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Signalanalyse von realen Datensätzen einer Pumpe

 

wwolf

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     Beitrag Verfasst am: 15.08.2017, 13:11     Titel: Signalanalyse von realen Datensätzen einer Pumpe
  Antworten mit Zitat      
Hallo,

ich arbeite gerade an einem Projekt um eine Filterverstopfung früh zu erkennen (predictive maintenance). Hierzu wurden zwei Beschleunigungsensoren angebracht (einen direkt an der Pumpe, welche das Wasser durch den Filter zieht, und einen am ersten Rohrwinkel nach der Pumpe. Die Pumpe ist nicht geregelt - läuft also immer konstant.
Ich bin jetzt schon einige Wochen dabei aus den Daten was brauchbares zu finden, wo man eventuell einen Trend erkennen könnte. Daher frage ich jetzt hier, ob jemand eventuell eine Idee hätte.

Ich habe es mit FFT versucht. Bei der FFT sind einige Frequenzen sehr auffällig aber ich kann keinerlei Trend oder mir erklärliche Veränderungen finden - wenn ich mal etwas denke gefunden zu haben, dann einen weiteren Datensatz zu Validierung hinzulade und dieser aber etwas komplett anderes zeigt. Sad
Ebenfalls habe ich es auch mit envelope und dann einer Flächeninhaltsberechnung versucht. In der Hoffnung, dass ich hier mehr Energie finde. Spectrogram hat auch nichts ersichtliches ergeben. Gleiches mit Wavelet - hier habe ich aber nur geschaut ob ich Raschen reduzieren oder eventuell einzelne Frequenzen isolieren kann.

Als kleine Info, nach einem Filterwechsel ist der Druck in den Rohren bei ca. 1,8 bar und kurz vor Ausfall bei 1,1-1,2 bar. Ich denke mal, dass es hier eine (messbare) Veränderung an der Pumpe geben müsste.

Anbei einige Datensätze (16000 Hz Abtastrate)

Vielen Lieben Dank im vorraus und ich hoffe auf einige Ideen

ps. mich stört an der fft auch einiges, so ist sehr viel Rauschen zu erkennen auch wenn ich mit Wavelet einige Koeffizienten anschaue, könnte man von sehr viel Rauschen ausgehen.

fft.PNG
 Beschreibung:
fft eines signals mit den auffälligen Frequenzen

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 Dateiname:  fft.PNG
 Dateigröße:  77.92 KB
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longtime_snipped.mat
 Beschreibung:
Datensammung einiger Tage - Zeitbereich von gutem Filter bis fast verstopft (1,6bar - 1,3 bar)

Download
 Dateiname:  longtime_snipped.mat
 Dateigröße:  21.24 MB
 Heruntergeladen:  25 mal


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     Beitrag Verfasst am: 15.08.2017, 14:46     Titel:
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Ist es vielleicht möglich am System etwas zu ändern, zum Beispiel direkt einen Drucksensor zu integrieren?
 
wwolf

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     Beitrag Verfasst am: 15.08.2017, 14:53     Titel:
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Anonymous hat Folgendes geschrieben:
Ist es vielleicht möglich am System etwas zu ändern, zum Beispiel direkt einen Drucksensor zu integrieren?


das würde gehen - zielt aber an der Frage bzw. Problemstellung vorbei. Wollen dass später auf andere Problemfälle anwenden.
 
Epfi
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     Beitrag Verfasst am: 18.08.2017, 20:09     Titel:
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Mit nem Beschleunigungssensor kannst Du zumindest Lagerschäden erkennen. Dazu am besten mal "Measuring Vibration" von Bruel & Kjaer lesen. Verstopfte Filter stelle ich mir schwer vor - welchem physikalischen Effekt würdest Du denn hier die Beschleunigung zuschreiben? Mir fällt spontan keiner ein...

Für verstopfte Filter würde ich mir eher mal den Strom angucken, den die Pumpe zieht. Der ist auch viel billiger zu messen. Durchaus denkbar, dass der bei zunehmender Verstopfung ansteigt.

Sonstiges: wenn Du das Spektrum in dB aufträgst, wird es etwas besser lesbar...
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wwolf

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     Beitrag Verfasst am: 22.08.2017, 07:38     Titel:
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danke für die Antwort.
Wir erhoffen uns, dass durch die zunehmende Verstopfung des Filters und der daraus sinkende Druck sich auf die Schwingung/Vibration der Pumpe auswirkt - da diese ja es schwerer hat gegen an zu kommen. --> was ja genau wie du schon meintest eventuell eine erhöhte Leistung (Stromaufnahme) zu Folge haben kann (obwohl die Pumpe nicht reguliert ist - nur an oder aus)

[EDITED, Jan, Bitte kein Quoting der gesamten vorherigen Nachricht - Danke!]
 
Epfi
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     Beitrag Verfasst am: 22.08.2017, 18:34     Titel:
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Wenn ihr ne ungeregelte Pumpe habt, könntet ihr mit Schwingungsaufnehmern evtl. eine Drehzahlminderung sehen, wenn der Filter verstopft ist. Aber auch nur, wenn sich die Drehzahl mit der Filterverstopfung ändert... Da wäre ein Drehgeber aber dann eher das Mittel der Wahl :-)
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wwolf

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     Beitrag Verfasst am: 23.08.2017, 07:42     Titel:
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Den Gedankengang hatte ich auch schon nur mit der Idee, dass sich eventuell die Phase verschiebt von einer der dominierenden Frequenzen (zb 147 Hz). Leider war das nicht so erfolgreich


[EDITED, Jan, Bitte kein quoting der gesamten vorherigen Nachricht - Danke!]
 
