Com a capacidade de atuar como sensores e centrais de sensores para processar, armazenar e analisar dados com recursos de conectividade, os conversores são elementos vitais nos sistemas de automação modernos e sistemas de gerenciamento predial (BMS). A funcionalidade integrada de monitoramento baseado em condições permite novas maneiras de realizar manutenção, como a manutenção baseada em condições.
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Na transição para o atual milênio, testemunhamos uma profunda mudança na tecnologia que levou a uma maneira totalmente nova de trabalhar no mundo digital. Esta é a quarta revolução industrial. A primeira revolução industrial, que ocorreu durante os séculos 18 e 19, foi uma revolução mecânica desencadeada pela invenção da máquina a vapor. No final do século 19 e início do século 20, a segunda revolução industrial aconteceu com a adoção da produção em massa, eletrificação e mudanças na comunicação. Esse período também é conhecido como Revolução Elétrica. Mais tarde no século 20, a terceira revolução industrial trouxe avanços em semicondutores, computação, automação e a internet. Essa fase também é conhecida como Revolução Digital.
A quarta revolução industrial surgiu como resultado da conexão em rede de computadores, pessoas e dispositivos alimentados por dados e aprendizado de máquinas. Embora o termo “Indústria 4.0” seja bastante vago, uma possível definição para ele descreve a rede inteligente de pessoas, dispositivos e sistemas utilizando todas as possibilidades de digitalização em toda a cadeia de valor.
O impacto da Indústria 4.0 nos sistemas de motores e sistemas de gerenciamento predial é uma migração da “pirâmide de automação” para “sistemas em rede”. Isso significa que os vários elementos do sistema, como motores, conversores, sensores e controles, são interconectados e conectados a uma nuvem - um centro onde os dados são armazenados, processados, analisados e as decisões são tomadas.
Em uma rede de automação, a quantidade de dados é importante. Como os dados são produzidos principalmente por sensores, o número destes está aumentando em sistemas de automação modernos. Motores e máquinas acionadas, como ventiladores, bombas e transportadores, não são os participantes mais óbvios de uma rede de dados. Portanto, os sensores são necessários para coletar dados dessas máquinas. Os sensores são conectados à rede de dados usando vários meios de uso dos dados. Na introdução de um sistema avançado de monitoramento de condições, o custo adicional de sensores e conectividade é frequentemente visto como uma barreira.
Os modernos conversores de velocidade variável abrem novas oportunidades na rede de automação da Indústria 4.0 e em sistemas de gerenciamento predial. Tradicionalmente, os conversores são considerados processadores de energia para controlar a velocidade do motor, do ventilador, do transportador e/ou da bomba. Hoje, os conversores também fazem parte da cadeia de informação, com a vantagem do poder de processamento integrado, capacidade de armazenamento e interface de comunicação dentro do conversor.
Na rede da Indústria 4.0, o conversor desempenha um papel importante e é caracterizado por alguns recursos facilitadores:
As informações do conversor podem ser identificadas da seguinte forma:
As técnicas de análise de assinatura de corrente do motor permitem que o conversor monitore a condição do motor e da aplicação. A técnica permite, potencialmente, eliminar sensores físicos ou extrair assinaturas de falha precoces que talvez não fosse possível detectar. Por exemplo, o uso da técnica permite detectar com antecedência falhas de cavitação e enrolamento ou excentricidade da carga mecânica.
O conceito de conversor como uma central de sensores implica conectar sensores externos ao conversor, eliminando assim a necessidade de um gateway para conectar o sensor físico à rede de dados. Sensores de vibração, de pressão e de temperatura são exemplos de sensores que podem ser conectados ao conversor. A vantagem do conceito não está relacionada apenas ao custo, mas também à possibilidade de correlacionar os dados dos sensores aos diferentes tipos de dados presentes no conversor. Um exemplo óbvio é a correlação do nível de vibração de um sensor externo com a velocidade do motor, já que a vibração depende da velocidade.
A seguir estão os diferentes tipos de estratégias de manutenção:
A manutenção corretiva e preventiva são baseadas em falha (evento) ou tempo. Portanto, a manutenção é realizada em caso de falha (corretiva) ou após horas de operação preestabelecidas (preventiva). Esses tipos de manutenção não usam qualquer informação da aplicação real.
Com a introdução da Indústria 4.0 e a disponibilidade de dados de sensores, a manutenção baseada em condições e a manutenção preditiva são possíveis agora. Essas estratégias de manutenção usam dados reais do sensor para determinar a condição do equipamento em serviço (manutenção baseada em condições) ou para prever falhas futuras (manutenção preditiva).
A manutenção baseada em condições é a técnica de manutenção mais fácil e intuitiva, baseada em dados da aplicação real. Os dados adquiridos são usados para monitorar a integridade do equipamento em serviço. Com esse propósito, são selecionados parâmetros-chave como indicadores para identificar falhas em desenvolvimento. A condição de um equipamento normalmente se degrada com o tempo. Isso é ilustrado pela curva P-f, que mostra um padrão de degradação típico. A falha funcional ocorre quando o equipamento não consegue executar a função pretendida. A ideia da manutenção baseada em condições é detectar a falha potencial antes que ocorra uma falha real.
Uma parte integrante da manutenção baseada em condições envolve o monitoramento da condição do equipamento. Em aplicações de velocidade variável, a condição da aplicação geralmente depende da velocidade. Por exemplo, os níveis de vibração tendem a aumentar em velocidades mais altas, embora essa relação não seja linear. De fato, podem ocorrer ressonâncias em determinadas velocidades, que depois desaparecem quando a velocidade é aumentada.
