Condition Monitoring

Das Condition Monitoring (auch als Zustandsüberwachung bezeichnet) dient der Maschinensicherheit und der Maschineneffizienz in der Industrie. Mithilfe einer durchgängigen Erfassung des Maschinenzustandes durch eine Analyse und Messung physikalischer Größen werden die Maschinen lückenlos überwacht. Zu den zu messenden physikalischen Größen zählen Schwingungen, Geschwindigkeit, Druck, Temperaturen, Füllstände und die Lage. Die Bedeutung des Monitorings nimmt zu.

Condition Monitoring für reibungslose Fertigungsprozesse. Quelle: ifm

Condition Monitoring Systeme sind entscheidend für das Verständnis des Verhaltens von Maschinen und sind wesentlicher Bestandteil für die Zuverlässigkeit von Anlagen. Damit sich Kosten für Anschaffung und Produktion lohnen, müssen Maschinen immer mehr Leistung bringen und werden stark belastet. In Zeiten der Digitalisierung, Industrie 4.0, IoT und IIoT ist Condition Monitoring ein zentraler Bestandteil von Vernetzung und Datenerfassung bzw. -verarbeitung.

Im Rahmen der Überwachungstechnik werden Sensor- und Maschinendaten visualisiert und ausgewertet. Die Maschinendaten werden in verwertbare Erkenntnisse umgewandelt, die echten operativen Nutzen und finanzielle Rendite bringen. Bspw. können Lösungen und Strategien zur Instandhaltung abgeleitet werden.

Funktionen

Mithilfe der Zustandsüberwachung können Maschinen und Produktionsanlagen stetig kontrolliert und Veränderungen schnell erkannt werden. Auf Fehler und Abnutzungserscheinungen kann somit frühzeitig reagiert werden, sodass die Lebensdauer von Maschinen erhöht, Ausfälle vermieden und Kosten gespart werden können. Mit den diversen Zustandsüberwachungssystemen kann eine extrem breite Palette an physikalischen Maschinenparametern erfasst werden: Von der Beschleunigung über die Motoren-Vibration bis hin zu den anlegenden Zugkräften.

Condition Monitoring Systeme (CMS) werden häufig im Bereich Predictive Maintenance (vorausschauende Instandhaltung) angewendet, wobei Daten in Echtzeit ausgewertet werden und so Prognosen für anstehende Wartungsarbeiten getroffen werden können. Ein Condition-Monitoring Sensor ermöglicht an Maschinen eine Schwingungsüberwachung, Wärmeüberwachung (Wärmemanagement) oder eine akustische Überwachung. So werden Stillstandszeiten vorgebeugt und die Zuverlässigkeit sowie Sicherheit von Anlagen erhöht.

Ein großer Vorteil ist, dass auch die genaue Ursache für Ausfälle und Stillstände identifiziert werden kann. Manchmal sind spezielle Komponenten bzw. Bauteile besonders fehleranfällig. Für diese können mithilfe von Zustandsüberwachung und einer großen Datengrundlage individuelle Lösungen entwickelt.

Einsatzgebiete

Condition Monitoring einfach erklärt – von Turck TV

Die Anwendungsbereiche von Condition Monitoring sind vielfältig. Die Technologie ist bspw. in der Antriebstechnik, Prozesstechnik sowie im Maschinen- und Anlagenbau im Einsatz. In der Automobilbranche werden unter anderem Verbrennungsmotoren überwacht. Auch Industrieroboter und Roboteranlagen müssen permanent beaufsichtigt werden. Das Überwachungskonzept lässt sich in drei Teilbereiche gliedern:

1. Zustandserfassung: Hier werden die verschiedenen Messwerte, Maschinenparameter und Zustandsdaten gemessen sowie dokumentiert.
2. Zustandsvergleich: Vergleich von Ist-Zustand mit bestimmten Referenzwerten. Dies kann ein Sollwert sein, der eingehalten werden muss, oder ein Grenzwert, der nicht überschritten werden darf.
3. Diagnose: Daten aus der Gegenüberstellung werden analysiert und daraus werden Maßnahmen wie Wartung/Instandhaltung abgeleitet (Predictive Maintenance).

Vorteile

• Regelmäßige Maschinenüberwachung, Erhebung und Auswertung von physikalischen Werten
• Systemabweichungen können rechtzeitig erkannt werden und Unternehmen präventiv handeln
• Reduktion von Ausfallzeiten / Maschinenstillstand → Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit
• Optimierung von Prozessen (z. B. Produktionsprozesse)
• Einführen von Sicherheitsmaßnahmen im Betrieb (für Arbeitsschutz der Mitarbeitenden)
• Senkung von Wartung- und Instandhaltungskosten; Wartungsintervalle optimieren → geringere Wartungszyklen
• Durch die kontinuierliche Überwachung von Systemen und Anlagen können Ursachen für Betriebsausfälle herausgefunden werden

Zustandsüberwachung im Bereich Energieführung

Prozesse der Zustandsüberwachung an Energieketten - Quelle: igus

Leitungen und Energiekette müssen stetig überwacht werden, damit sie Höchstleistungen erbringen können. Mithilfe von Condition-Monitoring Systemen werden unter anderem die Zug- und Schubkräfte von Energieführungsketten kontrolliert. Durch Predictive Maintenance Anwendungen lassen sich im nächsten Schritt Überlastungen bzw. Kettenbrüche und andere Schäden frühzeitig erkennen, wodurch Stillstandzeiten vermieden werden können. In Zeiten von Big Data und Industrie 4.0 gewinnen optimale Instandhaltungsstrategien sowie Überwachungssysteme immer mehr an Bedeutung.

Condition Monitoring Software

Die Datenerfassung, Datenaufzeichnung, Evaluierung und Berechnung erfolgt mittels spezieller Software. Condition Monitoring Software muss mit folgenden Standards umgehen können: S7 ISO, Modbus RTU/TCP, OPC DA, OPC UA. Für die vernetzte Produktion und Prozessüberwachung sind hochwertige Softwarelösungen essenziell. Häufig werden auch Schnittstellen zu MES- oder ERP-Systemen angeboten.

Für die Ergebnis-Darstellung sowie die grafische Darstellung von Zusammenhängen wird eine softwarebasierte Visualisierung verwendet, meist als webbasierte Datenvisualisierung. Hierbei werden z. B. Histogramme, 3D-Grafiken sowie Trendanzeigen eingesetzt.

Weiterführende Informationen

• Condition Monitoring bei Energieketten, Fachartikel von igus