Programm zur vorbeugenden Instandhaltung: Umsetzung der ESA

Why predictive maintenance?

Predictive maintenance (PdM) is the result of studies that showed that preventive maintenance (PM) programs are only effective for the 11 percent of machine failures attributable to age. This means that approximately 89 percent of machine failures are random in nature, and time-based maintenance programs are ineffective for these random failures.

Several technologies

There are many different predictive maintenance (PdM) technologies, but the most successful programs utilize multiple technologies to provide the most information and thus have the highest probability of identifying a machine with a developing problem. The most common PdM technologies include machine vibration analysis (MVA), infrared thermography, ultrasound, oil analysis, motor circuit analysis (MCA), and electrical signature analysis (ESA). A common characteristic of the most successful PdM technologies is that they are easy to implement and allow for non-destructive, repeatable measurements. Regardless of the technology used, however, the most successful programs recognize that a successful predictive maintenance program consists of three phases:

1. Recognition

2. Analysis

3. Correction. The following is a brief overview of the three phases of successful PdM programs.

Operation until failure: Preventive, proactive, and forward-looking.

 

Recognition phase

The detection phase is the most critical phase and the foundation of most successful PdM programs. The primary purpose of the detection phase is to identify “bad” machines or conditions that could lead to future machine failures. “Bad” machines are machines that are in poor condition.

Analysis phase

The main purpose of the analysis phase is to accurately determine the machine’s condition or the cause of any changes in that condition. During the analysis phase, additional, or perhaps even different or more detailed, data is collected than in the discovery phase. This additional data may require more specialized techniques or technologies. It may also be necessary to test under different operating conditions or with entirely different technologies.

Correction phase

Der Hauptzweck der Korrekturphase besteht darin, die richtige Maßnahme auf der Grundlage der Zustandsänderung der Maschine zu bestimmen. Es geht darum, die notwendigen Maßnahmen zu ergreifen, um das durch die Veränderung des Maschinenzustands ausgelöste Problem zu korrigieren und zu beseitigen. Außerdem sollte in der Korrekturphase überprüft werden, ob die Abhilfemaßnahmen das Problem tatsächlich behoben haben. Alternativ kann der Betrieb der Anlage vorschreiben, dass die beste Maßnahme darin bestehen kann, die Überwachung mit reduzierten Testintervallen fortzusetzen.

Auswahl der Maschine

Die Auswahl der Maschinen, die den größten Nutzen aus einem PdM-Programm ziehen, scheint naheliegend, indem man die Maschinen entweder nach Größe oder Anwendung klassifiziert. Die meisten Betriebe, die eine vorausschauende Instandhaltung eingeführt haben, klassifizieren die Maschinen auf der Grundlage ihrer Anwendung.

 

Kritische Maschinen

In Betrieben, die Maschinen nach ihrem Verwendungszweck klassifizieren, werden kritische Maschinen als Maschinen definiert, die für den Betrieb der Anlage sehr wichtig sind. Mit anderen Worten: Wenn die Maschine abschaltet, wird der gesamte Prozess gestoppt. Dies führt in vielen Fällen zu Produktionsausfällen. Außerdem kann auch das in Bearbeitung befindliche Produkt verloren gehen. Der Größe nach sind diese Maschinen oft die größten in der Anlage, in der Regel mehr als 300 PS (225 KW).

 

Semikritische Maschinen (Produktion)

Semikritische Maschinen werden als Maschinen definiert, deren Abschaltung einen teilweisen Produktionsausfall zur Folge hätte. Der Ausfall dieser Maschinen führt zwar nicht zu einer vollständigen Abschaltung der Anlage, kann aber deren Leistung und damit die Verfügbarkeit einschränken. Einige dieser Maschinen können über eingebaute Ersatzteile verfügen oder zwei oder drei Maschinen verwenden, um die volle Kapazität der Einheit zu erreichen. Diese Maschinen sind mittelgroß, typischerweise 150 bis 300 PS (110 bis 225 KW).

 

Balance of Plant Maschinen (nicht kritisch)

Diese Maschinen haben nur geringe oder gar keine Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion. Diese Maschinen sind in der Regel die kleinsten im Werk, typischerweise 5 bis 150 PS (3½ bis 110 KW), und Ersatzteile sind leicht erhältlich.

Motorensystem

Jedes Motorsystem hat zwei Unterabschnitte:

1) Das elektrische Teilsystem besteht aus der Einspeisung in die Anlage, dem Verteilungssystem der Anlage und dem elektrischen Teil des Motors.

