Unter Beobachtung
Intelligente Maschinenzustandsüberwachung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
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Als Beispiel soll nun eine Hard- und Softwareplattform erstellt werden, auf deren Basis sich Maschinenzustandsüberwachungssysteme flexibel realisieren lassen. Wie zuvor beschrieben, setzt man in solchen Fällen oft auf »intelligente« Bauteile, die nahe an der Maschine installiert werden können und für den fortlaufenden Betrieb im industriellen Umfeld geeignet sind.
Häufig heißen solche Systeme »Programmable Automation Controller« (PAC). Ein Beispiel für Geräte dieser Klasse ist das »CompactRIO«-System von National Instruments (Bild 2). Dieses modulare System besteht aus einem Embedded-Controller und einer Backplane, über die sich I/O-Module an das System anschließen lassen. Aus über 100 Modulen von National Instruments und anderer Hersteller lässt sich das System für die jeweilige Aufgabe konfigurieren.
Zahlreiche Eingangsmodule wurden speziell für die genannten Signalkonditionierungs- und Digitalisierungsanforderungen ausgelegt. Andere Module können Spezial-aufgaben übernehmen, wie zum Beispiel die Synchronisation mit GPS-Signalen oder die Kommunikation über diverse industrielle Bussysteme. Sämtliche Eingänge des Systems lassen sich phasengleich erfassen.
Der Controller arbeitet auf Basis eines Echtzeitbetriebssystems und bietet somit einen gewissen Determinismus und Robustheit. Unterstützt wird die CPU dabei von einem FPGA in der Backplane des Systems. Sicherheitsrelevante Prozesse können somit direkt in Hardware und daher mit höchster Zuverlässigkeit ablaufen. Ein CompactRIO-System verfügt über lokalen Datenspeicher und kann komplett autark arbeiten.
Üblicherweise gibt es jedoch über Ethernet eine Verbindung zu einer Überwachungseinheit mit übergeordneter »Intelligenz«. Durch seine Kompaktheit und Robustheit, verknüpft mit der gepaarten »Intelligenz« der Echtzeit-CPU und des FPGAs, eignet sich das CompactRIO-System für Anwendungen wie die kontinuierliche Maschinenzustandsüberwachung und -diagnose.
Für einfachere mobile Überwachungssysteme, die nicht fest in der Maschine verbaut werden sollen, können die gleichen Daten-erfassungsmodule in einem CompactDAQ-System, einer USB-Backplane mit Anschluss an Standardcomputer, Verwendung finden. Die Programmierung beider Klassen von Systemen findet in der grafischen Programmiersprache »Labview« von National Instruments statt (Bild 3).
Hiermit lassen sich sämtliche Schichten von der Visualisierung auf dem Überwachungs-PC, der Anbindung an schon bestehende Systeme, wie zum Beispiel Archive und Datenbanken, bis hin zur Entwicklung der Logik für den FPGA mit ein und demselben Werkzeug lösen. Eine spezielle Funktionsbibliothek, die »Sound and Vibration Measurement Suite«, bietet allerlei Analysemethoden, auf deren Basis sich das Messsystem leicht an die individuelle Aufgabe anpassen lässt.
Über den Autor:
Ingo Schumacher ist Systems Engineer Sound&Vibration bei National Instruments.
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