Produktionstrend 2011/05

Zuverlässiger Maschinenschutz mit intelligentem Schwingungsschalter, Lagerüberwachungssender oder Klopfüberwachung

Bei rotierenden und alternierenden Maschinen ist die Überwachung der vom Gerät erzeugten Vibrationen eine wirksame Methode, um die Entstehung eines übermäßigen Vibrationsniveaus zu verhindern, das sowohl die Maschine als auch die zugehörigen Geräte und die Umgebung gefährden könnte. Kostengünstige, programmierbare elektronische Schwingungsschalter dienen der einfachen und zuverlässigen Erfüllung dieser Aufgabe.

Anwendung und Funktionsweise von Schwingungsschaltern

Vibrationen werden von zahlreichen Produktionsanlagen, Motoren, Lüftern, Pumpen, Kompressoren usw. erzeugt. Das vom Gerät erzeugte Vibrationsniveau ist - abgesehen von Ausnahmefällen - proportional zum Zustand der Maschine. In diesem Fall ist es sinnvoll, einen Schwingungsschalter zur Grundabsicherung der Produktion, der Maschine und ihrer Umgebung sowie zur Verhinderung größerer Schäden einzusetzen. Je nach Funktion des Schwingungsschalters misst er die Vibration des zu schützenden Geräts und bewertet sie anhand eines eingestellten Grenzwerts. Abhängig von der Überschreitung des Grenzwerts liefert der Schwingungsschalter ein klares, zweistufiges Ausgangssignal, mit dem die Maschinenschutzfunktion aktiviert werden kann. Die scheinbar einfache Aufgabe kann beispielsweise mit mechanischen oder elektronischen Bauteilen realisiert werden.

Präzise, elektronische Schwingungsschalter anstelle von mechanischen

Mechanische Schwingungsschalter sind aufgrund ihrer einfachen Struktur in der Regel weniger anpassungsfähig an eine bestimmte Anwendung. Die Empfindlichkeit des mechanischen Aufbaus hängt stark von der Frequenz ab und entspricht nicht immer den charakteristischen Vibrationen der zu schützenden Maschine, was im besten Fall zu Fehlalarmen und im schlimmsten Fall zum Scheitern der Schutzfunktion führen kann. Aufgrund ihrer Konstruktion sind sie beispielsweise nicht ohne externe Geräte für die Fernquittierung/Aktivierung, Verzögerung beim Starten und Alarmieren, Ändern des Grenzwerts usw. geeignet, weshalb sie aufgrund zahlreicher Einschränkungen insbesondere für den Schutz von sich ändernden oder automatisierten Anlagen weniger geeignet sind. Elektronische Schwingungsschalter zielen darauf ab, die Nachteile des mechanischen Aufbaus zu beseitigen. Der Sensor in diesen Geräten ist in der Regel ein piezoelektrischer Schwingungssensor, der eine gut spezifizierbare Frequenzbereich, Linearität und Übertragung für die Vibrationsmessung bietet.

Neue Generation von Schwingungsschaltern - elektronischer Sensor, Signalverarbeitung, Auswertung

Mit dem Rückgang der Größe und des Preises von elektronischen Signalverarbeitungselementen sind diese Elemente heute Bestandteil der Schwingungsschalter, die über zahlreiche einstellbare Parameter verfügen. Die Einstellung des Grenzwerts für das Vibrationsniveau ist eine grundlegende Funktion, wobei der wesentliche Unterschied zur mechanischen Vorrichtung die Genauigkeit und der Einstellbereich sind. Durch die elektronische Verarbeitung können auch spezielle Eigenschaften wie Schalthysterese, flexible Grenzwertänderung, Aktivierung abhängig vom Umgebungsvibrationsniveau und sogar eine komplexere Auswertung oder Betriebsmodus leicht realisiert werden.

Die Qualität der von den eingebauten Schwingungssensoren gelieferten Vibrationsinformationen kann den Vergleich mit der standardmäßigen Auswertung ermöglichen, die genaue, kalibrierte Einstellung des Geräts gewährleisten, was beispielsweise für die Erfüllung von Garantiebedingungen besonders nützlich sein kann. Einige Schwingungsschalter ermöglichen auch die Ausgabe des Rohvibrationssignals. Diese Ausgänge können einerseits zur Kalibrierung und Überprüfung des Betriebs dienen, andererseits die Anbindung an externe Schwingungsanalysegeräte oder Zustandsüberwachungssysteme ermöglichen.

