GB/T 36468.1-2018 Kranzustandsüberwachung Grundsätze

GB/T 36468.1-2018 ist der erste Teil der Normenreihe zur Zustandsüberwachung von Kranen und definiert die Systemstruktur, die Überwachungsparameter und die Bewertungsmethoden. Die Zustandsüberwachungstechnologie bildet die Grundlage für die prädiktive Wartung und das intelligente Management von Kranen. Sensoren erfassen die Betriebsdaten des Krans in Echtzeit. Datenanalysealgorithmen bewerten den Gesundheitszustand der Maschine und geben Frühwarnungen aus, bevor Störungen auftreten. Dies reduziert sowohl ungeplante Stillstandszeiten als auch Wartungskosten erheblich. Die Norm wurde vom China Machinery Industry Federation vorgeschlagen und vom Technischen Komitee für die Standardisierung von Hebezeugen beim Nationalen Normungsausschuss Chinas verwaltet. Sie gilt als zentrale Referenznorm für die intelligente Aufrüstung von Kranen.

Aufbau des Zustandsüberwachungssystems

GB/T 36468.1-2018 definiert die Systemarchitektur eines Zustandsüberwachungssystems für Krane. Diese besteht aus fünf Ebenen: der Sensorebene, der Datenerfassungsebene, der Datenübertragungsebene, der Datenverarbeitungs- und Analysee Ebene sowie der Mensch-Maschine-Interaktionsebene. Die Sensorebene erfasst physikalische Größen wie Vibration, Temperatur, Spannung und Verschiebung. Typische Sensoren sind Beschleunigungssensoren, Temperatursensoren, Dehnungsmessstreifen, Encoder und Laser-Entfernungsmesser. Die Datenerfassungsebene übernimmt die Signalaufbereitung, Filterung und Analog-Digital-Wandlung. Die Abtastrate variiert je nach Überwachungsobjekt zwischen 10 Hz und 10 kHz.

Die Datenübertragungsebene übermittelt die erfassten Daten über industrielles Ethernet, drahtlose Netzwerke oder Feldbus an das Verarbeitungszentrum. Die Norm empfiehlt eine redundante Kommunikationsarchitektur, um die Zuverlässigkeit der Datenübertragung sicherzustellen. Die Datenverarbeitungs- und Analysee Ebene bildet das Kernstück des Systems. Sie umfasst Module für Signalverarbeitung, Merkmalsextraktion, Zustandserkennung und Trendanalyse. Die Mensch-Maschine-Interaktionsebene visualisiert den Anlagenzustand, Alarme und Trendberichte über eine grafische Benutzeroberfläche, die sowohl über mobile Endgeräte als auch über den PC zugänglich ist. Das CMS-Zustandsüberwachungssystem von Kelude Schwerindustrie folgt strikt der in GB/T 36468.1-2018 definierten Architektur. Es verwendet eine dreistufige verteilte Architektur, die eine Fernüberwachung der Kranbetriebsdaten in Echtzeit sowie die Analyse historischer Daten ermöglicht. Das System wurde bereits in mehreren Projekten mit intelligenten Brückenkranen erfolgreich implementiert.

Überwachungsparameter und Sensorik

Die Norm listet detailliert die relevanten Überwachungsparameter für Krane sowie die entsprechenden Sensorlösungen auf. Für die Überwachung von Strukturbauteilen stehen die Durchbiegung des Hauptträgers in Feldmitte (mittels Drahtzug-Wegsensor oder Laser-Entfernungsmesser), die Spannung an kritischen Schweißnähten (mittels Dehnungsmessstreifen mit einer Empfindlichkeit von mindestens 2,0 mV/V) sowie die Schwingungsbeschleunigung der Struktur (mittels piezoelektrischem Beschleunigungssensor mit einem Frequenzbereich von 0,5 Hz bis 1 kHz) im Fokus. Für das Hubwerk sind die Schwingungsbeschleunigung des Getriebes, die Öltemperatur im Getriebegehäuse, der Motorstrom, der Zustand der Bremse sowie die Seilspannung des Drahtseils zu überwachen.

