Analyse der Kurvenverläufe

In den folgenden Blogeinträgen wollen wir uns wie angekündigt der Analyse der gesammelten Daten widmen. Als Beispiel haben wir die Daten eines besonders einfachen Sachverhalts ausgewählt.

Diese Daten lassen sich ganz grob drei Szenarien zuordnen:

  • dem Normalbetrieb bei Kühlung,
  • einem speziellen Fehlerzustand oder
  • dem Normalbetrieb ohne Kühlung.

Für den menschlichen Betrachter bildet die grafische Visualisierung der Werte einen guten Einstieg um erste Zusammenhänge abzuleiten. In einem späteren Artikel werden wir auch aufzeigen, wie sich dies automatisiert, bspw. per Machine Learning umsetzen lässt. Dies funktioniert dann auch bei Daten, bei denen sich nicht unmittelbare Abhängigkeiten erkennen lassen.

An den Verläufen der Kurven sind bereits verschiedene typische Merkmale zu erkennen:

  • Läuft der Kompressor
    • fällt der Niederdruck,
    • unterschreitet der Niederdruck 2 bar,
      • fällt der Hochdruck,
    • überschreitet der Hochdruck 6 bar
      • fällt die Öltemperatur
  • Läuft der Kompressor nicht
    • steigt der Niederdruck
    • überschreitet der Niederdruck 2 bar
      • fällt der Hochdruck,
    • unterschreitet der Hochdruck 6 bar
      • steigt die Öltemperatur

Bis auf ein paar Ausnahmen scheint dies allgemein zu gelten.

Ein Fehlerzustand kann sich bspw. wie folgt äußern:

  • der Niederdruck bleibt gleich,
  • der Hochdruck verhält sich sehr dynamisch – mal steigt er, mal fällt er,
  • die Öltemperatur bleibt ungefähr gleich.
Diese Unterschiede zwischen dem Normalverhalten und dem Verhalten beim Auftritt eines Fehlers lassen vermuten, dass sich Fehlerzustände frühzeitig erkennen lassen.

Detailanalyse des Normalverhaltens bei Kühlung

Durch die Detailanalyse des Normalverhaltens bei Kühlung lassen sich weitere Regeln / Abhängigkeiten ableiten.

Einiges davon ist für den Profi, der regelmäßig mit Kompressoren oder ähnlichem arbeitet, sicher trivial. An dieser Stelle geht es aber darum, die Abhängigkeiten für die weitere Analyse noch mal zu verdeutlichen und zu strukturieren.
Folgendes lässt sich ableiten:
  • Die Öltemperatur steigt und fällt zeitversetzt zur Aktivierung / Deaktivierung des Kompressors.
    -> Dies spiegelt im Endeffekt die Kernfunktion der Kühlanlage wieder. Durch den Transport des Kühlmittels wird die Wärme über den Lüfter abgeführt
  • Mit der Aktivierung des Kompressors
    • fällt der Niederdruck unmittelbar
    • und der Hochdruck steigt
  • Mit der Deaktivierung des Kompressors
    • steigt der Niederdruck unmittelbar
    • und der Hochdruck fällt

Durch die Änderungen von Hochdruck und Niederdruck bei Aktivierung/Deaktivierung des Kompressors ergibt sich die typische Charakteristik ähnlich einer Sägezahnfunktion.

Wie funktioniert überhaupt eine (Kompressions-)Kältemaschine?

Für die weitere Datenanalyse wird es nun wichtig, den Daten Leben einzuhauchen und die Bedeutung der einzelnen Messgrößen zu erfassen.

  • Das Ziel der Kältemaschine ist es, ein Medium (meistens Öl) zu kühlen und damit die Wärme abzuführen, die bspw. durch eine angeschlossene Werkzeugmaschine erzeugt wurde.
  • Eine Kältemaschine besteht aus verschiedenen Kreisläufen:
    • Einem Kältekreislauf und
    • einem oder mehreren Kreisläufen mit dem zu kühlenden Medium
  • Die Kühlung im Kältekreislauf wird durch den Kompressor ermöglicht. Läuft der Kompressor, wird der Druck auf der einen Seite des Kältekreislaufs verringert (Niederdruckbereich im Verdampfer) und auf der anderen Seite erhöht (Hochdruckbereich im Kondensator).
  • Das Kühlmittel, das durch den Kältekreislauf transportiert wird, ändert aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse im Kältekreislauf seinen Aggregatzustand während es diesen durchläuft. Dadurch kann das Kältemittel die Wärme des zu kühlenden Öls aus dem zu kühlenden Medium aufnehmen.
  • Die Kühlung des Öls erfolgt gegenüber dem Schaltvorgang des Kompressors aufgrund seiner Trägheit gegenüber der Temperauränderung etwas zeitverzögert.
  • Steht der Kompressor, erfolgt naturgemäß keine Kühlung. Wenn der Wärmeerzeuger deaktiviert ist, wird sich die Öltemperatur auf Dauer der Umgebungstemperatur angleichen. Daher ist die Differenz zwischen den beiden Größen ein wichtiger Eingangsfaktor.
Ein Vergleich mit den analysierten Kurvenverläufen zeigt, dass die beobachteten Daten und die hier vorgestellte Funktionsweise der Kältemaschine erwartungskonform zusammenpassen.
Aus der Funktionsweise der Kältemaschine lässt sich eine wichtige Annahme für die weitere Datenanalyse formulieren:
  • Die Schaltzyklen des Kompressors bestimmen maßgeblich, ob die gewünschte Öltemperatur erreicht werden kann und geben direkt Aufschluss darüber, ob die Größe der Kältemaschine korrekt gewählt ist.
Weiterhin ist es wichtig ein Bild davon zu bekommen, welche Aspekte „Ursache“ und welche Aspekte „Wirkung“ sind. Eine passende Modellannahme könnte wie folgt aussehen:
  • Das Szenario bestimmt das Verhalten des Kompressors.
  • Das Verhalten des Kompressors bestimmt das Verhalten der Drücke.
  • Das Verhalten des Drucks bestimmt das Verhalten der Öltemperatur.
  • Das Verhalten der Öltemperatur bestimmt wiederrum das Verhalten des Kompressors, da der Kompressor je nach Öltemperatur schaltet.
Veröffentlicht in Digitalisierungsprozess

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *

*