Anpassung von Schwingungsschaltern - von direkter Steuerung bis zur PLC-Verbindung

Einige Varianten elektronischer Schwingungsschalter verfügen über eine gut sichtbare, lokale LED-Anzeige sowie über zahlreiche Quittierungsmöglichkeiten und Aktivierungsoptionen, die die lokale Bedienung und Anpassung erleichtern. Unter den "intelligenten", mikroprozessorgesteuerten Schwingungsschaltern gibt es auch die Möglichkeit der elektronischen Programmierung über eine elektronische Schnittstelle wie beispielsweise serielle Kommunikationsports (RS-485, USB). Die elektronische Einstellung bietet viele Vorteile: Der Schwingungsschalter kann schnell und gegebenenfalls über eine Fernverbindung eingestellt werden, was aufgrund der digitalen Datenübertragung mit präzisen Werten möglich ist. Die vollständige Konfiguration des jeweiligen Schwingungsschalters kann in einer elektronischen Datei gespeichert werden, und die Einstellungen können detailliert dokumentiert und unabhängig vom Gerät überprüft werden. Durch die digitale Signalverarbeitung bleibt die Verdrahtung und Anwendung des Schwingungsschalters weiterhin einfach, und die Geräte mit normalen Relaisausgängen können mit minimalen Änderungen angeschlossen werden und je nach Bedarf in den Relaisausgangsmodus (Schließer/Öffner, Verriegelung) programmiert werden. Elektronische Schwingungsschalter können unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden, sind mit geeigneten Gehäusen sogar in explosionsgefährdeten Umgebungen einsetzbar, arbeiten in einem weiten Temperaturbereich und erfordern praktisch keine Wartung.

Die elektronischen Schwingungsschalter und die Sensor-Signalverarbeitungskonfigurationen können im Vergleich zu Letzteren aufgrund der geringeren Verkabelungs- und Anschlussfehler zuverlässiger angesehen werden. Aufgrund der geschlossenen Einheit besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit für Konfigurationsfehler aufgrund von Anpassungen (zum Beispiel Empfindlichkeitseinstellung) und aufgrund des kompakten Designs kann es widerstandsfähiger gegen mechanische und elektrische Einflüsse sein. Aufgrund der geringeren Anzahl von Elementen kann auch der Gesamtkosten deutlich niedriger gehalten werden. Einige Varianten der elektronischen Schwingungsschalter erfüllen strenge Kriterien für chemische und petrochemische Anlagen, sodass ihr Einsatz auch in explosionsgefährdeten Umgebungen möglich ist. PCB 686B Smart – Einstellung der "intelligenten" Schwingungsschalter Die PCB 686B Smart-Familie von elektronischen Schwingungsschaltern verfügt über eine Vielzahl von einstellbaren Parametern, deren Einstellung dank der USB-Schnittstelle und des Konfigurationsprogramms einfach ist. In den PCB 686B Smart-Schwingungsschaltern können unter anderem Warn- und Alarmpegel, Einschalt- und Alarmverzögerung, Hysterese, Startpegel oder -blockierung, Alarmausgangsmodus sowie die Umgebungsvibration, die den Start steuert, eingestellt werden. All diese Parameter ermöglichen eine feine Einstellung, um die Betriebsmerkmale der Maschine zur effektiven Maschinenschutzdefinition zu präzisieren. Die PCB 686B Smart-Familie bietet verschiedene Optionen gegen Umwelteinflüsse, von gepanzerten Verkabelungen bis hin zu explosionsgeschützten Gehäusen. Trotz der zahlreichen Funktionen und Optionen ist die PCB 686Bxx Smart-Familie preisgünstig. PCB 649Ax1 Kolbenmaschinenschutz-Klopfüberwachungssender Der Betrieb vieler Elemente von Kolbenmaschinen sowie deren Fehler stehen in Zusammenhang mit schlagartigen Schwingungsphänomenen. Diese Schläge haben in der Regel sehr hohe Amplituden, aber sehr kurze Dauer. Impulse können herkömmliche Schwingungssensoren leicht in Resonanz oder Überlastung versetzen und falsche Alarme auslösen, während mechanische Schalter durch niedrigfrequente Schwingungen schneller ausgelöst werden können als bei der Analyse von herkömmlichen Rotationsmaschinen. Im Vergleich zu den üblichen Analyseverfahren für Rotationsmaschinen sind daher andere Sensoren, Signalinhalte und sogar effizientere Verfahren für eine angemessene Auswertung erforderlich. Die PCB 649A-Serie von Sensoren wurde entsprechend konzipiert, um Kolbenmaschinen vor solchen Schäden zu schützen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Einsatz von elektronischen Schwingungsschaltern und -sendern nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich eine vorteilhafte Alternative zu mechanischen Schaltern und Sensor-Signalverarbeitungskonfigurationen darstellt. Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu