Diagnose und aktive Beeinflussung von Prozess- und Fehlerzuständen für integrierte mechatronische Fluidfördersysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um den Anforderungen nach einer Steigerung der Zuverlässigkeit, der Verfügbarkeit und der Energieeffizienz von Fluidfördersystemen gerecht zu werden, werden Funktionen zur Überwachung des Systems und zum aktiven Eingriff in das System notwendig. Die meisten an Kreiselpumpen auftretenden Fehler führen zu einer Änderung des charakteristischen Schwingungsverhaltens des Rotors, so dass durch die Analyse dieses Verhaltens auf die verschiedenen Fehlerfälle wie beispielsweise Verschleiß, Trockenlauf, Unwucht, Strukturresonanz oder Montagefehler geschlossen werden kann. Im Rahmen dieses Projektes wurden Verfahren zur modellbasierten online Fehlererkennung und -diagnose an einer magnetgelagerten Kreiselpumpe erarbeitet. Die Verfahren verwenden die im mechatronischen System Magnetlager bereits vorhandenen Komponenten, sind unabhängig vom Betriebspunkt der Pumpe und kurz in der Ausführungszeit. Dementsprechend können sie während des laufenden Betriebs ausgeführt werden ohne den Prozess zu beeinflussen. Möglich wird die online Ausführung der Verfahren durch ein entwickeltes Softwarekonzept, welches es ermöglicht parallel zur Positionsregelung des Rotors auf derselben Hardwareplattform die Fehlererkennung und –diagnose auszuführen. Dies erfolgt in mehreren Verarbeitungsebenen, die mit unterschiedlicher Wiederholraten und Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit ausgeführt werden. Die Magnetlagerung kann ebenfalls als Aktor genutzt werden um gezielt auf Fehlerfälle zu reagieren. Dies wurde in diesem Projekt am Beispiel einer mit dem System detektierten, auftretenden Unwucht realisiert. Im zweiten Teil des Projektes wurde für einen vorhandenen, wälzgelagerten Demonstrator eine an die Anforderungen der Fehlererkennung und -diagnose angepasste Magnetlagerung entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Aufgrund der Struktur und des Aufbaus des neuen magnetgelagerten Demonstrators können an diesem nun auch Informationen über den Betriebspunkt aus den Informationen der Magnetlager gewonnen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Application of a Balancing Filter for Model-Based Fault Diagnosis on a Centrifugal Pump in Active Magnetic Bearings. 2009 ASME/IEEE International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications (MESA09), San Diego 2009
Beckerle, P., Butzek, N., Nordmann, R., Rinderknecht, S.
- Modellbasierte Verfahren zur online Fehlerdiagnose an einer Kreiselpumpe in aktiven Magnetlagern, Dissertation, TU-Darmstadt, 2009
Butzek, Norman