Epfi
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     Beitrag Verfasst am: 25.08.2017, 17:39     Titel:
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Wirklich sinnvoll und nachvollziehbar wird so eine Analyse eigentlich erst, wenn Du irgendwelche physikalischen Effekte hast, die Du mit Deiner Messung beobachten kannst. Wenn Du rein Datenbasiert rangehst und guckst, was sich in Deinem jetzigen Aufbau mit dem Verstopfungsgrad in einem halbwegs willkürlich gewählten Messsignal ändert, ist es gut möglich, dass es bei einem anderen Aufbau nicht mehr funktioniert. Oder wenn es draußen etwas kälter wird und die Flüssigkeit plötzlich eine andere Temperatur hat. Das kann die Strömungsverhältnisse und damit Deine Messungen ganz schön durcheinander bringen...

Von daher würde ich echt mal versuchen, die Frequenzen, die man dort sieht physikalisch zuzuordnen. Pumpendrehzahl, Anzahl der "Fächer" auf dem Pumpenrad mal Drehzahl, Lager-Frequenzen (Umlauffrequenzen der Wälzkörper, falls vorhanden -> Bruel & Kjaer), vielfache der Pumpendrehzahl, Schwingungen, die von der Rohrleitung ausgehen, Schwingungen die von benachbarten Anlagenteilen kommen usw... Wenn man das halbwegs aufgedröselt hat, kann man Beobachtungen viel besser zuordnen und abschätzen, ob das einfach nur Zufall oder ein echter Effekt ist.

Und wenn das Spektrum bei variabler Verstopfung identisch aussieht, dann muss wohl leider ein anderes Messverfahren her. Oder das Signal mal im Zeitbereich angucken, ob da irgendwas auffällt... z.B. wenn ihr Anlauf-oder Abschalt-Vorgänge im Prozess habt. Die könnte man dann auch wieder im Spektrum angucken und prüfen, ob sich da was brauchbares erkennen lässt.
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wwolf

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     Beitrag Verfasst am: 28.08.2017, 08:07     Titel:
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Vielen Lieben Dank für die ganzen Ideen,

diese Zuordnung habe ich schon vor längerer Zeit gemacht (so gut es mir möglich war). die Pumpe hat läuft mit 49 Hz und hat 14 Räder mit jeweils 6 "Fächern" --> laut Datenblatt. Laut meinen Messdaten kommt das in etwa hin.

Ich habe in einem Buch gelesen, dass man nur Frequenzen die zwei bis drei mal so hoch sind, wie die maximale Frequenz des zu beobachtbaren Objekts - was in diesem Fall eigentlich 49*6 sein müsste und dass dann im besten Fall verdreifacht: hier wären wir bei knapp 900Hz (882). Unsicher machen mich aber meine Beobachtungen/Messungen, denn in diesen sehe ich doch auch einige höherfrequente Anteile, welche ich nicht direkt ignorieren möchte.

Ich habe auch inzwischen mit maschinellem Lernen sehr gute Ergebnisse erzielt. Ich mache eine Bandmittelung von jeweils 5 Sekundenausschnitten der Aufnahmen. So habe ich Schlussendlich pro 5 Sekunden Signal 60 Werte und das (letzte) Modell hatte eine Genauigkeit von 98,5%. Ich habe das ganze in drei Klassen aufgeteilt: Klasse 3 (3 Tage vor Filterwelchsel bis Filterwechsel); Klasse 2 (7-3 Tage vor Filterwechsel); Klasse 1 alle anderen. Problem hier ist, dass der Filter letzte Woche gewechselt wurde und ich das Modell aus allen bisherigen Daten erstellt habe - demnach kann ich nur zufällige Segmente aus bestehenden Daten nehmen und neue Signale nur für die Klasse 1 um das ganze Modell zu validieren.

Ich gebe dir (Epfi) aber recht, dass man alles auch physikalisch zuordnen (können) sollte. Ebenfalls bin ich momentan dabei, die Messdaten eines zweiten Schwinungssensors mit ein zu beziehen, der darauf folgende Schritt wäre dann Daten, wie von Epfi erwähnt, zur Wassertemperatur und andere Größen hinzu zu fügen.

Falls du Epfi eventuell Zeit und lust hast, kann ich dir weitere Daten geben. Habe inzwischen einige Datensätze (mit bis zu 2,5Gb .mat Files) auf meinem Server.

Vielen Dank und Grüße

[EDITED, Jan, Bitte keibn Quotuing der gesamten vorherigen Nachricht - Danke!]
 
Jan S
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     Beitrag Verfasst am: 29.08.2017, 09:52     Titel:
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Hallo wwolf,

Ich habe nun 3 Nachrichten von Dir editiert. Bitte füge nicht die gesamte vorhergehende Nachricht als Zitat an, denn da halbiert die Informationsdichte im Forum. Die Nachricht ist doch sowieso direkt oben drüber bereiots vorhanden. Danke!

Das Zitieren der vorherigen Nachricht war bis vor etwa einem Jahr unüblich im Forum. Seit dem geschieht das aber leider deutlich häufiger.

Gruß, Jan
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