zustandsorientierte Wartung, die sich anbahnende Fehler zuverlässig erkennt und eingreift, bevor es zu Ausfällen kommen kann. Die frühzeitige Fehlererkennung verhindert Maschinenschäden, erhöht die Sicherheit, vermeidet ungeplante Maschinenstillstände und reduziert die Betriebskosten. Der Erfolg hängt von der Fähigkeit ab, mechanische Defekte in einem frühen Stadium präzise zu erkennen – unabhängig von den Betriebsbedingungen – ohne Fehlalarme auszulösen.
Die beste Vorgehensweise
Die genaue Erkennung von Anomalien wird durch die Erfassung einer komplexen Reihe von Signalen und deren Analyse auf eine Weise erreicht, die es ermöglicht, selbst kleine Veränderungen in den eingehenden Signalen zu erkennen. Durch die Erkennung kleiner Veränderungen und das Verständnis ihrer Konsequenzen werden frühzeitige Ausfälle erkannt – und Fehlalarme vermieden. Diese Art von tiefgreifender Intelligenz erfordert ein Überwachungssystem, das speziell für die einzigartigen Verhaltensweisen von Kolbenmaschinen entwickelt und durch jahrzehntelange Felderfahrung perfektioniert wurde.
Messung von Phasenbezogenen Daten
Warum es wichtig ist: Die wichtigste und bekannteste Technik zur Maschinenüberwachung ist die Schwingungsanalyse. Allerdings sind nicht alle Schwingungsanalysen gleich. Scheinbar kleine Unterschiede in der Datenerfassung und Auswertestrategie können einen dramatischen Einfluss auf die Qualität der Signaldiagnose haben. Die Wahl der richtigen mathematischen Auswertemethode ist der Schlüssel zur zuverlässigen Fehlerfrüherkennung und zum Maschinenschutz.
Die beste Vorgehensweise
Erstens sollten Überwachungssysteme kontinuierlich Maschinenschwingungen für jede Kurbelumdrehung erfassen, diagnostizieren und dann die Signale in kurbelwinkelbezogene Anteile segmentieren. So kann harmloses, aber manchmal unregelmäßiges Maschinenverhalten zu Recht als “guter Zustand” identifiziert werden – und damit Fehlalarme vermieden werden. PROGNOST Systems hat die segmentierte Schwingungsanalyse in den späten 1990er Jahren erfunden und seitdem bewiesen, dass der beste Ansatz darin besteht, die 360° einer Umdrehung in 36 Segmente von je 10° Kurbelwinkel zu unterteilen. Dies ist der effektivste Anteil einer durchschnittlichen Signalbreite bezogen auf eine Umdrehung.
Zweitens müssen die Schwingungssignale mit der genauesten mathematischen Analyse ausgewertet werden. Für oszillierende Maschinen hat sich nur die RMS-Analyse (Root Mean Square) als zuverlässig erwiesen. Die RMS-Analyse ist überlegen, weil sie nicht nur die Amplitude, sondern auch den Energiegehalt einer Schwingung berücksichtigt.
Partnerschaft
Warum es wichtig ist: Kein Benutzer eines Überwachungssystems sollte allein gelassen werden. Die Bedeutung und Komplexität eines voll funktionsfähigen Überwachungssystems erfordert eine kontinuierliche Unterstützung durch Ihren Anbieter, damit Sie die Vorteile des Systems voll ausschöpfen und Ihren Return On Investment maximieren können. Die Unterstützung, die Sie erhalten, sollte in Form von Schulungen und Hilfestellungen erfolgen, um Ihnen zu helfen, Ihr System voll auszunutzen, sowie in Form von kontinuierlicher Produktentwicklung, um Ihr System für eine möglichst lange Zeitspanne auf dem neuesten Stand der Technik zu halten.
Die beste Vorgehensweise
Wählen Sie einen Anbieter, der ununterbrochene Dienste anbietet. Bewerten Sie die Schulungsangebote. Vergewissern Sie sich, dass Kundensupport-Teams verfügbar sind, sobald Ihr System installiert ist – einschließlich 24/7 Helpdesk und so viel Diagnosedienstleistungen, wie Sie benötigen.