O uso de um sistema independente para monitorar a condição de uma aplicação de velocidade variável é complicado pela necessidade de se conhecer a velocidade e o valor monitorado, correlacionado a ela. O uso de conversores para monitoramento de condição (“conversor como sensor” ou “conversor como central de sensores”) é uma solução vantajosa,pois as informações sobre a velocidade da aplicação já estão presentes na unidade. Além disso, as informações sobre a carga/torque do motor e aceleração estão prontamente disponíveis no conversor.
Para um sistema de monitoramento de condição eficiente, o primeiro passo importante é determinar e definir as condições normais de operação. Estabelecer uma linha de base significa definir a condição operacional normal para a aplicação, que é chamada de linha de base. Há várias maneiras de determinar os valores da linha de base.
Linha de base manual: Quando os valores da linha de base são definidos usando experiência anterior, os valores conhecidos são programados no conversor.
Execução da linha de base: A linha de base pode ser determinada durante o comissionamento. Com o uso desse método, uma varredura de velocidade é realizada na faixa relevante, determinando a condição em cada ponto da velocidade. No entanto, em algumas situações durante o comissionamento,é possível que a aplicação não funcione com a capacidade total ou seja necessário um tempo de uso prévio. Nessas situações, a linha de base pode ser realizada após o tempo de uso prévio para conseguir um estado operacional o mais próximo possível das operações normais.
Linha de base online: Este é um método avançado que captura dados da linha de base durante a operação normal. Isso é útil em situações em que a execução da linha de base não pode ser realizada, porque a aplicação não permite explorar toda a faixa de velocidade.
Após estabelecer a linha de base, o próximo passo é gerar limites para avisos e alarmes. Os limites indicam a condição da aplicação durante a qual o usuário deve ser notificado. Há várias maneiras de indicar a condição do equipamento, e uma das mais populares no setor é o status do semáforo de quatro cores, descrito na especificação VDMA 24582 Referência de fieldbus neutro para monitoramento de condição em automação de fábrica.
As cores significam o seguinte:
Os seguintes métodos são usados para definir valores-limite:
Os valores monitorados reais podem ser lidos no conversor por meio do CLP, comunicação fieldbus ou comunicação IoT. Além disso, saídas digitais podem ser configuradas para reagir a avisos e alarmes específicos. Alguns conversores têm um servidor web integrado que também pode ser usado para ler o status da condição.
O monitoramento é realizado por comparação contínua com os limites. Durante a operação normal, os valores reais são comparados com o valor-limite. Quando os parâmetros monitorados excedem o limite de um tempo predefinido, é ativado um aviso ou alarme. O temporizador é configurado para atuar como filtro, de forma que transientes curtos não disparem avisos e alarmes.
Hoje em dia, os conversores são mais do que simples processadores de potência. Com a capacidade de atuar como sensores e centrais de sensores para processar, armazenar e analisar dados com recursos de conectividade, os conversores são elementos vitais nos sistemas de automação modernos.
Os conversores geralmente já estão presentes em instalações de automação e, portanto, representam uma grande oportunidade de atualização para a Indústria 4.0.
Isso permite novas maneiras de realizar manutenção, como a manutenção baseada em condições. As funções já estão disponíveis em alguns conversores, e os primeiros usuários já começaram a usar o conversor como sensor.
O monitoramento de desempenho do motor usando o monitoramento baseado em condições fornece uma maneira simples e econômica de obter dados da máquina para garantir decisões inteligentes de manutenção.
A manutenção preditiva surgiu como uma ferramenta poderosa para otimizar o desempenho do equipamento, aumentar o tempo de atividade e reduzir os custos de manutenção.
O monitoramento remoto permite que os usuários acessem dados em tempo real, reajam logo para evitar interrupções, otimizem o desempenho e tomem decisões informadas.
Além de monitoramento do enrolamento do estator e envelope de carga, a funcionalidade CBM integrada aos conversores Danfoss inclui monitoramento de vibração.
O monitoramento baseado em condições com conversores inteligentes da Danfoss inclui a funcionalidade de deragging para permitir um bombeamento confiável e sem problemas.
A CBM faz parte da história das inovações pioneiras da Danfoss. Os conversores de frequência da Danfoss se diferenciam dos demais no mercado pelas funções inteligentes integradas no conversor de frequência, o que reduz a necessidade de componentes externos.
Water and wastewater monitoring
ITÁLIA: No Grupo Rivoira, os variadores VLT® com monitoramento preditivo integrado ajudam a conservar a fruta perfeitamente, garantindo uma refrigeração totalmente confiável.
Manutenção preditiva eficiente para uma boa produção de frutas.
DINAMARCA: Uma empresa farmacêutica líder mundial estava decidida a encontrar uma solução inteligente para HVAC que evitasse o tempo de inatividade com monitoramento do sistema em tempo real e alarmes instantâneos personalizáveis. Além disso, a solução deveria se integrar na ambiciosa estratégia de digitalização da organização. A solução: Danfoss VLT® HVAC Drive FC 102 com monitoramento preditivo integrado.
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O VLT® O AutomationDrive FC 301 / FC 302 foi projetado para controle de velocidade variável de todos os motores assíncronos e motores de ímã permanente. Ele vem em uma versão padrão (FC 301) e uma versão avançada de dinâmica alta (FC 302) com funcionalidades adicionais.
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Adequado para aplicações onde a qualidade do ar é crítica, o espaço é limitado e é necessário a transferência de calor de forma eficiente.
Proporciona os benefícios da refrigeração a líquido de sistemas comuns de barramento CC em situações exigentes.
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Drives com tecnologia de front-end ativa em um gabinete compacto, com classificação IP54, ideal para aplicações de alta potência.
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O CBM surgiu de um histórico das primeiras inovações da Danfoss. Os conversores Danfoss se diferenciam dos demais no mercado pelas funções inteligentes incorporadas no conversor, para reduzir os componentes externos necessários.