NI LabVIEW und CompactRIO zur Überwachung von Kraftwerken

Boris Meško, VESKI

"Die kontinuierliche Überwachung von Schwingungen und anderen Signalen spielt eine entscheidende Rolle, um das Verhalten und die Effizienz mechanischer Systeme sowie deren Bestandteile vorherzusagen, und erfordert für gewöhnlich eine fortlaufende Datenerfassung und Analyse der Online-Datenbanken. Das kroatische Beratungsunternehmen VESKI verwendet LabVIEW und CompactRIO als Kernstück seiner CoDiS-Überwachungssoftware."

- Boris Meško, VESKI

Die Aufgabe:

Entwicklung eines kosteneffektiven und zuverlässigen Systems zur Überwachung von Kraftwerkmaschinerie in Kroatien

Die Lösung:

Einsatz der Überwachungssoftware Computerized Diagnostic System (CoDiS) von VESKI basierend auf NI LabVIEW und CompactRIO zur Bereitstellung eines kontinuierlichen, LAN-kompatiblen Schwingungsüberwachungssystems

Autor(en):

Boris Meško - VESKI
Ozren Orešković - VESKI
Ozren Husnjak - VESKI

 

Mechanische Schwingungen können rotierende mechanische Bauteile beschädigen und in vielen Fällen den Betrieb und die Lebensdauer einer Maschine gravierend reduzieren. Die kontinuierliche Überwachung von Schwingungen und anderen Signalen spielt eine entscheidende Rolle, um das Verhalten und die Effizienz mechanischer Systeme sowie deren Bestandteile vorherzusagen, und erfordert für gewöhnlich eine fortlaufende Datenerfassung und Analyse der Online-Datenbanken.

 

Das kroatische Beratungsunternehmen VESKI, welches sich auf das Gebiet der Schwingungsanalyse und -diagnostik spezialisiert hat, verwendet LabVIEW und CompactRIO als Kernstück seiner CoDiS-Überwachungssoftware.

 

Wir verwendeten LabVIEW und CompactRIO zur Erstellung eines benutzerdefinierbaren Systems mit einer Softwarelösung, das elf kroatische Kraftwerke dabei unterstützen würde, die Kosten für die Generatorwartung und -reparatur zu reduzieren.

 

 

Maschinenzustandsüberwachung und -diagnose

Online-Überwachungssysteme sind besonders in Energieerzeugungsanlagen notwendig. Dort werden sie eingesetzt, um Fehlfunktionen vorauszusagen und Unregelmäßigkeiten bei der Systemleistung zu identifizieren. Diese Systeme können auch zur Optimierung routinemäßiger Wartungen und zum Schutz vor langfristigen, kostenaufwändigen Schäden eingesetzt werden.

 

Wir installierten CoDiS auf über 30 Stromgeneratoren in Kroatien und Slowenien sowie in Lagarfoss, Island. Moderne Überwachungssysteme in der Industrie benötigen in der Regel Funktionen, die Daten zu Schwingungen, Temperatur, Druck und Durchfluss erfassen und zugleich eine genaue Datenbankverwaltung aufrechterhalten. CoDiS wurde konzipiert, um die Schwingungen von Rotor-, Stator- und Fundamentdynamik, den Zustand des Luftspalts, die Prozesse der Stromverwertung, die Netzqualität und die Hydraulikgröße großer rotierender Maschinen zu überwachen. CoDiS ist modular und anpassbar. Zudem kann das System nach den Anforderungen des Anwenders entwickelt und an sie angepasst werden. Die gesamte Anwendung basiert auf LabVIEW. Wir erstellten und modifizierten alle Analyse- und Datenbankabläufe für eine benutzerdefinierte Online-Überwachung und -Datenerfassung.

 

Das System setzt auf CompactRIO, das simultane Diagnosefunktionen bereitstellt und es schützt. CoDiS besteht aus vier Komponenten: CoDiS-DM (Diagnostic Monitoring), CoDiS-RT (Vibration Saftety System), CoDiS-TR (Transient Recorder) und CoDiS-RM (Diagnostic Rotor Monitoring).

