Eingang der Steuersystemdaten
Die meisten Kälteanlagen und Kühlsysteme werden von einem Prozess-Steuersystem, wie z. B. eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geregelt. Diese Systeme verfügen meist über analoge 4-20 mA oder andere gängige Eingangskanäle, an die man zwecks Vibrationsüberwachung leicht externe Vibrationstransmitter in 4-20 mA Zwei-Leiter-Technik anschließen kann.
Die üblichen Standard-Beschleunigungsaufnehmer geben die dynamischen Vibrationsdaten so komplex aus, dass ein direkter Eingang in das Prozess-Steuersystem nicht möglich ist. Es gibt jedoch zwei Methoden, um ein Vibrationssignal für ein PLC-System verarbeitbar zu machen.
Bei der ersten Methode verwendet man direkt Aufnehmern mit integrierter Signalverarbeitung, bei denen das von einem Piezo-Element im Sensor aufgenommene Beschleunigungssignal in den Effektiv- oder Spitzenwert der Schwinggeschwindigkeit oder Schwingbeschleunigung in 4-20 mA Zwei-Leiter-Technik umgesetzt wird. Bei dieser Variante werden die Aufnehmer z.B. der Wilcoxon PCC420 Serie direkt an die SPS angeschlossen, die sowohl die Speisung als auch die Signalweiterverarbeitung übernimmt.
Bei der zweiten Variante werden herkömmliche Vibrationsaufnehmer (Integrated Electronic Piezoelectric Sensors / IEPE -Sensors) mit integrierter Elektronik an ein Signalverarbeitungstransmittermodul angeschlossen. Dieses Modul setzt das komplexe, dynamische Vibrationssignal in ein 4-20 mA Signal um, welches dann ebenfalls von der System-SPS weiterverarbeitet werden kann.
Überwachung von Ventilatoren mit über / kleiner 300 Upm
Ventilatoren in kleinen Kühlzellen und in vielen Klimaanlagen laufen mit Rotationsgeschwindigkeiten von über 300 Upm. Die Aufnehmer der Serie PCC420 funktionieren gut bei Drehzahlen ab dieser Größenordnung. Die dynamischen Vibrationsdaten werden innerhalb des Sensors in ein 4 - 20 mA Signal umgesetzt und direkt zur PLC ausgegeben. Es werden keine zusätzlichen Geräte benötigt. Für derartige Überwachungsaufgaben eignen sich die Wilcoxon-Modelle PCC420VR-10-R6 oder PCC420VP-10-R6.
Ventilatoren in großen Kühlzellen, Kühltürmen und Kühlern arbeiten mit geringeren Drehzahlen, die üblicherweise unter 300 Upm liegen. Bei solch niedrigen Drehzahlen würde das Vibrationssignal sehr niedrig. Die kleinen Signale von langsameren Drehzahlen müssen besonders berücksichtigt werden, um Unwucht und Verschleiß genau zu erkennen.
Die Niederfrequenz-Beschleunigungsaufnehmer 799LF und 786LF-500 von Wilcoxon eignen sich hervorragend für die Überwachung niedriger Drehzahlen. Sie sind jedoch IEPE-Beschleunigungsaufnehmer und erzeugen kein direktes 4-20 mA-Signal. Die Vibrationstransmitter iT150, iT300 oder iT301 von Wilcoxon liefern bei Verwendung mit einem IEPE-Beschleunigungsaufnehmer ein 4-20 mA-Signal für das SPS-System. Darüber hinaus stehen die Rohdaten für weitere Schwingungsanalysen zur Verfügung. Die Kombination aus 799LF und iT150, die in Abbildung 1 dargestellt ist, kann Ventilatoren mit einer Drehzahl von nur 60 U/min mit guter Genauigkeit überwachen.
Einbauorte der Sensoren
Ein Hauptproblem bei Kühlanlagen ist die Integration des Ventilators. Fehler bei der Integration/Montage könnten zu schwerwiegenden Beschädigungen am Ventilator selbst sowie zu erheblichen Beschädigungen an nahe stehenden Objekten oder zur Verletzung von Personen, die sich um die Kühleinheit aufhalten, führen. Unabhängig davon, ob ein 4-20-mA-Sensor oder ein IEPE-Beschleunigungsmesser mit Schwingungsgeber verwendet wird, wird empfohlen, den Sensor an der Seite des Getriebekastens zu montieren (siehe Bild). Dadurch kann der Sensor den Ventilator überwachen und eine beginnende Unwucht erkennen; ebenso lassen sich lose Verbindungen im Getriebekasten oder am Tragwerk detektieren.
Stecker und Kabel
Kälteanlagen und Kühlsysteme sind im Außenbereich dem Wetter ausgesetzt. Daher dürfen nur geeignete Kabel und Stecker eingesetzt werden. Der Wilcoxon 6Q-Stecker wurde für den Unterwassereinsatz getestet und ist daher der geeignete Stecker zum Einsatz für Kühltürme, Kühl- und Klimaanlagen. Der Schirmanschluss am Aufnehmer wird üblicherweise isoliert, während der Schirm am SPS-Ende des Kabels angeschlossen wird. Besonders geeignet für derartige Anwendungen sind wegen der herausragenden chemischen Beständigkeit Teflon®-isolierte Kabel wie z.B. Wilcoxon J9T2A, welches auch hinsichtlich Temperaturbeständigkeit und Kapazitätsarmut besonders geeignet für industrielle Vibrationsmessungen ist.
Elektrischer Anschluss
Die Skizzen zeigen den typischen elektr. Anschluss für die Installation beider Messvarianten. Abbildung 1 zeigt den direkten Anschluss des 799LF an den Vibrationstransmitter iT150. Die Anschlussbelegungen des Eingangs, des Netzanschlusses und des Ausgangs sind dargestellt. Der 4-20 mA Ausgang des iT-Transmitters wird direkt mit dem Eingang des SPS-Systems verbunden. Zum Verbinden des 799LF zum iT150 kann ein J9T2A-Kabel verwendet werden. Abbildung 2 zeigt wie die PCC420V Serie oder ein ähnlicher Sensor direkt über ein J9T2A-Kabel mit dem SPS-System verbunden werden.
Zusammenfassung: Kühltürme, Prozesskühler und Klimaanlagen können über die analogen 4-20 mA-Eingangskanäle vorhandener SPS-Einheiten auf Schwingungsänderungen überwacht werden. Ventilatoren, die mit weniger als 300 U/min laufen, werden am besten mit einem Niederfrequenz-Beschleunigungsmesser und einem Wilcoxon iT-Transmitter überwacht. Diese Kombination bietet hierfür die beste Empfindlichkeit und den besten Frequenzgang. Ventilatoren, die mit einer Drehzahl von mehr als 300 U/min laufen, können problemlos mit 4-20 mA-Schwingungssensoren überwacht werden. Wilcoxons PCC420VR-10-R6 und PCC420VP-10-R6 sind ideal für diese Anwendungen.
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