Koska taajuusmuuttajat pystyvät toimimaan antureina ja anturikeskuksina, käsittelemään, tallentamaan ja analysoimaan tietoja sekä toimimaan yhteysväylinä, ne ovat elintärkeitä elementtejä nykyaikaisissa automaatiojärjestelmissä ja talotekniikan hallintajärjestelmissä (BMS). Integroitu kunnonvalvontatoiminto mahdollistaa huollon toteuttamisen uusilla tavoilla.
Toista video
Kuluvalle vuosituhannelle siirtyminen on tuonut mukanaan syvällisen teknologisen muutoksen, joka on johtanut täysin uuteen työskentelytapaan digitaalisessa maailmassa. Kyse on neljännestä teollisesta vallankumouksesta. Ensimmäinen teollinen vallankumous, joka ajoittui 1700- ja 1800-luvuille, oli höyrymoottorin keksimisen laukaisema mekaaninen vallankumous. 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alkupuolella toinen teollinen vallankumous toi mukanaan massatuotannon, sähköistymisen ja viestintätapojen muutokset. Tätä ajanjaksoa kutsutaan myös sähköiseksi vallankumoukseksi. Myöhemmin 1900-luvulla kolmas teollinen vallankumous toi mukanaan puolijohteisiin, tietotekniikkaan, automaatioon ja internetiin liittyviä edistysaskelia. Tätä vaihetta kutsutaan myös digitaaliseksi vallankumoukseksi.
Neljäs teollinen vallankumous on syntynyt tietokoneiden, ihmisten ja laitteiden verkottumisen seurauksena, ja sitä ovat vahvistaneet data ja koneoppiminen. Vaikka nimi "Teollisuus 4.0" on melko epämääräinen, Teollisuus 4.0:n mahdollinen määritelmä kuvaa ihmisten, laitteiden ja järjestelmien älykästä linkittymistä toisiinsa hyödyntämällä kaikkia digitalisaation mahdollisuuksia koko arvoketjussa.
Teollisuus 4.0:n vaikutus moottorijärjestelmiin ja talotekniikan hallintajärjestelmiin tarkoittaa siirtymistä "automaatiopyramidista" "verkottuneisiin järjestelmiin". Tämä tarkoittaa, että järjestelmän eri osat, kuten moottorit, taajuusmuuttajat, anturit ja ohjaimet, on yhdistetty toisiinsa ja pilveen – datakeskukseen, jossa tietoja tallennetaan, käsitellään ja analysoidaan ja jossa päätökset tehdään.
Automaatioverkossa datan määrä on merkittävä. Koska dataa tuottavat pääasiassa anturit, nykyaikaisissa automaatiojärjestelmissä antureita on yhä enemmän. Moottorit ja käytettävät koneet, kuten puhaltimet, pumput ja kuljettimet, eivät ole tietoverkon ilmeisimpiä osapuolia. Siksi antureita tarvitaan tietojen keräämiseen näiltä koneilta. Anturit liitetään tietoverkkoon eri tavoin tietojen hyödyntämiseksi. Kehittyneen kunnonvalvontajärjestelmän käyttöönoton aikana anturien ja liitettävyyden tuomat lisäkustannukset nähdään usein esteenä.
Nykyaikaiset muuttuvanopeuksiset taajuusmuuttajat tuovat uusia mahdollisuuksia Teollisuus 4.0 -automaatioverkossa ja talotekniikan hallintajärjestelmissä. Taajuusmuuttajia on perinteisesti pidetty tehoprosessoreina, joilla ohjataan moottorin, puhaltimen, kuljettimen ja/tai pumpun nopeutta. Nykyisin taajuusmuuttajat ovat myös osa tietoketjua, jossa hyödynnetään taajuusmuuttajan sisäistä prosessointitehoa, tallennuskapasiteettia ja tiedonsiirtoliitäntää.