Die Norm legt außerdem die Einbauposition, die Anzahl und die Schutzart der Sensoren fest. Beispielsweise sind Schwingungssensoren für das Getriebe an den Lagergehäusen der Antriebs- und Abtriebswelle zu montieren. Pro Getriebe sind mindestens zwei Beschleunigungssensoren erforderlich (einer in horizontaler, einer in vertikaler Richtung). Die Schutzart der Sensoren muss mindestens IP65 betragen. Sensoren in Bereichen mit hohen Temperaturen müssen für Temperaturen über 85 °C ausgelegt sein. Für Kabelverbindungen sind Rundsteckverbinder in Luftfahrtqualität oder wasserdichte Verbindungen zu verwenden. Signalleitungen sind als geschirmtes Twisted-Pair-Kabel auszuführen, um elektromagnetische Störungen zu minimieren. Das Zustandsüberwachungssystem von Kelude Schwerindustrie wird mit einem standardisierten Sensorpaket geliefert, das 8 bis 16 Schwingungssensoren, 4 bis 8 Temperatursensoren und 2 bis 4 Wegsensoren umfasst. Die Sensorplatzierung kann je nach Typ des Portalkrans oder Brückenkrans und der spezifischen Arbeitsumgebung individuell angepasst werden.

Datenanalyse und Fehlerdiagnose

Die Datenanalyse und -diagnose ist ein zentraler Bestandteil von GB/T 36468.1-2018. Die Norm empfiehlt eine Kombination aus Zeitbereichsanalyse, Frequenzbereichsanalyse und Zeit-Frequenz-Analyse. Die Zeitbereichsanalyse umfasst die Berechnung statistischer Kennwerte wie Effektivwert (RMS), Crestfaktor und Kurtosis. Der Trend des RMS-Wertes gibt Aufschluss über das Gesamtschwingungsenergieniveau der Anlage. Die Frequenzbereichsanalyse nutzt die Schnelle Fourier-Transformation (FFT), um das Zeitsignal in ein Frequenzspektrum zu überführen. Durch die Identifikation charakteristischer Frequenzen wie der Verzahnungsfrequenz oder der Lagerschadensfrequenzen lässt sich die Fehlerquelle lokalisieren.

Die Norm etabliert ein vierstufiges Alarmkonzept: Stufe 1 (Hinweis) – Parameter weichen leicht ab; das Bedienpersonal wird informiert. Stufe 2 (Warnung) – Parameter verändern sich deutlich; eine Überprüfung bei einem geplanten Stillstand wird empfohlen. Stufe 3 (Gefahr) – Parameter nähern sich dem Grenzwert; ein sofortiger Stopp zur Fehlerbehebung ist erforderlich. Stufe 4 (Notfall) – Parameter überschreiten den Grenzwert; eine sofortige Notabschaltung ist notwendig. Für die Diagnose empfiehlt die Norm eine Kombination aus Schwellwertvergleich, Trendanalyse und maschinellen Lernverfahren zur Klassifizierung. Das CMS-System von Kelude Schwerindustrie integriert ein auf Deep Learning basierendes Diagnosemodell. Dieses wurde gezielt für häufige Störungen bei Kranen trainiert, darunter Grübchenbildung an Zähnen des Getriebezahnrads, Lagerabnutzung, Drahtbruch im Drahtseil und Ermüdungsrisse am Hauptträger. Die Diagnosegenauigkeit liegt bei über 95 %.

Systemintegration und Kommunikation

GB/T 36468.1-2018 stellt klare Anforderungen an die Integration und Kommunikation des Zustandsüberwachungssystems. Das System muss sich nahtlos in das SPS-Steuerungssystem des Krans integrieren lassen. Der Datenaustausch erfolgt über industrielle Kommunikationsprotokolle wie OPC UA, Modbus TCP oder Profinet. Die Norm empfiehlt eine hybride Netzwerkarchitektur, bestehend aus einem Ethernet-Backbone und einem drahtlosen Sensornetzwerk. Das Backbone-Netz deckt das gesamte Werksgelände ab, während das drahtlose Netzwerk den Kran selbst abdeckt. Die Kommunikationsprotokolle müssen sowohl die Echtzeitdatenübertragung (mit einer Latenz von nicht mehr als 100 ms) als auch die Übertragung historischer Daten in Stapeln (mit einer akzeptablen Latenz von einigen Sekunden) unterstützen.

