Monitorowanie stanu za pomocą inteligentnych napędów

Na początku tego tysiąclecia byliśmy świadkami głębokiej zmiany w technologii, która zapoczątkowała zupełnie nowy sposób pracy w świecie cyfrowym. To czwarta rewolucja przemysłowa. Pierwsza rewolucja przemysłowa, która nastąpiła w XVIII i XIX wieku, była rewolucją mechaniczną zapoczątkowaną przez wynalezienie silnika parowego. Pod koniec XIX i na początku XX wieku rozwinęła się druga rewolucja przemysłowa w wyniku zaadaptowania masowej produkcji, elektryfikacji i zmian w komunikacji. Okres ten jest znany również jako rewolucja elektryczna. Pod koniec XX wieku nastąpiła trzecia rewolucja przemysłowa, która przyniosła korzyści z zastosowania półprzewodników, komputeryzacji i internetu. Okres ten jest znany również jako rewolucja cyfrowa.

Czwarta rewolucja przemysłowa nastała w wyniku połączenia komputerów, ludzi i urządzeń z siecią w celu umożliwienia wymiany danych i uczenia maszynowego. Chociaż termin „Przemysł 4.0” jest dość niejasny, jedna z definicji Przemysłu 4.0 opisuje inteligentną sieć ludzi, urządzeń i systemów wykorzystującą wszystkie możliwości cyfryzacji w całym łańcuchu wartości.

Wpływ Przemysłu 4.0 na systemy napędowe i systemy zarządzania budynkiem to migracja z „piramidy automatyzacji” do „systemów sieciowych”. Oznacza to, że różne elementy systemu, takie jak silniki, napędy, czujniki i elementy sterujące są połączone ze sobą oraz z chmurą – centrum danych, w którym dane są przechowywane, przetwarzane i analizowane oraz podejmowane są decyzje.

Sieć automatyki obejmuje ogromną ilość danych. Ponieważ dane pochodzą głównie z czujników, liczba czujników w nowoczesnych systemach automatyki nieustannie rośnie. Silniki i maszyny z napędem, takie jak wentylatory, pompy i przenośniki nie są najbardziej oczywistymi elementami sieci danych. Dlatego konieczne są czujniki, aby pozyskać dane z tych maszyn. Czujniki są połączone z siecią danych, która wykorzystuje zgromadzone dane na różne sposoby. Jednak przy wprowadzaniu systemu zaawansowanego monitorowania stanu dodatkowe koszty czujników i łączności są często postrzegane jako bariera.

Nowoczesne napędy o zmiennej prędkości otwierają nowe możliwości w sieciach automatyki Przemysłu 4.0 i systemach zarządzania budynkiem. Tradycyjnie napędy były uważane za procesory mocy przeznaczone do sterowania prędkością silnika, wentylatora, przenośnika i/lub pompy. Obecnie napędy są także częścią łańcucha informacji,który wykorzystuje zalety wbudowanej mocy obliczeniowej, pojemności pamięci masowej i interfejsu komunikacyjnego w napędzie.

Poniżej przedstawiono różne rodzaje strategii konserwacji:

• Konserwacja korekcyjna: produkt jest wymieniany po usterce.
• Konserwacja zapobiegawcza: produkt jest wymieniany przed wystąpieniem usterki, ale żadne powiadomienia nie są odbierane z produktu.
• Konserwacja zależna od stanu układu napędowego: produkt przesyła ostrzeżenie, gdy aktualny czas użytkowania produktu różni się od oczekiwanego czasu użytkowania i zidentyfikowano możliwe przyczyny źródłowe.
• Konserwacja predykcyjna: produkt przesyła ostrzeżenie zanim osiągnie zaplanowaną liczbę godzin pracy, aby zainicjować serwisowanie.

Konserwacja korygująca i zapobiegawcza są oparte na usterce (zdarzeniu) lub czasie. Z tego względu konserwacja jest wykonywana w razie usterki (korygująca) lub po upływie ustalonej liczby godzin pracy (zapobiegawcza). Te rodzaje konserwacji nie korzystają z żadnej informacji zwrotnej z rzeczywistej aplikacji.

Dzięki wprowadzeniu Przemysłu 4.0 i dostępności danych z czujników możliwa jest konserwacja zależna od stanu układu napędowego i konserwacja predykcyjna teraz jest możliwa. Takie strategie konserwacji wykorzystują bieżące dane z czujnika do określenia stanu sprzętu będącego w eksploatacji (konserwacja zależna od stanu układu napędowego) lub do przewidywania przyszłych usterek (konserwacja predykcyjna).

Konserwacja zależna od stanu układu napędowego to najłatwiejsza i najbardziej intuicyjna technika konserwacji w oparciu o dane z rzeczywistej aplikacji. Pozyskane dane są używane do monitorowania stanu sprzętu będącego w eksploatacji. Do tego celu wybierane są kluczowe parametry, które pełnią rolę wskaźników pozwalających identyfikować powstające usterki. Stan sprzętu na ogół degraduje się wraz z upływem czasu. Jest to zilustrowane na wykresie P-f, który pokazuje typowy wzorzec degradacji. Awaria funkcjonalna ma miejsce, gdy sprzęt nie jest w stanie wykonać funkcji, do której jest przeznaczony. Ideą konserwacji zależnej od stanu układu napędowego jest wykrywanie potencjalnej usterki zanim ona nastąpi.

Korzyści planowania działań konserwacyjnych

• Ograniczenie czasu przestojów
• Eliminacje nieoczekiwanych przestojów produkcji
• Optymalizacja konserwacji
• Zmniejszenie zapasów części zamiennych

Integralną częścią konserwacji zależnej od stanu układu napędowego jest monitoring stanu sprzętu. W aplikacjach o zmiennej prędkości stan aplikacji często zależy od prędkości. Na przykład poziomy wibracji są wyższe przy większych prędkościach, jednak ta zależność nie jest liniowa. Co więcej, przy pewnych prędkościach mogą wystąpić drgania rezonansowe, które zanikają po zwiększeniu prędkości.

Użycie niezależnego systemu do monitorowana stanu aplikacji o zmiennej prędkości jest skomplikowane, ponieważ wymaga znajomości prędkości i zestawienia wartości monitorowanej z prędkością. Stosowanie napędów do monitorowania stanu („napęd jako czujnik” lub „napęd jako koncentrator czujników”) to korzystne rozwiązanie, ponieważ informacje o prędkości aplikacji są już zawarte w napędzie. Dodatkowo w napędzie są już dostępne informacje dotyczące obciążenia/momentu obrotowego silnika oraz przyspieszenia.

Dowiedz się więcej, zapoznając się z raportem i filmem o monitorowaniu stanu układu napędowego

Obecnie napędy są więcej niż tylko prostym procesorem mocy. Dzięki możliwości pracy w roli czujników i koncentratorów czujników w celu przetwarzania, magazynowania i analizowania danych oraz możliwości komunikacji napędy są kluczowym elementem nowoczesnych systemów automatyki.

Napędy często są już obecne w instalacjach automatyki i z tego powodu stanowią doskonałą możliwość modernizacji do Przemysłu 4.0.

Pozwala to na nowe sposoby realizowania konserwacji, takie jak konserwacja zależna od stanu układu napędowego. Funkcje te są już dostępne w niektórych napędach a pierwsi użytkownicy zaczęli już używać napędu w charakterze czujnika.