Condition Monitoring auf einem Bohrschiff - HYDAC International GmbH

Bild 1: Auf solchen Bohrschiffen ist das Condition Monitoring besonders wichtig

Auf einem Bohrschiff ist die Überwachung von Prozesswerten ein wichtigesThema. Die Firma HYDAC entwickelte dafür auf Basis von VisiWinNET ihrneues Condition-Monitoring-System CM-Expert für eine bedarfsgerechte,planbare Instandhaltung. Ferner wird dadurch die Maschinenverfügbarkeitbei gleichzeitiger Kostenoptimierung gesichert.

HYDAC ist eines der führenden Unternehmen im Bereich der Fluidtechnik und Hydraulik und bietet ein umfassendes Produktportfolio für Hydraulikkomponenten. In vielen Gebieten finden die Produkte ihren Einsatz, so zum Beispiel in der Automobilindustrie, in Werkzeugmaschinen, in der Luftfahrt, in Stahlwerken, in der Schifffahrt und in Baumaschinen. Für einen einwandfreien Betrieb der Hydraulik ist die Qualität des Hydrauliköls von entscheidender Bedeutung. Die passenden Sensoren von HYDAC erfassen die wichtigen Messgrößen der Maschinen oder Anlagenhydraulik im laufenden Betrieb. Kernstück ist die zentrale Aufzeichnung und Auswertung der Daten über das Condition Monitoring Tool CM-Expert. Der Anlagenbetreiber ist dadurch zu jedem Zeitpunkt über den genauen Zustand der Hydraulik informiert. Dies garantiert einen zuverlässigen Betrieb und ermöglicht eine bedarfsgerechte und planbare Instandhaltung. Für die Neuentwicklung des Condition Monitoring Tools suchte das Unternehmen ein passendes Entwicklungswerkzeug. Die Kriterien waren unter anderem aktuelle Technik, Integration in das .NET-Framework, freie Erweiterbarkeit für spezielle Funktionen und das einfache Zusammenspiel mit Visual Studio.

Konkrete Anwendung Bohrschiff

Am Beispiel des Bohrschiffs wird der Einsatz des Condition-Monitoring-Systems besonders deutlich. Über ein spezielles Ausgleichssystem und eine dynamische Positionierung kann das Bohrschiff der Firma Stena Drilling bis zu einem Seegang von 7,60 m die volle Bohrleistung von bis zu 3 000 m Tiefe erbringen. Die überwachte Hydraulikanlage versorgt fünf riesige Hydraulikzylinder, welche das Heben und Senken des Bohrgestänges übernehmen. Zusätzlich wird der auf dem Bohrkopf lastende Druck über diese Zylinder definiert. Es können Lasten von bis zu 1 000 t über die Zylinder gehoben und gesenkt werden. Die Hydraulikanlage verfügt über ein Ölvolumen von 90 000 l mit einem maximalen Durchfluss von 24 000 l/min. Der Einsatz auf hoher See, mit seinen rauen Umgebungsbedingungen, stellt zum einen besondere Ansprüche an die Hydraulik und zum anderen ist eine Ersatzteilversorgung aufwendig. Ein Ausfall der Hydraulik mit einem Stillstand wäre daher mit hohen Kosten verbunden. Deswegen werden die entscheidenden Parameter der Hydraulikanlage mit dem Condition Monitoring Tool permanent überwacht. Durch ein autarkes System, das unabhängig von der Hydrauliksteuerung ist, werden die verschiedenen Kriterien über Sensoren aufgenommen. Die Messwerte der über 80 Sensoren werden über eine Steuerung an das Condition-Monitoring-System weitergegeben und dort aufgezeichnet sowie überwacht. Die permanente Überwachung und Dokumentation der Hydraulikdaten informiert den Anwender automatisch auf wartungsrelevante Zustandsgrößen bzw. alarmiert, wenn sicherheitsrelevante Werte über- oder unterschritten werden. Dadurch lassen sich kostenintensive Ausfälle und Folgeschäden vermeiden und die Maschinenverfügbarkeit erhöhen. Wartungs- und Serviceaktivitäten lassen sich optimieren und die Lebensdauer von Komponenten ausschöpfen.

Software für das Condition Monitoring

Bild 2: Die Condition Monitoring Software basiert auf dem Prozessvisualisierungssystem VisiWinNET

Durch den flexiblen und modularen Aufbau der Software CM-Expert kann diese nicht nur in den oben aufgeführten Hydraulikbereichen eingesetzt werden. So ist beispielsweise die Reinraumüberwachung mit Partikelmessung in der Luft ein denkbarer Einsatzbereich. Ermöglicht wird dies durch die Flexibilität der Software und der Steuerung. Das offene und herstellerunabhängige System erlaubt die Anbindung verschiedener Sensortypen. Auch Sensoren von anderen Herstellern können angebunden und ausgewertet werden, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten weiter vergrößert werden. Durch den autarken Aufbau, unabhängig von der bereits realisierten Steuerungslösung, ist das System auch bei bestehenden Anlagen problemlos nachrüstbar. Im Condition-Monitoring-System werden die Messwerte aufgezeichnet und archiviert. Zu jedem Messwert lassen sich Überwachungsgrenzen definieren, bei deren Über- bzw. Unterschreitung ein Hinweis oder ein Alarm ausgelöst wird. Diese Überwachungsgrenzen sind mit der entsprechenden Benutzerberechtigung jederzeit über ein Kontextmenu mit dem entsprechenden Sensor-Control anpassbar. Zudem kann direkt die grafische Darstellung als Liniendiagramm des Sensorwerts aufgerufen werden. Dadurch erhält der Bediener den direkten Überblick, wie sich der Messwert über die Zeit verändert hat. Die Software wurde soweit optimiert, dass der Anwender auf einer sogenannten Favoritenseite die anzuzeigenden Werte frei definieren kann. Dies geht soweit, dass beliebig viele Werte in verschiedenen Diagrammen dargestellt und die Anzeigeparameter frei eingestellt werden können. Dies ermöglicht dem Bediener, zentral auf einer Bildschirmseite die wichtigsten Prozessparameter darzustellen. Für Protokoll- und Dokumentationszwecke kann er die Darstellung auch abspeichern und ausdrucken. Über eine Exportfunktion lassen sich die aufgezeichneten Werte gezielt auswählen und abspeichern, zum Beispiel für weitere externe Auswertungen in Excel.