2) Das mechanische Teilsystem besteht aus der Motorwelle und der Kupplung, der angetriebenen Maschine und dem Prozess selbst.

Eine Störung an irgendeiner Stelle des Motorsystems kann dazu führen, dass er nicht mehr die vorgesehene Funktion erfüllt. Dies kann zu Produktionseinbußen oder -ausfällen, übermäßiger Wartung oder Betriebskosten führen. Diese beiden Teilsysteme wirken sich direkt auf die elektrische oder mechanische Zuverlässigkeit aus.

 

Elektrische Verlässlichkeit

Elektrischer Strom ist einer der wichtigsten Rohstoffe, die heute in der Industrie verwendet werden. Wir brauchen nicht nur einen kontinuierlichen Energiefluss, er sollte auch sauber und ausgewogen sein. Dieser wichtige Rohstoff gehört jedoch auch zu den am wenigsten kontrollierten Rohstoffen, die an das Werk geliefert werden.

Strom wird in fast allen Bereichen des Werks benötigt, um die Antriebskraft zu liefern, die entweder die Anlagen zur Herstellung der Produkte betreibt oder die Dienstleistungen erbringt, für die die Anlagen des Werks gebaut wurden. Elektrizität ist insofern ein einzigartiges Produkt, als sie kontinuierlich fließen muss, nicht bequem gelagert werden kann und normalerweise vor der Verwendung nicht kontrolliert wird.

Die meisten Menschen glauben, dass die elektrische Zuverlässigkeit mit der erfolgreichen Lieferung von Strom an das Kraftwerk endet. In vielen Fällen kann jedoch die Qualität der Stromversorgung des Motorsystems die Ursache für eine Störung oder einen Ausfall sein. Das Ergebnis einer schlechten “Netzqualität” ist in der Regel langfristig und wird oft als Ursache oder Mitverursacher des Problems übersehen.

Der Strom wird in der Regel weit entfernt vom Ort des Verbrauchs erzeugt, die Zuverlässigkeit der ursprünglichen Erzeugung ist nicht bekannt, und er wird im Netz mit vielen anderen Erzeugern kombiniert. Viele der Kraftwerke sind kleiner und befinden sich in Privatbesitz. Der Strom wird durch mehrere Transformatoren und viele Kilometer Freileitungs- und Erdkabel transportiert, bevor er im Kraftwerk ankommt. Viele dieser Stromverteilungssysteme befinden sich im Besitz verschiedener Unternehmen und werden von diesen verwaltet und gewartet. Ist der Strom erst einmal in das Netz eingespeist, kann er nicht mehr entfernt oder gar vom Verbraucher zurückgewiesen werden.

Die Arbeiten zur Standardisierung und Regulierung der Stromqualität sind im Gange. Viele Staaten haben ihre eigenen speziellen Normen und Vorschriften. Die erzeugte Energie macht jedoch nicht an den Grenzen des Staates halt, in dem sie erzeugt wird.

 

Mechanische Verlässlichkeit

Die mechanische Zuverlässigkeit ist schon seit langem ein Thema in den Instandhaltungsabteilungen, und durch das Wissen um die Bedeutung und die Vorteile einer Verbesserung der Auswucht- und Ausrichttoleranzen von Maschinen konnten erhebliche Verbesserungen erzielt werden. Der Auswucht- und Ausrichtzustand einer Maschine wird mit der mechanischen Schwingungsanalyse (MVA) gemessen und bestimmt. In vielen Fällen werden Maschinen mit inakzeptablen Vibrationswerten aus dem Verkehr gezogen, und Fehler wie Unwucht, Ausrichtungsfehler, weicher Fuß, mechanischer Spielraum und andere Fehler werden behoben, bevor es zu einem mechanischen Ausfall kommt. Der MVA hat sich zwar als sehr wirksam erwiesen, um mechanische Fehler im Motor oder in der angetriebenen Maschine zu erkennen, aber nicht, um den Zustand oder die Qualität der dem Motor zugeführten Leistung zu ermitteln.

