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Energiemonitor findet Fehler, bevor sie auftreten

Ein neues von Forschern des MIT entwickeltes System kann das Verhalten aller elektrischen Geräte in einem Gebäude, Schiff oder einer Fabrik überwachen und feststellen, welche Geräte zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet werden und ob sie Anzeichen eines drohenden Ausfalls aufweisen.

Als das System auf einem Schiff der 'Coast Guard' getestet wurde, lokalisierte das neue System einen Motor mit ausgebrannter Verkabelung, der zu einem schweren Brand an Bord hätte führen können.

Der neue Sensor, dessen Messwerte auf einem einfach zu bedienenden Grafikdisplay namens NILM (Non-intrusive Load Monitoring) angezeigt werden, wurde in "IEEE Transactions on Industrial Informatics" mit einem Beitrag von Professor Steven Leeb, dem diplomierten Andre Aboulian und sieben weiteren Wissenschaftlern am MIT, der U.S. Coast Guard und der U.S. Naval Academy beschrieben.

Das System verwendet einen Sensor, der einfach an einem einzigen Punkt an der Außenseite einer elektrischen Leitung angebracht wird, ohne dass Drähte geschnitten oder gespleißt werden müssen.

Von diesem einzigen Punkt aus kann das System den Stromfluss im benachbarten Draht erfassen und die markanten "Signaturen" jedes Motors, jeder Pumpe oder jedes Geräts im Stromkreis erkennen, indem es winzige, einzigartige Schwankungen von Spannung und Strom analysiert, sobald ein Gerät ein- oder ausgeschaltet wird.

Das System kann auch dazu verwendet werden, einen Energieverbrauch zu überwachen, mögliche Effizienzverbesserungen zu identifizieren und feststellen, wann und wo Geräte im Einsatz sind oder sich im Leerlauf befinden.

Die Technologie eignet sich besonders gut für relativ kleine, geschlossene elektrische Systeme, wie sie beispielsweise für ein kleines Schiff, Gebäude oder eine Fabrik mit einer begrenzten Anzahl von zu überwachenden Geräten eingesetzt werden. In einer Reihe von Tests auf einem Schiff der Küstenwache in Boston lieferte das System letztes Jahr eine dramatische Demonstration.

Etwa 20 verschiedene Motoren und Geräte wurden von einem einzigen "Dashboard", das mit zwei verschiedenen Sensoren verbunden war, auf dem Schiff 'USCGC Spencer' überwacht.

Die Sensoren, die in diesem Fall fest verdrahtet waren, zeigten, dass ein wichtiger Teil der Dieselmotoren des Schiffes, ein sogenannter Mantel-Wassererhitzer, eine ungewöhnlich hohe Energiemenge aufnahm.

An diesem Punkt, so Leeb, waren die Besatzungsmitglieder zwar skeptisch gegenüber diesen Informationen, überprüften aber trotzdem den Sachverhalt.

Die Heizgeräte befinden sich unter schützenden Metallabdeckungen, aber sobald die Abdeckung von der verdächtigen Vorrichtung entfernt wurde, strömte Rauch aus, und starke Korrosion und beschädigte Isolierungen wurden deutlich sichtbar.

"Das Schiff ist kompliziert", sagte Leeb. "Es wird tadellos geführt und gepflegt, aber niemand wird alles erkennen können."

Oberstleutnant Nicholas Galanti, technischer Offizier des Schiffes, sagte: "Die Vorwarnung von NILM ermöglichte es Spencer, diese Heizgeräte während der Wartungszeit im Hafen mit einem voll einsatzfähigen Mantelwassersystem zu ersetzen. Darüber hinaus erkannte NILM eine ernsthafte Schockgefahr und hat somit möglicherweise einen Brand der Klasse Charlie[elektrisch] in unserem Maschinenraum verhindert."

Das System ist so konzipiert, dass es einfach zu bedienen ist und wenig Einarbeitung erfordert. Das Computer-Bedienfeld verfügt über Einstellungen für jedes zu überwachende Gerät - mit Anzeigen, die bei normalem Zustand in der grünen Zone bleiben, aber in die gelbe oder rote Zone schwenken, wenn ein Problem erkannt wird.

Das Erkennen von Anomalien, bevor sie zu ernsthaften Gefahren werden, ist die Hauptaufgabe des Systems, aber Leeb wies darauf hin, dass es auch andere nützliche Funktionen erfüllen kann.

Durch die ständige Überwachung, welche Geräte zu welchen Zeiten aktiv sind, könnte das System Energieaudits ermöglichen, also Geräte finden, die unnötig eingeschaltet wurden, oder weniger effiziente Motoren ausfindig machen, die mehr Strom verbrauchen als vergleichbare Modelle.

Es könnte auch dazu beitragen, dass die ordnungsgemäßen Wartungs- und Inspektionsverfahren eingehalten werden, indem es zeigt, ob ein Gerät wie geplant für eine bestimmte Prüfung aktiviert wurde oder nicht.

"Es ist ein dreibeiniger Hocker", sagte Leeb. Das System kann Energieverbrauch dokumentieren, Aktivitäten aufzeichnen und situationsorientiertes Monitoring" bieten.

Aber es ist diese letzte Fähigkeit, die entscheidend sein könnte, "besonders für Menschen mit unternehmenskritischen Systemen", sagte er.

Neben der Küstenwache und der Marine, sagte er, gehören auch Unternehmen wie Öl- oder Chemieproduzenten zu den möglichen Interessenten, die Fabriken und Feldstandorte mit brennbaren und gefährlichen Stoffen überwachen müssen und daher große Sicherheitsmargen in ihren Betrieben benötigen.

Ein wichtiges Merkmal des Systems, das sowohl für militärische als auch für industrielle Anwendungen attraktiv ist, sagte Leeb, ist, dass alle Berechnungen und Analysen lokal, innerhalb des Systems selbst, durchgeführt werden können und überhaupt keine Internetverbindung erfordern, sodass das System physisch und elektronisch isoliert werden kann und somit sehr widerstandsfähig gegen Manipulationen oder Datendiebstahl von außen ist.

Obwohl das Team zu Testzwecken sowohl eine festverdrahtete als auch eine berührungslose Version des Überwachungssystems installiert hatte - beide Typen wurden in verschiedenen Schiffsbereichen installiert - haben die Tests gezeigt, dass die berührungslose Version wahrscheinlich ausreichende Informationen liefern könnte, was den Installationsprozess wesentlich vereinfacht.

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