Denken Sie daran, dass die vorteilhaftesten Kundendienstleistungsverträge diejenigen sind, die Ihnen Flexibilität bieten. Der Umfang des von Ihnen benötigten Supports wird mit der Zeit abnehmen. Achten Sie auf Service-Verträge, die es Ihnen ermöglichen, den Umfang des Supports herunterzuschrauben, so dass Sie nur für die Leistungen zahlen, die Sie benötigen, wenn Sie und Ihre Mitarbeiter mehr und mehr Wissen über das System und desssen Funktion erwerben.
Felderfahrung
Warum es wichtig ist: Ein zuverlässiges, voll funktionsfähiges Überwachungssystem erfordert eine solide Anzahl von Installationen und viele Jahre an Erfahrung im Feld. Keine noch so gute “Labor”-Prüfung kann die Bedingungen einer tatsächlichen Betriebsumgebung duplizieren – geschweige denn die Eigenschaften vieler verschiedener Betriebsumgebungen über längere Zeiträume. Welche Sicherheit haben Sie, dass Ihr Überwachungssystem wie versprochen funktioniert? Wie viel Vertrauen haben Sie in die Genauigkeit der Diagnosen, die Ihr System erstellt?
Die beste Vorgehensweise
Bestehen Sie darauf, dass Ihr Anbieter die Zeitspanne dokumentiert, in der sein System tatsächlich an Einsatzorten verwendet wurde. Ermitteln Sie die Zeitspanne, in der der Anbieter Probleme behoben und Anwendervorschläge aus dem Feld umgesetzt hat, um die Leistung seines Überwachungssystems zu verbessern. seines Überwachungssystems zu verbessern. Fragen Sie nach Referenzen. Kontaktieren Sie so viele wie möglich davon. Besser noch: Besuchen Sie Anwender, deren Umgebung der Ihren am nächsten kommt. Der Input von Vertretern des Herstellers ist nützlich. Unzensierte Kommentare von echten Anwendern sind jedoch von unschätzbarem Wert, um zu entscheiden, ob ein potenzielles System Ihre Erwartungen erfüllen wird.
Leistungsoptimierung
Warum es wichtig ist: Die Vorteile einer optimalen Kompressorleistung liegen auf der Hand: verbesserte Betriebseffizienz, reduzierter Energieverbrauch und erhöhte Produktivität. Die Verfolgung der Leistung kann auch andere Vorteile bieten, wie z. B. die frühzeitige Warnung vor drohenden Gasleckagen. Leider bleiben Effizienzverluste von vielen Überwachungssystemen, die sich nur auf Schwingungen, Kolbenlage und Temperatur konzentrieren, oft unentdeckt. Die Maschineneffizienz sollte – wie andere wichtige Parameter auch – kontinuierlich überwacht werden.
Die beste Vorgehensweise
Überwachungssysteme sollten die Effizienz der Maschine überprüfen und umfassende Analysen liefern, die aufzeigen, wie Sie einen optimalen Betrieb realisieren können. Sie können damit beginnen, jegliche Änderungen des dynamischen Drucks während des Betriebs zu erkennen und spezielle p-V-Analysen durchzuführen, um Komponenten zu identifizieren, die eine Verringerung der Effizienz verursachen. Sie sollten auch Einflüsse einbeziehen, die sich aus den heutigen Verdichtervorschriften ergeben. Schließlich müssen sie weitere Schlüsselwerte analysieren, wie Verdichtungszyklus, Kolbenstangenbelastung und Kolbenstangenumkehr. Überwachungssysteme sollten all diese Informationen zusammenfassen, um Ihnen einen umfassenden Überblick über die Effizienz Ihrer Maschine zu geben und die notwendigen Schritte zur Aufrechterhaltung der optimalen Leistung zu identifizieren.
