Funk-Messsystem für schwer zugängliche oder rotierende Umgebungen

Drahtlos macht glücklich

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Ein drahtloses System misst physikalische Größen jeder Art in schwer zugänglichen und schnell rotierenden Umgebungen, in denen andere Messgeräte versagen – und das bei minimalem Platzbedarf aber maximaler Batterielaufzeit. Die Messwerte werden in Echtzeit am Rechner ausgelesen oder in einer Art Black-Box gespeichert. RWE Power setzt das System im Tagebau ein.

Im Rahmen der Prozessoptimierung und Maschinenüberwachung müssen physikalische Größen oft an Stellen gemessen werden, die schwer zugänglich sind: Hoch in der Luft oder tief in der Erde, unter Wasser oder unter harten Witterungs- und Produktionsbedingungen. Andererseits können an Fertigungsanlagen mit beweglichen Teilen herkömmliche Messgeräte wegen ihrer Versorgungsleitungen nicht eingesetzt werden. Hier bietet sich der Einsatz von Funkmesstechnik an, zumal wenn sie sich durch ein robustes Gehäuse, lange Batterielebensdauer und die gleichzeitige Erfassung von bis zu drei Messgrößen auszeichnet.

Technische Details
Konzipiert wurde die Funksensoranlage „Pollux“ für zuverlässige und präzise Messungen an rotierenden und schwer zugänglichen Stellen. Applikationen finden sich in der Industrie, im Bergbau und in der Fahrzeugtechnik. Das System nimmt bei geringem Platzbedarf und langer Batterielaufzeit physikalische Größen jeder Art in fast jeder Umgebung auf. Das drahtlose Mess-System kann mit drei Sensoren ausgestattet werden, so dass drei unterschiedliche Größen gleichzeitig erfasst werden. Bei einer Batterielaufzeit von vier Jahren nimmt Pollux über 100 Mio. Einzelmessungen vor.
Das System ist flexibel skalierbar: Die Sensoren werden im Netzwerk betrieben und zentral konfiguriert. Bis zu mehrere hundert Sensoren arbeiten zusammen oder nebeneinander, ohne sich zu stören. So werden alle Prozesse abgebildet und im Rahmen des Condition-Monitoring dokumentiert und geprüft.
Eine breite Palette von Sende- und Empfangseinheiten kann eingesetzt werden: Von der digitalen Manometer-Anzeige über PC-gestützte Instrumentations- und Überwachungssoftware mit automatischer Protokollerstellung bis hin zur universellen Zentraleinheit mit Grafikdisplay und Unterstützung verschiedener industrieller Bussysteme.
Das System erlaubt eine flexible Konfiguration von Mess- und Übertragungsfrequenz, Messauflösung, Speichertiefe, Speicherfrequenz und Speicherauflösung. Erweiterungsmöglichkeiten umfassen Hochfrequenzmessung, externe Schnittstellen (analog und digital), Schwell- und Schaltwerte sowie eine integrierte Echtzeituhr und Akkubetrieb. Für eine effiziente Prozesskontrolle können die Daten auch direkt im Sensor tiefgreifend analysiert werden.
Bisher wurden die Größen Hydraulikdruck, Temperatur, Länge, Dehnung, Neigung, Gewicht und Beschleunigung erfasst. Pollux ist jedoch in der Lage, auch jede andere messbare physikalische Größe aufzunehmen. Die Elektronik ist mit einem adaptiven Sensorinterface ausgestattet, wodurch die Funkmodule optimal auf den eingesetzten Sensor und den zu messenden Bereich eingestellt werden können.
Die Daten werden auch bei hohen Abtastraten standardmäßig über Jahre aufgezeichnet. Die Speichertiefe wird dabei an die jeweilige Anwendung angepasst. Für die Dokumentation können die Daten mit einem Zeitstempel versehen werden. Es ist auch möglich, ereignisgesteuerte Messungen mit hoher Geschwindigkeit zu speichern.