Teollisuus 4.0 -verkossa taajuusmuuttajalla on tärkeä rooli, jolle ovat luonteenomaisia seuraavat ominaisuudet:
Taajuusmuuttajan tiedot voidaan tunnistaa seuraavasti:
Moottorin virran analysointitekniikoiden avulla taajuusmuuttaja voi valvoa moottorin ja sovelluksen kuntoa. Tekniikan avulla voidaan mahdollisesti eliminoida fyysisiä antureita tai poimia varhaisia vikasignaaleja, joita ei ehkä olisi voitu havaita. Tekniikan käyttö mahdollistaa esimerkiksi kavitaation ja käämityksen vikojen tai mekaanisen kuorman epäkeskisyyden havaitsemisen etukäteen.
Konsepti taajuusmuuttajasta anturikeskuksena tarkoittaa ulkoisten anturien kytkemistä taajuusmuuttajaan, jolloin fyysisen anturin liittämiseen tietoverkkoon ei tarvita yhdyskäytävää. Tärinäanturit, paineanturit ja lämpötila-anturit ovat esimerkkejä antureista, jotka voidaan kytkeä taajuusmuuttajaan. Konseptin hyödyt eivät liity ainoastaan kustannuksiin, vaan myös siihen, että se mahdollistaa anturitietojen korreloinnin taajuusmuuttajassa olevien erityyppisten tietojen kanssa. Ilmeinen esimerkki on se, miten ulkoisen anturin tärinätaso korreloi moottorin nopeuden kanssa, sillä tärinä riippuu nopeudesta.
Seuraavassa esitellään erilaisia huoltostrategioita:
Korjaava ja ennaltaehkäisevä huolto perustuu vikaan (tapahtumaan) tai aikaan. Huolto suoritetaan, kun esiintyy vikoja (korjaava), tai ennalta määritettyjen käyttötuntien jälkeen (ennaltaehkäisevä). Tällaiset huollot eivät hyödynnä varsinaisesta sovelluksesta saatua palautetta.
Teollisuus 4.0:n käyttöönoton ja anturitietojen saatavuuden myötä kunnossapito ja ennakoiva huolto on nyt mahdollista. Tällaiset huoltostrategiat hyödyntävät todellisia anturitietoja käytössä olevien laitteiden kunnon määrittämiseen (kunnossapito) tai tulevien vikojen ennustamiseen (ennakoiva huolto).
Kunnossapito on helpoin ja intuitiivisin huoltotekniikka, joka perustuu todellisen sovelluksen tietoihin. Kerätyillä tiedoilla seurataan käytössä olevien laitteiden kuntoa. Tätä tarkoitusta varten tärkeimmät parametrit valitaan indikaattoreiksi kehittyvien vikojen tunnistamiseksi. Laitteiston kunto heikkenee tyypillisesti ajan myötä. Tätä havainnollistaa P-f-käyrä, joka kuvaa kunnon heikkenemisen tyypillistä kaavaa. Toiminnallinen vika ilmenee, kun laite ei pysty suorittamaan tarkoitettua toimintoa. Kunnossapidon tarkoituksena on havaita potentiaalinen vika ennen sen ilmenemistä.
Kunnossapitoon kuuluu olennaisena osana laitteiden kunnonvalvonta. Portaattoman nopeudensäädön sovelluksissa sovelluksen tila riippuu usein nopeudesta. Esimerkiksi tärinätasot kasvavat yleensä suuremmilla nopeuksilla, vaikka tämä suhde ei olekaan lineaarinen. Tietyillä nopeuksilla voi esiintyä resonanssia, joka häviää nopeuden kasvaessa.
Erillisen järjestelmän käyttäminen portaattoman nopeudensäädön sovelluksen tilan valvontaan on monimutkaista, koska nopeus ja nopeuden kanssa korreloiva valvottava arvo on oltava tiedossa. Taajuusmuuttajien käyttö kunnonvalvontaan ("taajuusmuuttaja anturina" tai "taajuusmuuttaja anturikeskuksena") on hyödyllinen ratkaisu, koska sovellusnopeuden tiedot ovat jo saatavilla taajuusmuuttajassa. Lisäksi taajuusmuuttajassa on helposti saatavilla tietoja kuormasta/moottorin momentista ja kiihdytyksestä.
