Zur Hundertjahrfeier hat Voith Hydro in Heidenheim sein Prüffeld, bestehend aus sechs Turbinenprüfständen, komplett modernisiert, um künftigen Herausforderungen im Bereich regenerativer Energieerzeugung besser gerecht zu werden und seine führende Position als Anbieter von Wasserkraftwerksturbinen auszubauen.

Bei der Entwicklung von Turbinen müssen zahlreiche, teils aufwendige Versuche durchgeführt werden. Die Konstrukteure definieren und beauftragen die Versuche. Ein Versuchsauftrag besteht aus Informationen über den Versuch selbst, über den Prüfling, über Prüfstandseinstellungen und Zuständen bei denen gemessen werden soll. Die Prüfstandssoftware übernimmt die Auftragsdaten, führt den Versuch nach den Vorgaben durch und speichert die Messdaten und -ergebnisse dazu. Die im Prüffeld gewonnenen Daten werden wiederum von den Konstrukteuren für Auswertungen und Reports verwendet. Berechnungsergebnisse aus den Analysen vervollständigen die Versuchsdatei.

Wichtig ist, dass sowohl die versuchsbeschreibenden Informationen, als auch die Mess- und Auswertedaten gemeinsam in einer Datei gespeichert werden. Denn das stellt sicher, dass einerseits beim Erstellen von Reports die Versuche ordentlich dokumentiert werden und andererseits die Versuchsdateien auch noch nach Jahren eindeutig identifiziert werden können.

Ordnung in den Daten – Schlüssel für eine konsistente Versuchsabwicklung

Die gesamte Applikationssoftware wurde von der a-solution GmbH mit DIAdem, der Software für die technische Datenverarbeitung, individuell für den Kunden erstellt. Mittels der Customizing-Funktionen von DIAdem, dem DataFinder und dem TDM-Datenformat wurde die Prüfsoftware von der Versuchsbeauftragung bis zur Archivierung realisiert, ohne dass dabei auf den Einsatz einer teueren und komplizierten Datenbanksoftware zurückgegriffen werden musste.

Das TDM-Format definiert zunächst nur eine hierarchische Datenstruktur und Zugriffsfunktionen auf seine Elemente. Für die Anwendung bei Voith wurde ein auf TDM -basierendes, applikationsbezogenes Datenmodell durch Festlegung von Kanalgruppen und Kanälen, sowie der Festlegung von Metadaten erstellt. In DIAdem kann der Benutzer mit einem gewöhnlichen Browser diese Informationen und Datenstrukturen einsehen, sowie darauf lesend und schreibend zugreifen.

Der DataFinder, eine Standard-Funktionalität von DIAdem, durchsucht ständig alle Versuchsdateien nach Metainformationen und erstellt daraus eine Indexdatei. Dieser Index sorgt dafür, bei Suchanfragen gewünschte Dateien gezielt und schnell wieder zu finden. Die Suchanfrage kann als Volltextsuche oder über logische Ausdrücke erfolgen. Für beide Abfragemodi bietet DIAdem einfach zu handhabende Benutzerfunktionen.

Die Messdatei wird schon beim Versuchsauftrag angelegt

Bei Voith Hydro werden unterschiedliche Versuche, wie Kennfeld-, Schwingungs- oder Kavitationsversuche, mit Modellen der eigentlichen Kraftwerksturbine gefahren, wobei über Rechenmodelle, auch schon während der Messung auf die tatsächliche Turbine und Anlage hochgerechnet wird.

Die vier wesentlichen Programmteile sind die Versuchsbeauftragung, die Prüfablaufsteuerung, die Messdatenerfassung, sowie die Analyse und Reporterstellung. Die Informationsübertragung von einem Programm zum nächsten erfolgt durch die TDM- Versuchsdatei. Das jeweilige Programm nutzt die Informationen aus den vorhergehenden Programmen und fügt die eigenen Daten hinzu. Pro Versuch ist jeweils nur eine Datei erforderlich. In ihr sind in jeder Versuchsphase alle relevanten Daten gespeichert.

Versuche werden durch die Konstrukteure mit Hilfe der Versuchsbeauftragung angelegt. Dabei können bereits durchgeführte Versuche als Vorlagen dienen, teils um einem bestehenden Versuch weitere Messpunkte hinzuzufügen oder die Vorgaben eines ähnlichen Versuchs abzuändern und als neuen Versuchsauftrag zu speichern. Die Suche nach geeigneten Vorlagen erledigt der DataFinder.

Die folgenden Informationen sind bei der Beauftragung zu erstellen:

– Allgemeine Angaben (Versuchsnummer, -art, -datum, Auftraggeber, Kunde etc.)