Prozessvisualisierung als Basis

Bild 3: Die Integration von VisiWinNET Professional in das Visual Studio ermöglichte HYDAC, die speziellen Anforderungen mit eigenen Controls umzusetzen

Das Prozessvisualisierungssystem VisiWinNET von INOSOFT bildet die Basis für das Condition-Monitoring-System CMExpert. VisiWinNET Professional ist für HYDAC das passende Entwicklungswerkzeug, das die benötigten Funktionen enthält und zusätzlich die Möglichkeit bietet, eigene Funktionen einfach zu integrieren. So konnten die HYDAC-Spezialisten auf einem breiten Funktionsumfang des Prozessvisualisierungssystems aufbauen und beispielsweise die einfache Anbindung an die Steuerung über einen OPC Server realisieren. Eine weitere Standardfunktion ist das Alarm- und Meldesystem zur Anzeige und Protokollierung der Alarme. Der Bediener bekommt übersichtlich die anstehenden Alarme und Meldungen angezeigt. Neben dem Quittieren der Alarme kann der Anwender auch eine Notiz zum Alarm hinterlegen. Durch eine Auswertung der historischen Alarme und Notizen ergeben sich dem Anlagenbetreiber Rückschlüsse für eine Prozessoptimierung. Die Aufzeichnung und Archivierung der Daten erfolgt über das Archivsystem von VisiWinNET. Dies bietet eine einfache Möglichkeit, die aufgezeichneten Daten grafisch darzustellen. So ist zu jedem aufgezeichneten Sensor der Werteverlauf als Trendchart darstellbar. Als international tätiger Firmenverbund, der die Software weltweit einsetzt, ist für HYDAC die Anpassung der Sprache auf die jeweilige Landessprache des Kunden über die integrierte Online-Sprachumschaltung eine wichtige Funktion. CMExpert bietet auch dem Endanwender Konfigurations- und Einstellmöglichkeiten. Diese sind an entsprechende Benutzerberechtigungen geknüpft, sodass zum Beispiel nur berechtigte Personen die Grenzwerte für die Überwachung anpassen dürfen. Die Benutzerverwaltung von VisiWinNET ermöglicht die einfache Konfiguration der Benutzer und bietet bereits vorgefertigte Templates, die von HYDAC für ihre Anwendung angepasst wurden.

Kundenspezifische Erweiterung

Die Integration von VisiWinNET Professional in das Visual Studio ermöglichte HYDAC die speziellen Anforderungen für ihre Condition Monitoring Software mit selbst erstellten Controls umzusetzen. Ein Beispiel dafür ist das Analogsensor- Control, eines der Hauptbedienelemente für den Benutzer. Es verbindet zentral in einem Control die wichtigsten Daten eines Sensors. So wird beispielsweise der Messwert sowohl als Text angezeigt als auch grafisch über ein Balkendiagramm dargestellt, das abhängig von einer Grenzwertüberschreitung die Farbe verändert. Für einen schnellen Überblick des Bedieners werden die Überwachungsgrenzen direkt im Control eingeblendet. Als zentrales Bedienelement wird im Sensor-Control nicht nur der Messwert angezeigt, sondern ermöglicht über ein Kontextmenu auch den Aufruf weiterer Funktionen. So kommt der Anwender mit der entsprechenden Benutzerberechtigung ohne Umweg zum Beispiel in einen Dialog zur Veränderung der Grenzwerte oder kann sich über ein Trend-Chart den grafischen Verlauf des Messwerts anzeigen lassen. Ein fließender Wechsel zwischen Online- und historischen Daten macht es für den Anwender einfach, Daten aus der Vergangenheit anzuzeigen. Dies kann durch Eingabe eines bestimmten Zeitbereichs erfolgen oder über einen Scroll-Balken intuitiv bedient werden. „Mit dem System haben wir die richtige Auswahl für die Neuentwicklung unseres CM-Expert getroffen. Es bietet viele Standardfunktionen und ermöglicht uns die freie Anpassung auf unseren Anwendungsbereich. VisiWinNET hat die flexible und offene Struktur, die wir uns gewünscht haben“, resümiert Robertus Koppies, Leiter der Condition-Monitoring-Abteilung bei HYDAC.

Autor:
André Weber, Digitec Vertriebs GmbH

Hersteller des Condition Monitoring Systems: www.hydac.com