Wie Infrarotkameras (IR) zur Zustandsüberwachung (CM) beitragen
Eine thermografische Kamera (Infrarotbildgebung oder Wärmebildkamera) verwendet Infrarotstrahlung, um Objekte zu erkennen.
Die Infrarotbildgebung spielt eine wesentliche Rolle bei der vorausschauenden Wartung. Die Kameras überwachen Maschinen oder Geräte der Anlage, um Wärmebilder zu erstellen, die Hotspots sichtbar machen. Diese Hotspots helfen dabei, zukünftige Fehlfunktionen, Überhitzung, Maschinen- oder Anlagenschäden und Personenschäden zu erkennen. Reparaturen oder Wartungen können dadurch zum sichersten und kostengünstigsten Zeitpunkt durchgeführt werden.
Eine wesentliche Voraussetzung für den sicheren Betrieb einer elektrischen Anlage ist die richtige Geräteauswahl. Die Wartung solcher Geräte muss den festgelegten Parametern in Bezug auf die Wärmeableitung bei allen Betriebsarten und die sie verbindenden stromführenden Teile folgen. Die Wärmeübertragung erfolgt auch in elektrischen Anlagen von warmen zu kalten Bereichen auf drei Arten: durch Übertragung, Konvektion und Abstrahlung.
Wärmebildsystem/Infrarotkamera
Jedes Objekt gibt Infrarotenergie aus, die als Wärmesignatur bezeichnet wird. Diese Infrarotenergie wird von einer Infrarotkamera (IR) oder einer Wärmebildkamera gemessen und detektiert. Die Kamera wandelt diese Infrarotdaten in ein elektronisches Bild um, das die scheinbare Oberflächentemperatur des zu messenden Objekts darstellt. Eine Wärmebildkamera weist ein optisches System auf, das Infrarotenergie auf einen speziellen Detektorchip (Sensorarray) fokussiert, der aus Tausenden von rasterförmig angeordneten Detektorpixeln besteht. Ein elektronisches Signal wird erzeugt, wenn jedes Pixel im Sensorarray auf darauf fokussierte Infrarotenergie reagiert. Die Kamera-Verarbeitungseinheit nimmt das Signal von jedem Pixel und wendet einen mathematischen Algorithmus an, um eine Farbkarte (Thermograph) der scheinbaren Temperatur des Messobjekts zu erstellen. Jedem Temperaturwert wird eine andere Farbe zugeordnet und eine Farbmatrix wird erzeugt. Diese Matrix wird an die Speichereinheit der Kamera gesendet, welche die Thermographie (Wärmebild) des Objekts anzeigt, wie in Abbildung 1 dargestellt wird.
Abbildung 1: Wärmebildsystem (Infrarotkamera)
Infrarotkamera – CM-Anwendungsszenario
Durch die Erkennung von Anomalien, die oft mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, ist es mit der Thermographie möglich, Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, bevor kostspielige Systemausfälle tatsächlich auftreten. Es gibt unzählige Anwendungsfälle für Wärmebildkameras im Bereich der vorausschauenden Wartung. Einige davon sind elektrische und mechanische Wartung, Versorgungssysteme und Energieverluste. Im Folgenden finden Sie einige der Herausforderungen, die im industriellen Anwendungsszenario auftreten.
Niederspannungsprüfungen: Elektrische Prüfungen erfordern Infrarotkameras. Lose elektrische Verbindungen erhöhen den Stromwiderstand, was zu einer Temperaturerhöhung führt. Infolgedessen können Bauelemente ausfallen, was zu ungeplanten Ausfällen und Verletzungen führen kann. Darüber hinaus sinkt der Wirkungsgrad eines Stromnetzes vor dem Ausfall; somit geht Energie durch Wärmeerzeugung verloren, was zu unnötigen Verlusten führt, wie unten gezeigt wird.
Hochspannungsprüfungen: Infrarotkameras werden routinemäßig zur Überwachung von Leistungstransformatoren eingesetzt. Die Temperaturen von Kühlrippen und Hochspannungsanschlüssen können verglichen werden, sodass Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können, bevor erhebliche Probleme auftreten. Schutzschalter, Schalter und Hochspannungsleitungen gehören zu den Hochspannungsanlagen, die mit einer Infrarotkamera überprüft werden. Die Infrarotbildgebung identifiziert potenzielle Problembereiche, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist.
Mechanische Wartung: In den meisten Fertigungsindustrien werden kritische statische und rotierende Geräte eingesetzt, die das Rückgrat des Betriebs sind, wie Motoren, Anlasser, Förderer, Montagesysteme usw. Thermographische Daten ergänzen Vibrationsstudien bei der Überwachung mechanischer Geräte.
Abbildung 2(a): Schlechte Verbindung und Schäden im Inneren (b)Schäden im Sicherungsinneren
Abbildung 3(a): Nicht ordnungsgemäß gesicherter Anschluss (b)Prüfung von Hochspannungsleitungen
Abbildung 4(a): Fehlerverdächtige Walze (b)Überhitzter Motor
Integration von Infrarot-Thermographie mit Zustandsüberwachung
Für die Fehlererkennung mit einer Infrarot-Wärmebildkamera wird nachstehend ein Algorithmus für den IR-Überwachungsscan für den gesamten Geräte-Scanvorgang gezeigt. Der IR-Scan ist Teil eines integrierten Zustandsüberwachungssystems mit anderen Technologien zur umfassenden Zustandsüberwachung.
Gegebenenfalls kann der Scanvorgang für die Maschine oder das Gerät in vorgegebenen Zeitabständen konfiguriert werden. Sobald der Scanvorgang beginnt, vergleicht er Wärmebilder eines definierten Ziels mit dem Ausgangsbild des Geräts, um thermische Anomalien im System zu erkennen. Wird keine Abweichung festgestellt, beginnt ein weiterer Scanvorgang nach Ablauf eines vom Benutzer festgelegten Zeitintervalls. Wenn während des Scanvorgangs eine Anomalie festgestellt wird, wird unter Verwendung einer IR-Wärmebildsoftware zur nächsten Phase übergegangen, um das Problem zu beurteilen. Der Diagnoseprozess beginnt mit der Identifizierung der Art des Problems. Sobald das Problem eruiert wurde, wird es mit der Priorität verglichen, die der Wartungsplaner in der Wichtigkeits- und Alarmliste festgelegt hat. Wenn das Problem schwerwiegend und das Element mangelhaft ist, wird ein IR-Bericht für den effektiven Bereich des Zielobjekts mit allen notwendigen Temperaturgradientendetails und thermischen Mustern zur genauen Untersuchung und Reparatur für den Wartungsplaner während dieser Diagnosephase bereitgestellt, sodass notwendige Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können.
Abbildung 5 : Scanvorgang zur IR-Überwachung des Geräts
Abbildung 6: Typische Bauelemente des Wärmebildsystems zur Verwendung bei der Zustandsüberwachung
Wenn die Art des Problems keine hohe Priorität hat, wird es zum Wartestapel für einen erneuten Scanvorgang hinzugefügt. Wenn eine Anomalie gefunden wurde, das Problem jedoch nicht identifiziert werden konnte, wird das System weiter untersuchen, indem das Gerät Vibrations- und Ultraschallprüfungen unterzogen wird.