Tehokkaan kunnonvalvontajärjestelmän ensimmäinen tärkeä vaihe on normaalien käyttöolosuhteiden määrittäminen. Lähtötason määrittäminen tarkoittaa sovelluksen normaalien käyttöolosuhteiden määrittämistä. Lähtötason arvot voidaan määrittää useilla eri tavoilla.
Manuaalinen lähtötaso: Kun lähtötason arvot määritetään aiemman kokemuksen perusteella, tiedossa olevat arvot ohjelmoidaan taajuusmuuttajaan.
Lähtötason käyttö: Lähtötaso voidaan määrittää käyttöönoton aikana. Tällä menetelmällä suoritetaan nopeustesti kyseisen nopeusalueen läpi, jotta voidaan määrittää kunkin nopeuspisteen tila. Tietyissä tilanteissa käyttöönoton aikana on kuitenkin mahdollista, että sovellus ei käy täydellä kapasiteetilla tai käyttöönottoaikaa tarvitaan. Näissä tilanteissa lähtötason käyttö on toteutettava käyttöönottojakson jälkeen, jotta saadaan tallennettua mahdollisimman lähellä normaalia toimintaa oleva käyttötila.
Online-lähtötaso: Tämä on edistynyt menetelmä, joka tallentaa lähtötason tiedot normaalin toiminnan aikana. Tämä on hyödyllistä tilanteissa, joissa lähtötason käyttöä ei voida suorittaa, koska sovellus ei salli koko nopeusalueen testaamista.
Lähtötason määrittämisen jälkeen seuraava vaihe on luoda varoitusten ja hälytysten raja-arvot. Raja-arvot ilmaisevat sovelluksen sellaisen tilan, josta on ilmoitettava käyttäjälle. Laitteiston kunnon määrittämiseen on useita tapoja, ja alalla yksi suosituimmista on nelivärinen liikennevalotila, joka on kuvattu VDMA-määrityksessä 24582 Kenttäväylän neutraali viite tehdasautomaation kunnonvalvontaan.
Värit tarkoittavat seuraavaa:
Raja-arvojen määrittämiseen käytetään seuraavia menetelmiä:
Todelliset valvottavat arvot voidaan lukea taajuusmuuttajasta LCP:n, kenttäväylän tai IoT-tiedonsiirron kautta. Lisäksi digitaalilähdöt voidaan konfiguroida reagoimaan tiettyihin varoituksiin ja hälytyksiin. Joissakin taajuusmuuttajissa on sisäänrakennettu verkkopalvelin, jota voidaan myös käyttää tilan lukemiseen.
Valvonta tehdään vertaamalla toimintaa jatkuvasti raja-arvoihin. Normaalissa toiminnassa todellisia arvoja verrataan raja-arvoon. Kun valvotut parametrit ylittävät raja-arvon ennalta määritetyn ajan, varoitus tai hälytys aktivoituu. Ajastin on määritetty toimimaan suodattimena, jotta lyhyet transientit eivät laukaise varoituksia ja hälytyksiä.
Nykyisin taajuusmuuttajat ovat muutakin kuin pelkkiä tehoprosessoreita. Koska taajuusmuuttajat pystyvät toimimaan antureina ja anturikeskuksina, käsittelemään, tallentamaan ja analysoimaan tietoja sekä toimimaan yhteysväylinä, ne ovat nykyisten automaatiojärjestelmien keskeisiä elementtejä.
Taajuusmuuttajat ovat usein jo valmiina automaatioasennuksissa, joten ne tarjoavat erinomaisen mahdollisuuden päivittää Teollisuus 4.0:aan.
Tämä luo uudenlaisia mahdollisuuksia huollon toteuttamiseen, kuten laitteen kunnossapito. Toiminnot ovat jo käytettävissä joissakin taajuusmuuttajissa, ja edelläkävijät ovat jo alkaneet käyttää taajuusmuuttajaa anturina.
Moottorin suorituskyvyn valvontakunnonvalvontaa käyttäen on yksinkertainen ja kustannustehokas tapa saada konetta koskevaa tietoa älykkäitä huoltopäätöksiä varten.