Es gibt weitere Einschränkungen der MVA. Erstens beruht sie auf der Messung der Bewegung der Lager oder Lagergehäuse der Maschine, um entstehende Fehler zu erkennen. Die in der Anfangsphase der meisten Fehler auftretende Kraft reicht nicht aus, um eine messbare Bewegung zu verursachen. Zweitens sind Fehler, die an von den Lagern entfernten Stellen auftreten, mit dem MVA in der Regel nicht zu erkennen. Fehler in Deckenventilatoren oder vertikalen Pumpen sind mit dem MVA normalerweise nicht zu erkennen. Um Fehler am gesamten Motorsystem zu erkennen, müssen mehrere Messungen an jeder Lagerstelle durchgeführt werden. Eine durchschnittliche Maschinenumfrage dauert zwischen 7 und 10 Minuten.

Wenn ein Motor durchbrennt oder ein Unterbrecher ausgelöst wird, führen die Techniker elektrische und mechanische Inspektionen am Motor und der angetriebenen Maschine durch. Der Motor wird dann überholt oder ausgetauscht und der ganze Prozess wiederholt sich. Fehler, die durch elektrische Probleme verursacht werden, wie z. B. harmonische Verzerrungen, Spannungsasymmetrien oder andere elektrische Fehler, können mit dem MVA nicht erkannt werden.

 

Analyse der elektrischen Signatur

Die elektrische Signaturanalyse (ESA) ist eine PdM-Technologie, die den Betriebsspannungsstrom des Motors nutzt, um bestehende und entstehende Fehler im gesamten Motorsystem zu identifizieren. Diese Messungen dienen als Messwertgeber, und jede Störung im Motorsystem führt zu einer Veränderung oder Modulation des Motorstroms. Durch die Analyse dieser Modulationen ist es möglich, die Quelle dieser Störungen des motorischen Systems zu identifizieren.

Die ESA misst alle drei Phasen des Stroms und der Spannung an der Motorsteuerung, während sich die Maschine im normalen Betriebszustand befindet. ESA erfasst gleichzeitig alle drei Phasen der Spannung und des Stroms und liefert so eine vollständige Anzeige der eingehenden Netzqualität und Motorleistung. Es berechnet den Motorwirkungsgrad und den Leistungsfaktor des Motors. Die ESA führt auch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) der Spannungs- und Stromwellenformen durch.

Die Aufdeckungsphase ist die kritischste Phase und die Grundlage der meisten erfolgreichen PdM-Programme.

Die ESA erweist sich als eine sehr effektive Technologie zur Erkennung von Fehlern im gesamten Motorsystem während des PdM-Prozesses. Die FFT ermöglicht es der ESA, alle mechanischen Fehler zu identifizieren, die MVA im Motor, in der angetriebenen Maschine und im Prozess selbst findet. Es bietet auch bessere Diagnosemöglichkeiten zur Identifizierung und Analyse von sich entwickelnden elektrischen Fehlern innerhalb des elektrischen Teilsystems des Motors. Darüber hinaus führt es eine vollständige Leistungsanalyse durch, um Leistungsprobleme zu erkennen, die zu vorzeitigen Ausfällen im elektrischen Teilsystem des Motorsystems führen können.

The automated analysis performed during the ESA process can be far more accurate than MVA because measuring the motor voltage and current allows for precise determination of the running speed. This accuracy is typically within one or two revolutions per minute. Furthermore, ESA uses the motor current as a sensor, and very small changes in any part of the motor system result in a modulation of the motor current. This increased sensitivity enables the early detection of developing faults anywhere in the motor system. ESA has successfully detected faults in vertical pumps, ceiling fans, and loose bearing housings in belt-driven machinery.

Summary: The successful implementation of PdM programs requires a thorough understanding of the PdM process and the efficient use of well-trained PdM personnel, as well as specialized and often expensive equipment. Reliability engineers agree that emerging failures must be detected as early as possible, and the ESA fulfills this requirement. As a detection tool, the ESA typically identifies most mechanical failures in the engine system.

 

Summary

The successful implementation of PdM programs requires a thorough understanding of the PdM process and the efficient use of well-trained PdM personnel, as well as specialized and often expensive equipment. Reliability engineers agree that emerging failures must be detected as early as possible, and ESA fulfills this requirement. As a detection tool, ESA typically identifies most mechanical failures in the motor system before mechanical methods such as machine vibration analysis (MVA). Furthermore, ESA precisely identifies electrical problems in the motor system that MVA or other PdM technologies cannot detect. During the analysis phase, ESA more accurately determines the system’s rotational speed and more precisely identifies the mechanical and electrical failures that lead to reduced plant availability and uptime.