Für die Systemintegration schreibt die Norm vor, dass das Zustandsüberwachungssystem an die MES- (Manufacturing Execution System) oder EAM-Plattform (Enterprise Asset Management) des Unternehmens angebunden wird, um eine Verknüpfung von Anlagenzustand und Produktionsplanung zu ermöglichen. Die Überwachungsdaten sind für die Langzeitspeicherung in industriellen Datenbanken wie Trend oder Historian vorzusehen. Die Aufbewahrungsfrist für historische Daten muss mindestens 3 Jahre betragen. Darüber hinaus definiert die Norm grundlegende Anforderungen an die Netzwerksicherheit, einschließlich Zugriffskontrolle, Datenverschlüsselung und der Prüfung von Betriebsprotokollen. Das Zustandsüberwachungssystem von Kelude Schwerindustrie nutzt eine duale Plattformarchitektur mit Web- und mobilem Endgerät. Bediener können direkt über mobile Endgeräte wie WeChat oder DingTalk Frühwarnungen empfangen und Wartungsaufträge bearbeiten. Dies ermöglicht eine Digitalisierung der Kranwartung und -verwaltung.

Implementierung und Wartung

Das Kapitel zur Implementierung und Wartung der Norm beschreibt den Implementierungsprozess und die Betriebsanforderungen für das Zustandsüberwachungssystem. Der Prozess umfasst: die Konzeptplanung (Anlageninventur, Betriebsumgebung, Analyse des Überwachungsbedarfs), die Systemplanung (Festlegung der Messpunkte, Sensorauswahl, Bestätigung der Systemarchitektur), die Geräteinstallation (Sensormontage, Kabelverlegung, Inbetriebnahme der Datenerfassung), die Systeminbetriebnahme (Kommunikationstest, Parameterkalibrierung, Einstellung der Alarmschwellen), den Probebetrieb (kontinuierlicher Betrieb über mindestens 30 Tage zur Verifizierung der Systemstabilität) und schließlich die offizielle Übergabe.

Für die Systemwartung empfiehlt die Norm eine Kalibrierungsprüfung der Sensoren vierteljährlich. Das Kalibrierintervall für Sensoren darf 12 Monate nicht überschreiten. Die Wartung der Datenerfassungsgeräte umfasst die regelmäßige Überprüfung der Stromversorgung, die Datensicherung und die Bereinigung des Speicherplatzes. Die Alarmschwellen sind basierend auf den historischen Betriebsdaten regelmäßig zu optimieren und anzupassen, in der Regel alle 6 Monate. Die Norm betont außerdem, dass das Zustandsüberwachungssystem über eine Fehlerselbstdiagnose verfügen muss, die bei Anomalien von Sensoren oder Erfassungsmodulen automatisch alarmiert. Kelude Schwerindustrie bietet für jedes Zustandsüberwachungssystem eine Garantiezeit von 3 Jahren sowie einen Fernwartungsservice an. Kunden können über eine spezielle App online Systemgesundheitsberichte abrufen, Offline-Warnungen für Sensoren einsehen und Erinnerungen für die regelmäßige Wartung erhalten.

Kelude Schwerindustrie verfügt über mehrere patentierte Technologien und umfangreiche Projekterfahrung im Bereich der Zustandsüberwachung von Kranen. Für Kunden aus verschiedenen Branchen wurden bereits Systeme implementiert, die der Norm GB/T 36468.1-2018 entsprechen. Durch den Einsatz dieser Systeme konnten Kunden den Übergang von der planmäßigen Wartung zur zustandsbasierten Wartung vollziehen. Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) der Anlagen konnte um über 35 % gesteigert werden, die jährlichen Wartungskosten sanken um 20 % bis 30 %. Bei der Auswahl eines Zustandsüberwachungssystems wird empfohlen, Anbietern den Vorzug zu geben, die eine Konformitätserklärung zur Norm vorweisen können, über Referenzprojekte verfügen und einen langfristigen Kundendienst anbieten.

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