TWK Dokumenten Nr.: NVT 14587 FD Datum: 23.04.2019 Handbuch: NVT 14588 Vibrationssensor basierend auf MEMS Sensorik Schnittstelle: PROFIsafe/PROFINET Modell NVT / S3 ggggg amfiam ■ Berührungsloses, verschleißfreies MEMS Sensorsystem ■ Anzahl Messachsen: 2 ■ max. Frequenzbereich: 0,05 ... 60 Hz ■ Messbereich: ± 2 g ■ Besonderheiten: ♦ RMS Mittelung ♦ PEAK - Funktion ♦ zusätzlich PROFINET Standard Übertragung ("grauer Kanal") Aufbau Das Sensorsystem ist als Komponente für den Einsatz beispielsweise in Windkraftanlagen zur Messung und Auswertung von Schwingungen im Turmkopf vorgesehen. Erfassung von dynamischen Beschleunigungen mittels MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical-System) mit anschließender Digitalisierung durch Controller. Das Gerät besteht aus einem Beschleunigungssensor, einer Controllereinheit und der Ausgangsschnittstelle PROFIsafe über PROFINET für die Beschleunigungsdaten. Durch die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Vibration und Schock - auch weit über den Messbereich hinaus - ist der Sensor für den Einsatz in Bereichen mit rauen Umweltbedingungen geeignet. Der elektrische Anschluss erfolgt über drei Stecker. 5 Leuchtdioden erleichtern die Inbetriebnahme und die Diagnose. Funktionsweise MEMS Sensoren sind integrierte Schaltkreise, die in Silizium-Bulk-Mikromechanik Technologie gefertigt werden. Sie haben eine hohe Lebensdauer und sind sehr robust. Die vom Beschleunigungssensor gelieferten Messwerte werden nach der Ermittelung des Gleichanteils und einer Skalierung den Filtereinheiten zur Verfügung gestellt. Es gibt bis zu sechs Filter. Der Gleichanteil entsteht durch nicht exakt horizontalen Einbau, so dass ein Anteil des Erdgravitationsfeldes mitgemessen würde. Der aufgrund des Gleichanteils entstehende Offset in der Vibrationswertmesskurve (Verschiebung des Nullpunktes) wird rechnerisch ermittelt (Verteilung der positiven und negativen Messwerte um den Nullpunkt) und subtrahiert. Innerhalb von ca. 30 - 40 Sekunden wird der reine Wechselanteil ausgegeben. Die Berechnung findet permanent statt. Diese Funktion ist ab Werk abschaltbar. Die Filtereinheiten sind einzeln in der Filtercharakteristik zur Frequenzselektion werksprogrammierbar (Hoch- oder Tiefpass oder Bandpass). Sie können den zwei horizontalen Achsen zugeordnet werden (in der Regel x und y genannt) oder der Vektorsumme. Die dann zu Verfügung stehenden Ausgangssignale der Filter werden verwendet für: ♦ Ausgabe PROFIsafe über PROFINET Protokoll ♦ zusätzliche Ausgabe über PROFINET Standardprotokoll ♦ Berechnung von Momentan- oder RMS Ausgabe sowie Peak- oder Integralwert Ausgabe Profinet-Interface nach IEC 61158 / 61784 bzw. PNO-Spe-zifikation Order No. 2.712 und 2.722, Version 2.3, integriert. Unterstützt werden die Realtime Klassen 1 und 3, d.h. Real Time (RT) und Isochronous Real Time (IRT) sowie die Anforderungen der Conformance Class C. Durch den integrierten 2-fach Switch lassen sich die TWK-PROFINET-Sensoren in Stern-, Baum- und Linien-Netzwerktopologien einsetzen. Das PROFIsafe Protokoll ist gemäß Profisafe Profile for Safety Technologie Version 2.4 (PNO Order No. 3.192) ausgelegt. Die ausführliche Beschreibung der Integration in ein PROFINET-Netzwerk befindet sich im Handbuch NVT14588. PROFINET Eigenschaften - Real Time (RT) und Isochronous Real Time (IRT) - Gerätetausch ohne Wechselmedium oder Programmiergerät - Priorisierter Hochlauf (Fast Start Up) - Medienredundanz möglich - Firmwareupdate über Profinet TWK-ELEKTRONIK GmbH Bismarckstraße 108