– Informationen über Modell und Prototyp

(Geometrieangaben, Koeffizienten für Verrechnungen)

– Prüfstandsvorgaben (Stationäre Testparameter)

– Statusinformationen (Zielprüfstand, Versuchsstatus = ‚beauftragt‘)

Die o.g. Informationen werden als Meta-Daten (Properties) in der Versuchsdatei gespeichert. Darüber hinaus sind variable Prüfstandsvorgaben in Form von Sollwerten (Drehzahlen, Drehmomente, Fallhöhen etc.) vorzugeben, bei denen Messungen durchgeführt und Kennwerte ermittelt werden sollen. Diese Informationen werden als Tabelle in der Kanalgruppe Setpoints hinterlegt. Die Spalten der Tabelle sind die Stellgrößen der Prüfstandssteuerung, die Zeilen sind die verschiedenen Zustände (Messpunkte) bei denen Kennwerte zu ermitteln sind.

Am Prüfstand kann nun der Bediener mittels Datafinder eine Suchanfrage nach Versuchsaufträgen seines Prüfstands absetzen und aus der erhaltenen Liste einen Auftrag wählen. Die Prüfablaufsteuerung liest die relevanten Prüfauftragsdaten aus der TDM-Datei und übergibt sie der Prüfstandssteuerung. Die Prüfstandssteuerung regelt die Sollvorgaben ein und meldet der Messdatenerfassung den eingeregelten Zustand.

Die Versuchsverwaltung ist umsonst

Die Messdatenerfassung misst und visualisiert Sensordaten. Mit Hilfe der Koeffizienten aus der Auftragsdatei und Rechenmodellen können schon während der Messung Größen des Prototyps berechnet und ebenfalls visualisiert werden. Meldet die Prüfstandssteuerung einen eingeregelten Zustand werden Daten zwischengespeichert. Daraus werden Kennwerte berechneten und zeilenweise in der Ergebnistabelle (Kanalgruppe Results) abgelegt. In der Sollwerttabelle wird vermerkt, dass der Messpunkt gemessen wurde. Die Messung ist beendet, wenn jeder Messpunkt aus der Sollwertetabelle gemessen wurde. Da Versuche aus mehreren hundert Messpunkte bestehen können und daher zeitaufwendig sind, kann der Versuch jederzeit unterbrochen werden, um ihn beispielsweise am nächsten Tag fortzusetzen.

Da nach jedem erfassten Messpunkt die Versuchsdatei aktualisiert wird, können mit der Funktion Auswertung und Report schon während der Versuch am Prüfstand läuft, vom Konstrukteur oder Prüfstandsfahrer erste Auswertungen durchgeführt werden. Dadurch können frühzeitig Änderungen am Prüfauftrag oder auch der Abbruch eingeleitet werden. Bei mehrtägigen Prüfläufen spart dies erheblich Zeit und Geld.

Die Auswertung und Darstellung der Ergebnisse erfolgen in DIAdem, wobei sowohl für die Berechnungen als auch die Dokumentation der Ergebnisse in Reports auf die Mess- und Metadaten der TDM-Versuchsdatei zurückgegriffen wird. Berechnungsergebnisse werden ebenfalls in der Versuchsdatei gespeichert. Bei vergleichenden Auswertungen hilft der DataFinder bei der Suche im Archiv nach relevanten Versuchen.

Fazit

Die Verwendung des TDM-Datenformats erlaubt es, dass sowohl versuchsbeschreibende Informationen als auch Mess- und Auswertedaten konsistent in einer einzigen Datei gespeichert werden können. Alle am Versuchsablauf beteiligten Prozesse referenzieren nur auf diese eine Datei. Mit dem Datafinder erhält der Kunde kostenlos die Versuchsverwaltung für die sonst teure Datenbanksoftware erforderlich wäre. Die DataFinder Suchfunktion wird in allen Programmteilen für unterschiedliche Aufgaben genutzt und erleichtert das Arbeiten. Die in DIAdem Customizing erstellten Programmteile automatisieren weitestgehend Abläufe und minimieren Eingaben. Die Verwendung von leistungsfähigen Standardkomponenten, TDM, DataFinder und DIAdem, und der Verzicht auf die Verwendung einer Datenbank reduzieren die Erstellungs- und Betriebskosten der Gesamtapplikation erheblich.

Weitere Informationen: http://www.a-solution.de/…

National Instruments, NI, ni.com, LabVIEW und DIAdem sind Marken der National Instruments Corporation.

Weiterführende Links

• Orginalmeldung von a-solution Gesellschaft für Mess- und Automatisierungslösungen mbH
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