Ennakoiva huolto on kehittynyt tehokkaaksi työkaluksi laitteiden suorituskyvyn optimointiin, käyttöajan lisäämiseen ja huoltokustannusten pienentämiseen.
Etävalvonnan avulla käyttäjät voivat tarkastella reaaliaikaisia tietoja, reagoida ajoissa keskeytysten välttämiseksi, optimoida suorituskyvyn ja tehdä tietoon perustuvia päätöksiä.
Danfossin taajuusmuuttajiin integroitu kunnonvalvontatoiminnallisuus sisältää staattorin käämityksen valvonnan ja kuormitusalueen lisäksi tärinänvalvonnan.
Tämä kestävä ja nokkela FC102-taajuusmuuttaja parantaa pumppu- ja tuuletinsovelluksia rakennusten hallintajärjestelmissä ja toimii ulkona useimmissa ilmastoissa.
VLT® AutomationDrive FC 301 / FC 302 on suunniteltu säätämään kaikkien asynkronisten moottorien ja kestomagneettimoottorien muuttuvaa nopeutta. Se on saatavana vakioversiona (FC 301) tai vaativampiin sovelluksiin kehitettynä ja lisäominaisuuksilla varustettuna versiona (FC 302).
FC 103 on suunniteltu erityisesti kompressoreiden, pumppujen ja puhaltimien ohjaukseen ja säästämään energiaa kohteissa, joissa tarvitaan jäähdytystä.
VLT® AQUA Drive FC 202 ohjaa ja säätää kaikenlaisia pumppuja ja sisältää kaskadiohjaimen.
Määritelty ja koottu vastaamaan tarpeitasi, tarvitset sitten ohjausta yhdelle tai useammalle moottorille.
Mahdollistaa järjestelmäintegroijille, koneenrakentajille ja OEM-valmistajille tehokkaiden teollisten taajuusmuuttajajärjestelmien suunnittelemisen ja rakentamisen. Active Front-end- (NXA), Non-regenerative Front-end- (NXN), Brake Chopper- (NXB) Inverter-kokoonpanot (NXI) ovat käytettävissä.
VACON® NXP DCGuard™ toimii luotettavana tasavirtaverkon oikosulkusuojana tarjoten täyden selektiivisyyden tasavirtasähköverkkojen välillä ja varmistaa nopean irtikytkennän vikatilanteessa.
Ilma- ja nestejäähdytteisiä taajuusmuuttajia, jotka on suunniteltu erityisesti energian talteenottoon ja meriteollisuuden energianhallintasovelluksiin.
Maksimoi energian tuoton hybridiratkaisuissa ja auttaa parantamaan suorituskykyä tuomalla energiatuen lähelle kulutusta.
Kunnonvalvonta on syntynyt Danfossin innovoimista edelläkävijätuotteista. Danfossin taajuusmuuttajat erottuvat muista markkinoilla olevista taajuusmuuttajista älykkäillä toiminnoillaan, jotka on integroitu taajuusmuuttajaan ja jotka vähentävät tarvittavia ulkoisia komponentteja.
ITALIA: Rivoira Groupilla VLT®-ajurit, joissa on sisäänrakennettu tilanvalvonta, auttavat pitämään hedelmät täydellisinä varmistamalla äärimmäisen luotettavan jäähdytyksen.
Lue tapaustutkimus
TANSKA: Johtava globaali lääkealan yritys etsi älykästä HVAC-ratkaisua, joka voisi minimoida seisokkiajat reaaliaikaisen valvonnan ja räätälöityjen välitönten hälytysten avulla. Samalla ratkaisun tuli tukea yrityksen kunnianhimoista digitalisaatiostrategiaa. Ratkaisu: Danfoss VLT® HVAC Drive FC 102, jossa on integroitu tilanvalvonta.
HOLLANTI: Vastatakseen kysyntään HEINEKENin tuotantolinjan on toimittava moitteettomasti, ja kaikkien laitteiden on tarjottava vakaata, luotettavaa ja huippuluokan suorituskykyä. Den Boschin panimossa vaativa työympäristö aiheutti useita haasteita. Ratkaisu: päivitys taajuusmuuttajilla, joissa on integroitu tilanvalvonta.