Vibrationssensor NVT / S3Beschreibung Allgemein Der Vibrationssensor misst in einem Frequenzspektrum von 0,05 bis 60 Hz in zwei Achsen. Diese Achsen sind horizontal zur Montageplatte. Dieses Spektrum kann in maximal 6 Frequenzbereiche eingeteilt werden. Die Frequenzbereiche - also Frequenzunter- und -obergrenze - werden ab Werk eingestellt. Alle einwirkenden Beschleunigungswerte innerhalb der jeweiligen Frequenzfenster werden erfasst und als digitaler Wert über PROFIsafe über PROFINET ausgegeben. Die Messachse ist x und y (teilweise auch y und z genannt) oder die Vektorsumme V(x2+y2), gebildet...

Vibrationssensor NVT / S3 Filterkennlinien (beispielhaft) - Tschebyscheff Aufgetragen ist die Zeitverzögerung in Sekunden (y-Achse) über der angelegten Frequenz f (x-Achse). Die unterschiedlichen Diagramme gelten für unterschiedliche Frequenzobergrenzen fo eines Filters (fo wird werkseitig eingestellt → Durchlassverhalten eines Filters → Low-pass - High-pass - Band-pass). Grob kann berechnet werden: tV = ~1/(fo*2) + 16 msec. mit fo = Frequenzobergrenze (+16 ms wg. Vorfilterung) Filtereinstellung 0,1 Hz bis 1,5 Hz Filterkennlinien 0,05 - 5 Hz mit GAE, Vorfilter, Butterworth bis 5 Hz Gleichanteilentfernung...

Vibrationssensor NVT / S3 Filterkennlinien 0,05 - 5 Hz mit GAE, Vorfilter, Butterworth bis 5 Hz Gleichanteilentfernung (GAE) - Phase Vorfilter - Magnitude

Filterkennlinien 0,05 - 5 Hz mit GAE, Vorfilter, Butterworth bis 5 Hz Hauptfilter Butterworth 2. Ordnung - Magnitude Datum: 23.04.2019 Seite 5 von 12 Dokumenten Nr. NVT 14587 FD

Vibrationssensor NVT / S3 Filterkennlinien 0,05 - 5 Hz mit GAE, Vorfilter, Butterworth bis 5 Hz Hauptfilter Butterworth 2. Ordnung - Phase Frequenzanalyse über Fourier Transformation (FFT) In Vorbereitung ist die Ausgabe des Frequenzspektrums des Beschleunigungs-Messsignals über die PROFINET Schnittstelle. Dieses Spektrum wird über eine Fourieranalyse des Beschleunigungs-Momentanwertes errechnet "FFT". Diese Information kann für die Analyse der Blatt- und Turm-Schwingungen herangezogen werden. Zwei einfache Beispiele einer solchen FFT Analyse sind im Nachfolgenden dargestellt. Amplitude

Vibrationssensor NVT / S3Technische DatenEingangsdaten * Ausgangsdaten * * Aus Sicht der Steuerung ■ 2 Byte Statuswort ■ 2 Byte Steuerwort MEMS Beschleunigungssensor maximal 6 (Voreingestellt ab Werk) ± 2 g für jede Achse (Höhere Werte auf Anfrage) 120 bis 800 Hz, abhängig von der Einstellung des Frequenzbandes der Filter 4096 digit / g (9,81 m/s2 = 1 g) + 9 bis + 36 VDC < 3 W ca. 90 mA bei 24 VDC ~15° (bei >15° wird eine Fehlermeldung übermittelt: 0x1190) Siehe Zeichnung bezüglich Achsenlage und Vorzeichen der Beschleunigungsrichtung 3 x Stecker M12 oder 3 x Kabel (1 x Versorgung und 2 x PROFINET)...