 

CoDiS-DM

CoDiS-TR

CoDiS-RT

CoDiS-RM

Diagnoseüberwachung

Transientenüberwachung

Konventionelle Überwachung

Rotorüberwachung

Kontinuierliche Erfassung, Analyse und Datenbankaufzeichnung Kontinuierliche Erfassung und Trigger-Analyseaufzeichnung gemäß Trigger Kontinuierliche Erfassung, Analyse und D/A-Wandlung, Schutzfunktionen

Kontinuierliche Erfassung und Analyse von Signalen am Rotor, drahtlose Übertragung aller Signale vom Rotor zum Stator

 

Ausführung

Ausführung

Ausführung

Ausführung

Erkennung und Messung dauerhafter Zustandsänderung

Transientenaufzeichnung und -erkennung

 

Anwendung in Signalübertragungs- und Schutzsystemen Anwendung in Signalübertragungs- und Schutzsystemen
Detection and measurement of permanent condition change

Transient recording and detection

 

Application in signaling and protection systems Application in signaling and protection systems

 

Systemkonfiguration

Mithilfe von CompactRIO und NI FieldPoint erstellten wir ein System mit flexiblen Konfigurationsoptionen und erzielten eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit. CompactRIO wird von rekonfigurierbarer I/O-FPGA-Technologie unterstützt und fungiert zugleich als Zustandsüberwachungs- und Schutzeinheit.

 

Das Überwachungssystem besteht aus einer Messkomponente, die alle Sensoren und die gesamte Hardware zur Datenerfassung umfasst, sowie aus einer Signalüberwachungskomponente. Außerdem verbindet es eine CompactRIO-Verarbeitungseinheit mit einer PDA-Steuereinheit, die für die Datenerfassung und -analyse verwendet wird, sowie einen Zentralrechner, der eine permanente Datenbank inklusive Analyseabläufe für Nutzer eines dezentralen Local Area Network (LAN) beinhaltet. Das System schließt auch die Kommunikation mit SCADA-Systemen ein und verwendet dazu Analog- oder Feldbusausgänge.

 

Des Weiteren bietet CoDiS permanente Überwachung und Diagnose der relativen Wellenschwingung, absoluten Lagerschwingung, Axialposition des Rotors, Luftspaltmindestwerte, des Magnetflusses des Rotors, der elektrischen Parameter wie z. B. Strom und Spannung, Phasensymmetrie, Leistung, Klirrfaktor, statische und quasistatische Parameter, Temperaturen und Ablaufparameter, Hydraulikparameter (Effizienz η) sowie der Wirk- und Blindleistung.

 

Zustandsüberwachung und Schutzeinheit in Hochdruckpumpen in Lagarfoss, Island

Wir konfigurierten das CompactRIO-System so, dass es die relative Wellenschwingung und die Rotationsgeschwindigkeit überwacht und Schutz gegen Überdrehzahl bietet. Das System überwacht außerdem zwei Hydrogeneratoreinheiten, bei denen jeder Generatorsatz CompactRIO als Verarbeitungseinheit nutzt.

 

Jede Überwachungseinheit besteht aus sechs Weggebern, die für die Ermittlung der relativen Wellenschwingung genutzt werden. Dazu werden zwei Weggeber für die Rotationsgeschwindigkeit an einem Modul NI 9201, zwei Analogeingangsmodule des Typs NI 9265 für die Aufzeichnung gemessener Signale in SCADA, ein Modul NI 9481 als eines der ausführenden Elemente für den Schutzmechanismus und ein NI cRIO-9002 mit einem rekonfigurierbaren Embedded-Chassis NI cRIO-9101 verwendet.

 

Das CompactRIO-System überwacht acht Analogeingänge in Volt (drei Kugellager in zwei Achsen, X und Y, sowie redundanter Schutz gegen Überdrehzahl), sechs analoge Stromausgangssignale (SCADA Trending) und vier Digitalausgangssignale zum Ansteuern des Relais (zwei pro Richtung, Alarm und Auslöser).

 

Alle relevanten Daten, einschließlich Kurven und Analyseergebnisse, stehen als Umgebungsvariablen über ein gemeinsam genutztes Netzwerk zur Verfügung. Durch den Einsatz von NI-Produkten konnten die Kosten für Wartung und Reparaturen in den Kraftwerken um bis zu 50 Prozent reduziert werden.

 

Informationen zum Autor:

Boris Meško
VESKI
Ulica Dragutina Golika 63
Zagreb HR-10000
Croatia
Tel: +38513667133
Fax: +38513667155
veski@veski.hr

VESKI's Computerized Diagnostic System software with NI LabVIEW and CompactRIO assist the vibration monitoring system.