Unwucht- und Bauwerksüberwachung werden neuerdings vom Condition-Monitoring-System übernommen

Steuerung und Condition-Monitoring-System verschmelzen

Condition-Monitoring-Systeme können besonders in Offshore-Windkraftanlagen Reparaturkosten und Stillstandszeiten vermeiden. Sie lassen sich mittlerweile in die Steuerung integrieren, was ihre Verbreitung in den kommenden Jahren beflügeln wird.

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Dr. Vaheh Khachatouri, Bachmann electronic: »Condition-Monitoring-Systeme in Windkraftanlagen messen hauptsächlich Beschleunigungen und niederfrequente Vibrationen.«

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Dr. Vaheh Khachatouri, Bachmann electronic: »Condition-Monitoring-Systeme in Windkraftanlagen messen hauptsächlich Beschleunigungen und niederfrequente Vibrationen.«

Dr. Vaheh Khachatouri, Director for Market Development bei Bachmann electronic, informiert über Aufbau und Funktionen von Condition-Monitoring-Systemen in Windkraftanlagen und erläutert die technischen Trends.

Welche Aufgaben erfüllen Condition-Monitoring-Systeme in Windkraftanlagen?

Die Hauptaufgabe der Condition-Monitoring-Systeme ist die Detektion verschleißbedingter Veränderungen und Auffälligkeiten. Anhand derer lassen sich Fehler frühzeitig erkennen und proaktiv Maßnahmen einleiten, um eine zustandsorientierte Instandhaltung zu realisieren.

Die Verfügbarkeit der Windkraftanlagen hat einen großen Einfluss auf ihre Produktivität: Einerseits verursachen Ausfälle Reparaturkosten, und andererseits kommt es durch Ausfälle von Komponenten wie Getriebe, Lager und Rotorblätter zu teils langen Stillstandszeiten, die einen großen Ertragsverlust mit sich bringen können. Durch eine zustandsorientierte Instandhaltung mit Hilfe von Condition-Monitoring-Systemen lassen sich unvorhergesehene Ausfälle vermeiden. Die Aufgabe von Condition-Monitoring-Systemen ist es, mit Hilfe von Trendanalysen und Diagnosealgorithmen aus den meist mittels Schwingungssensoren gewonnenen Eingangsdaten auf verschleißbedingte Veränderungen zu schließen.

Welche Messgrößen werden erfasst?

Im Wesentlichen werden Beschleunigungen und niederfrequente Vibrationen gemessen. Zusätzlich erfasste Messgrößen sind Ölpartikelzahl, Schwingung, Schwingfrequenz, die elektrischen Größen der Windkraftanlage, Temperatur und Druck. Auch die Überwachung der Unwucht und des Zustands der Rotorblätter lässt sich in das Condition-Monitoring-System einbetten. Bei den integrierten Lösungen werden auch die Betriebszustände der Windkraftanlage und die Windverhältnisse mitberücksichtigt.

Wie sind Condition-Monitoring-Systeme in Windkraftanlagen aufgebaut?

Condition-Monitoring-Systeme zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung der Windkraftanlagen sind entweder als »Stand-Alone«-Systeme oder als in die Steuerung integrierte Systeme aufgebaut. Bei einer integrierten Lösung übernimmt die Steuerung die Auswerte-, Protokollierungs- und Alarmierungs-Funktionen. Die Vorteile der integrierten Lösung sind der volle Zugriff auf alle in der Steuerung vorhandenen Signale und Zustandsinformationen und die Mitnutzung der Kommunikations- und Service-Schnittstellen der Steuerung zur Vermittlung der Signale an einen übergeordneten Server.

Condition-Monitoring-Systeme für Windkraftanlagen bestehen aus schnellen Messeingängen für die Sensoren, digitalen Filtern, Kommunikationsprotokollen und -schnittstellen sowie Auswertefunktionen (statistische Verfahren, Kennwertanalysen im Zeitbereich, Frequenz- oder Ortsanalysen).

Mittels welcher Kommunikationsstandards gelangen die von den Sensoren ermittelten Messdaten in die Steuerung? Wo findet der erste Schritt der Datenverarbeitung und Analyse statt?

In integrierten Lösungen gelangen die Messdaten zunächst in ein Messwerterfassungsmodul und werden über den systemeigenen I/O-Bus an das CPU-Modul der Steuerung weitergeleitet. Das CPU-Modul übernimmt in diesem Fall die Rolle des Signalverarbeitungsrechners. Die berechneten Kennwerte werden zusammen mit den aufgenommenen Zeitreihen über Ethernet an den übergeordneten Rechner in der Windkraftanlage, im Windpark oder im Telemonitoring-Zentrum geschickt.

In Stand-Alone-Lösungen ist das Messwerterfassungsmodul meist über Protokolle auf Ethernet-Basis mit einem Signalverarbeitungsrechner verbunden. Der Rechner überträgt die aus den Zeitreihen ermittelten Kennwerte über Ethernet-gestützte Protokolle bzw. Feldbussysteme an die Steuerung oder direkt an das Leitsystem bzw. das Telemonitoring-Zentrum.

1. Teil: Steuerung und Condition-Monitoring-System verschmelzen
2. Teil: Auf die Software kommt es an

Weiterführende Links:

• Für HMI-Anwendungen im Bereich Windkraft: Bachmann: Bedien- und Steuergeräte für On- und Offshore-Anlagen
• Ethernetkonforme Kommunikation für intelligente Energienetze: Bachmann: Echtzeit-Protokoll für Windparks
• Netzmessungs- und Netzüberwachungsmodul für das M1-Automatisierungssystem: Bachmann: Fluktuierende Energien beherrschen
• Bachmann electronic: Redundante Steuerungssysteme