Messdaten werden online in Echtzeit übermittelt oder im Standalone-Betrieb im Gerät gespeichert. Zum Online-System gehören entweder ein USB-Funkstick und eine PC-Software, mit der die Daten verarbeitet, visualisiert und exportiert werden, oder eine Datenverarbeitungszentrale, die direkt in die Maschinensteuerung eingreifen kann (zum Beispiel für Not-Aus-Systeme). Im Standalone-Betrieb mit integriertem Logspeicher funktioniert das System wie eine Black-Box, die über Monate oder sogar Jahre hinweg den kompletten Lebenszyklus einer Maschine aufzeichnet.
Das Funksystem hat bei freier Sicht eine Reichweite von über 300 m. Größere Entfernungen bis zu einigen Kilometern werden mit Funk-Repeatern oder Glasfaserumsetzern überbrückt.
Das robuste Gehäuse ist öl- und säureresistent sowie stoßfest. Das ermöglicht einen wartungsfreien Einbau in Produktionsabläufe und den Einsatz in stark verschmutzten Umgebungen.
Dabei ist das Gerät klein, leicht und handlich: Die Elektronik hat das Format eines Zuckerwürfels, das komplette System inklusive Batterie ist mit 54 mm Durchmesser und 90 mm Höhe kleiner als eine Butterbrotdose. Es wiegt mit Batterie und Druckaufnehmer nur etwa 270 g.
Messen für RWE Power
Im Tagebau von RWE Power werden die riesigen Kugellager der großen Schaufelradbagger alle ein bis zwei Jahre ausgetauscht. Dazu muss der Bagger an drei Hebepunkten absolut gleichmäßig angehoben werden, denn schon eine Schieflage von wenigen Millimetern würde ihn abrutschen lassen.
Seit über einem Jahr setzt RWE erfolgreich den von Delta Systems eigens für diese Messung angepassten Funkmess-Sensor Pollux ein. Das System misst die Hublängen und gleichzeitig den Druck der Hydraulikzylinder im Sekundentakt, so dass die Gleichmäßigkeit des Hebevorgangs auf dem Bildschirm eines Laptops beobachtet und kontrolliert werden kann.
Die Parameter der Funksensoren und des Systems sind so eingestellt, dass ein Kontrolleur jederzeit auf Schwell- oder Grenzwerte reagieren kann. Standardmäßig zeigt das System jede zeitliche Veränderung von Messgrößen an und hebt Differenzen und Schwellwerte hervor. Gleichzeitig wird der gesamte Hebevorgang automatisch dokumentiert. Mit Hilfe von Pollux konnte der Zeitaufwand für den Hebevorgang zum Austausch der Kugellager im Vergleich zu früher um mehr als 90 % gesenkt werden.
Mögliche Einsatzgebiete
Das Funksystem wird in der vierten Generation auf der ganzen Welt eingesetzt. Typische Einsatzgebiete sind die metallverarbeitende Industrie und der Bergbau: Ein Beweis für die Störunempfindlichkeit und Widerstandsfähigkeit des Systems.
Pollux misst und speichert Daten dort, wo das Leben einer Maschine dokumentiert werden soll:
  • Maschinenverleih – Einsatzdauer und Beanspruchung von Maschinen
  • Windkraftwerke – Belastung der Flügel und Ausdehnung des Materials beweglicher Teile
  • Bauwerke oder Geräte, die unter Wasser liegen – Materialverschleiß und Dichtigkeit
  • Kraftwerke – Schlackeablagerung in den Kohleöfen
Neben solch schlecht erreichbaren oder durch aggressive Umweltbedingungen strapazierten Einbauorten sind Umgebungen denkbar, in denen ein Funksystem die bessere Wahl ist, weil kabelgebundene Mess-Systeme nicht eingesetzt werden können:
  • Maschinen oder Produktionsstraßen, in denen gefräst, gesägt oder erhitzt wird
  • Bearbeitungs- und Produk- tionsmaschinen von Motorenherstellern
  • Abfüllanlagen mit vielen beweglichen Teilen
  • Kegel- und Schwungräder, Kugellager und andere hydraulisch gespannte Geräteteile
Mögliche Messwerte sind Hydraulikdruck, Temperatur, Länge, Dehnung, Neigung, Gewicht und Beschleunigung.
Funk-Messsystem Pollux KEM 435

Technische Daten
  • Schutzgrad: IP66, öl- und säureresistent, stoßfest
  • Sendefrequenzen: 433/ 868/915 MHz, ISM-Band, zulassungsfrei
  • Übertragungsmerkmale: GFSK-Modulation, Multikanal, Proprietary Radio Packet Format, CRC32-geschützt
  • Logspeicherkapazität: max. 1 GB
  • Batterielebensdauer: >4 Jahre bei 100 Mio. Einzelmessungen
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