Selbstdiagnose und Selbstoptimierung von Gaszählerprüfständen

Ziel des Projektes war die Entwicklung und Umsetzung von Verfahren, mit denen die Genauigkeit von Gasprüfständen auf Basis statistischer Ansätze gesteigert und mit denen in Kombination mit redundanter Ausrüstung eine Selbstdiagnose und Selbstkalibrierung durchgeführt werden kann.
Die Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft erstellte dazu statistische Simulationsmodelle und konzipierte auf Basis von Simulationsergebnissen die erforderlichen Verfahren. Die Firma Inotech setzte die Verfahren in der Prüfstand-Software um und bewertete zusammen mit der Hochschule die Ergebnisse.


Bei der Entwicklung von Toleranzmodellen wurden die Maßketten der Prüfstände analysiert und eine analytische Toleranzrechnung mit Fehlerfortpflanzung durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit statistischen Toleranzsimulationen für existierende Prüfstandstypen und experimentelle Ergebnisse verglichen. Bei der Rechnung wurde darauf geachtet, konform zu den PTB-Richtlinien zu arbeiten.
Zur Plausibilisierung der Messwerte wurde ein Verfahren erarbeitet, bei dem statt einzelnen Messwerten eine Signalfolge aus mehreren Messwerten aufgenommen und bewertet wird. Vor der weiteren Verarbeitung wird geprüft, ob bei den einzelnen Messergebnissen Ausreißer vorliegen und ob die Signalfolge einen Trend aufweist. Um pulsierende Luftmassenströme erkennen zu können, wird über eine Fast-Fourier-Transformation eine Schwingungsanalyse durchgeführt.

Zur Plausibilisierung des Messergebnisses wurde untersucht, welche Vergleichsnormale sinnvoll in den Prüfstand integriert werden können und wie gut sich die Prüfstandstoleranz dadurch überwachen lässt. Ein Vergleich unterschiedlicher Normale zeigte, dass Laminar-Flow-Elemente für einen Vergleich der Messwerte am besten geeignet sind. Es wurden Betriebspunkte ermittelt, die für eine Kontrolle der Messwerte am besten geeignet sind.

Die aufgeführten Maßnahmen wurden in einem Verfahren zusammengefasst, das als Diagnose-Handler bezeichnet wurde. Es bewertet die Funktionsfähigkeit und die Genauigkeit des Prüfstands auf drei unterschiedlichen Leveln:

Level 1 prüft, ob die Instrumente plausible Signale liefern. Dazu wurde ein Signal-Range-Check integriert, mit dem ein Drahtbruch oder ähnliches ausgeschlossen werden kann. Im Anschluss wird der Betrag des Messwertes überprüft, liegt dieser außerhalb vorher definierter Grenzen, wird der Messwert als fehlerhaft klassifiziert, die Prüfung abgebrochen und ein Fehlereintrag vorgenommen.

Im Level 2 werden mit Messreihen verschiedene Berechnungen und die aufgeführten Tests zur Plausibilisierung durchgeführt. Wird dieser Level erfolgreich absolviert, liegen unauffällige Messwerte vor.

Auf Level 3 werden Bilanzen aufgestellt und überprüft. Dazu werden innerhalb der Anlage verschiedene Werte miteinander verglichen und auf Abweichung untersucht:
• Temperaturabweichung zwischen den einzelnen Messstellen
• Differenzdrücke über den Messstellen bei abgeschalteter Anlage
• Gemessener und über Laminarflow-Elemente gemessener Durchfluss

Die Algorithmen für die unterschiedlichen Methoden wurden entwickelt, implementiert und getestet. Derzeit werden bei Inotech Applikationsrichtlinien entwickelt, die den Entwicklern erlauben, die richtigen statistischen Testverfahren auszuwählen und auf Basis von Messungen zu parametrisieren.

Der Diagnose-Handler wurde von Inotech an einem Versuchsprüfstand eingesetzt und untersucht. Die Ergebnisse und Folgerungen gingen in eine neue Prüfstandsgeneration ein, die derzeit entwickelt, aufgebaut und getestet wird.