Relevante SIL-Zertifizierung
Warum es wichtig ist: Es ist wichtig zu verstehen, was eine SIL-Zertifizierung bedeutet – und was sie nicht bedeutet. SIL-Bewertungen (Safety Integrity Level) wurden eingeführt, um eine Metrik für die Bewertung der Betriebszuverlässigkeit eines Systems in Bezug auf die Sicherheit zu definieren, wie in der IEC 61508 festgelegt. In Bezug auf Maschinenüberwachungssysteme bezieht sich eine SIL-Bewertung auf die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Schutzsystems bei Bedarf. Ein wichtiger Punkt, den es zu beachten gilt, ist, dass SIL-Einstufungen nichts mit der Überwachungsgenauigkeit zu tun haben, die durch Fehlauslösungen und Fehlerkennungen dargestellt wird. Bevor ein Schutzsystem mit SIL-Einstufung zum Einsatz kommt, muss der Betreiber die geeignete SIL-Einstufung für die zu schützende Maschine ermitteln. Mit anderen Worten: Die IEC 61508 ist eine risikobasierte Norm, und um sie anzuwenden, müssen Kriterien für die Tolerierbarkeit von Risiken für die Maschine festgelegt werden, z. B. muss eine HAZOP-Studie (Hazard and Operability) durchgeführt werden.
Die beste Vorgehensweise
Einige Marketingformulierungen wie “SIL vorbereitet” oder “entspricht SIL” können verwirrend sein. Es gibt jedoch zwei Möglichkeiten, die Verwirrung zu klären. Erstens: Suchen Sie nach einem Überwachungssystem, dessen Anbieter echte SIL-Zertifikate vorlegen, die von anerkannten Zertifizierungsstellen ausgestellt wurden. Denken Sie daran, dass die SIL-Einstufung nicht nur das Sicherheitssystem selbst, sondern auch die verbundenen Komponenten im Sicherheitskreis vom Sensor bis zum ESD (Emergency Shutdown Device) abdecken muss. Zweitens sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass SIL-Einstufungen nicht nur hoch, sondern auch relevant für Ihre Anwendung sein sollten.
So ist beispielsweise eine SIL-Zertifizierung für die Überwachung des Überdrehzahlschutzes für den Anwender eines Kolbenkompressors nicht von Bedeutung, aber eine Einstufung für ein Sicherheitssystem, das segmentierte RMS-Schwingungsanalysen durchführt, kann für Ihre Maschine von Bedeutung sein. Sie können erwarten, dass ein Schutzsystem mit speziellen Fähigkeiten für Kolbenmaschinen eine Einstufung von bis zu SIL 2 erhält.
Einstellung der Grenzwerte für die Erkennung von Betriebsbedingungen
Warum das wichtig ist: Die anhaltende Beliebtheit von Kolbenkompressoren ist zum Teil auf ihre Flexibilität zurückzuführen. Ihre Fähigkeit, unterschiedliche Lasten, Geschwindigkeiten, Volumina und Gase zu bewältigen, macht sie zu einem Favoriten für Betreiber – und zu einem Albtraum für Fehlererkennungsmodule in Online-Zustandsüberwachungssystemen. Der Grund dafür ist, dass wechselnde Betriebsbedingungen oft zu dynamischen Änderungen des Maschinenverhaltens führen – zum Beispiel des Schwingungsfingerabdrucks. Die Erkennung dieser Betriebszustandsänderungen und der parallele Abgleich der Schwellenwerteinstellung kann extrem komplex sein und führt – wenn nicht richtig durchgeführt – zu ungenauen Ergebnissen.
Die beste Vorgehensweise
Betriebsbedingungsdefinitionen und ihre entsprechenden Schwellenwerteinstellungen können manuell eingestellt werden – aber es dauert Wochen, um den gesamten Satz von Schwellenwerten für alle Analysen, für alle Messwerte und für alle Betriebsbedingungen aufzuschlüsseln. Suchen Sie nach einem Überwachungssystem, das diese Einstellungen automatisch vornimmt. Modernste Anwendungen erkennen nach einer kurzen Lernphase automatisch wechselnde Betriebsbedingungen – basierend auf Trenddaten der Maschine – und passen alle betroffenen Schwellenwerteinstellungen in Echtzeit präzise an, um Fehlalarme und verpasste Erkennungen zu vermeiden.
Überwachung der Kolbenstangenlage
Warum es wichtig ist: Die Analyse der Kolbenstangenlage ist mehr als nur eine Verschleißanzeige. Die effektivsten Überwachungssysteme beinhalten die Messung der Kolbenstangenlage in Verbindung mit Analysen anderer Parameter, um drohende Ausfälle der Antriebsstrangintegrität zu erkennen. Die Kolbenstangenlage ist eine wertvolle Analyse, die Alarme und Warnungen zu zwei wichtigen Themen liefert. Erstens identifiziert sie als dynamisches Signal für Sicherheitsschutzaufgaben Probleme mit der mechanischen Maschinenintegrität – wie z. B. den Zustand des Antriebsstrangs, lose Verbindungen, Überlastbedingungen und mehr.
Zweitens dient die Analyse der Kolbenstangenlage als Indikator für den Verschleiß, insbesondere der Kolbentragringe. Die Maschine kann dann zum Schutz und zur Durchführung von Wartungsarbeiten abgeschaltet werden, bevor gravierende Schäden an der Kolbenstange, dem Kolben oder dem Zylinder auftreten.
Die beste Vorgehensweise
Die Überwachung erfolgt mit einem Wirbelstromsensor, der kontinuierlich den Verschleiß des Kolbenrings misst. Während die dynamische Komponente des Signals verwendet werden kann, um gelockerte oder gerissene Kolbenstangen zu ermitteln, kann die statische Komponente der Kolbenstangensenkung den Verschleiß von Kolben Tragringen nur bei richtiger Anwendung und Konfiguration der Analysen erkennen. Viele Studien haben signifikante, sicherheitskritische Probleme aufgezeigt, die mit Schwingungsmessungen allein unsichtbar blieben, aber durch die Analyse der Kolbenstangenposition entdeckt wurden (z. B. Kolbenstangenrisse).
Datenaufzeichnung & -wiedergabe
Warum es wichtig ist: Selbst die ausgefeiltesten Online-Zustandsüberwachungssysteme können eine Schutzabschaltung einer Maschine durchführen, ohne genügend beschreibende Details zu hinterlassen, um die Grundursache zu ermitteln. Welche Option hat der Bediener? Ein Neustart der Maschine, um mehr Beweise zu erhalten, riskiert katastrophale Schäden. Sondierende Wartung verschwendet Zeit, Geld und Produktivität.
Die beste Vorgehensweise
Die Antwort liegt in einer Funktion, die sich transiente Datenaufzeichnung nennt. Stellen Sie sich diese Funktion wie einen Flugdatenschreiber vor, der in Flugzeugen mitgeführt wird.
Die Aufzeichnung transienter Daten ermöglicht es Wartungstechnikern, eine Sicherheitsabschaltung, einen Alarm oder einen Maschinenstart zu wiederholen, indem sie eine lückenlose Aufzeichnung aller Signale in einem unkomprimierten Format untersuchen. Mit diesen Daten können Wartungspersonal und Analysten die Ursachen schnell und genau ermitteln. Fehlerhafte Akteure können sicher identifiziert und Wartungsaktivitäten effizient durchgeführt werden. Bei der Untersuchung von Maschinenausfällen spielen die gespeicherten Signaldaten eine wichtige Rolle in Bezug auf die Reduzierung von Ausfallzeiten und Wartungskosten.
Überwachung der Systemunabhängigkeit
Warum es wichtig ist: Ihr Anbieter von Überwachungssystemen sollte Ihre Ziele in Bezug auf Sicherheit, Effizienz, Kostensenkung und Einhaltung von Umweltvorschriften teilen. Er sollte keine konkurrierenden Geschäftsziele haben, die die Ergebnisse der Maschinenbeurteilung, die Systementwicklung oder den technischen Support beeinflussen könnten.
Die beste Vorgehensweise
Kein Anbieter, der an einem langfristigen Erfolg interessiert ist, würde seine kommerziellen Belange über Ihre Bedürfnisse stellen. Sie können diese Möglichkeit jedoch ausschließen, indem Sie einen Spezialisten für die Zustandsüberwachung wählen, der unabhängig vom Lieferanten der Ersatzteile für Ihre Maschine ist. Einfach ausgedrückt, dies vermeidet Interessenkonflikte. Seien Sie misstrauisch gegenüber Anbietern von Überwachungssystemen, die daran interessiert sind, Ihnen Wartungsdienstleistungen oder Komponenten zu verkaufen, die für die Maschinenverfügbarkeit entscheidend sind.
