Frekvensomriktare har förmågan att fungera som givare och givarnav och att bearbeta, lagra och analysera data, vilket tillsammans med deras anslutningsmöjligheter gör dem till viktiga element i moderna automatiseringssystem och bygghanteringssystem. Integrerad tillståndsbaserad övervakningsfunktionalitet möjliggör nya sätt att utföra underhåll, såsom tillståndsbaserat underhåll.
Spela upp filmen
I och med övergången till det nuvarande årtusendet har vi bevittnat en djupgående teknikförändring, som har lett till ett helt nytt sätt att arbeta i en digital värld. Detta är den fjärde industriella revolutionen. Den första industriella revolutionen, som inträffade under 1700- och 1800-talet, var en mekanisk revolution, utlöst av ångmotorns uppfinnande. I slutet av 1800-talet och början av 1900-talet utvecklades den andra industriella revolutionen, med antagandet av massproduktion, elektrifiering och kommunikationsförändringar. Denna period kallas även den elektriska revolutionen. Senare under 1900-talet medförde den tredje industriella revolutionen framsteg inom halvledare, datoranvändning, automatisering och internet. Denna fas är även känd som den digitala revolutionen.
Den fjärde industriella revolutionen har uppstått som ett resultat av nätverkande datorer, människor och enheter drivna av data och maskininlärning. Även om termen ”Industry 4.0” är ganska vag, beskriver en möjlig definition av Industry 4.0 hur människor, enheter och system nätverkar intelligent genom att utnyttja alla digitaliseringsmöjligheter i hela värdekedjan.
Påverkan av Industry 4.0 på motorsystem och bygghanteringssystem är en migration från ”automatiseringspyramiden” till ”nätverkssystem”. Detta innebär att de olika elementen i systemet, såsom motorer, frekvensomriktare, givare och styrning, är sammankopplade och anslutna till ett moln – ett datacenter där data lagras, bearbetas och analyseras och beslut fattas.
I ett automatiseringsnätverk är mängden data framträdande. Eftersom data främst produceras av givare ökar antalet givare i moderna automatiseringssystem. Motorer och drivna maskiner såsom fläktar, pumpar och transportband är inte de mest uppenbara deltagarna i ett datanätverk. Givare krävs därför för att samla in data från dessa maskiner. Givarna är anslutna till datanätverket och använder olika medel för att utnyttja dessa data. Under introduktionen av ett avancerat tillståndsövervakningssystem ses extrakostnaderna för givare och anslutning ofta som en barriär.
Moderna frekvensomriktare med variabelt varvtal öppnar nya möjligheter i Industry 4.0-automatiseringsnätverket och i bygghanteringssystem. Traditionellt har frekvensomriktare betraktats som kraftprocessorer för styrning av motor-, fläkt-, transportbands- och/eller pumphastighet. Idag är frekvensomriktare även en del av informationskedjan och använder fördelen med inbyggd processorkraft, lagringskapacitet och kommunikationsgränssnitt i frekvensomriktaren.
I Industry 4.0-nätverket spelar frekvensomriktaren en viktig roll och kännetecknas av vissa möjliggörande funktioner:
Information från frekvensomriktaren kan identifieras enligt följande:
Signaturanalystekniker för motorström gör det möjligt för frekvensomriktaren att övervaka motor- och applikationstillstånd. Tekniken gör det potentiellt möjligt att eliminera fysiska givare eller extrahera tidiga felsignaturer som kanske inte hade varit möjliga att upptäcka annars. Användning av tekniken gör det till exempel möjligt att upptäcka kavitation och lindningsfel i förväg eller mekanisk belastningsexcentricitet.
Konceptet med frekvensomriktaren som ett givarnav innebär att man ansluter externa givare till frekvensomriktaren, vilket eliminerar behovet av en gateway för att ansluta den fysiska givaren till datanätverket. Vibrationsgivare, tryckgivare och temperaturgivare är exempel på givare som kan anslutas till frekvensomriktaren. Fördelen med konceptet är inte bara kostnadsmässig, utan möjliggör också korrelation mellan givardata och olika typer av data som finns i frekvensomriktaren. Ett uppenbart exempel är korrelationen mellan vibrationsnivån från en extern givare och motorvarvtalet, eftersom vibrationen är varvtalsberoende.
Följande är olika typer av underhållsstrategier:
Korrigerande och förebyggande underhåll är fel- (händelse) eller tidsbaserat. Därför utförs underhåll i händelse av fel (korrigerande) eller efter förinställda driftstimmar (förebyggande). Dessa typer av underhåll använder inte någon återkoppling från den faktiska applikationen.
Med introduktionen av Industry 4.0 och tillgängligheten av givardata är nu tillståndsbaserat och förebyggande underhåll möjligt. Sådana underhållsstrategier använder faktiska givardata för att bestämma driftutrustningens tillstånd (tillståndsbaserat underhåll) eller för att förutsäga framtida fel (förebyggande underhåll).
Tillståndsbaserat underhåll är den enklaste och mest intuitiva underhållstekniken, baserad på data från den faktiska applikationen. Erhållna data används för att övervaka driftutrustningens hälsa. För detta ändamål väljs nyckelparametrar ut som indikatorer för att identifiera fel som är på väg att utvecklas. Tillståndet för en utrustningsdel försämras vanligtvis över tid. Detta illustreras av P-f-kurvan som visar ett typiskt försämringsmönster. Funktionsfel uppstår när utrustningen inte utför den avsedda funktionen. Syftet med tillståndsbaserat underhåll är att upptäcka det potentiella felet innan ett faktiskt fel inträffar.
En väsentlig del av tillståndsbaserat underhåll involverar övervakning av utrustningens tillstånd. I applikationer med variabelt varvtal beror applikationens tillstånd ofta på varvtalet. Exempelvis tenderar vibrationsnivåerna att bli högre vid högre varvtal, även om detta förhållande inte är linjärt. I själva verket kan resonanser uppstå vid vissa varvtal och sedan försvinna när varvtalet ökas.
Att använda ett oberoende system för att övervaka tillståndet hos en applikation med variabelt varvtal kompliceras av behovet av att känna till varvtalet och det korrelerande övervakade värdet med varvtal. Att använda frekvensomriktare för tillståndsövervakning (”frekvensomriktare som en givare” eller ”frekvensomriktare som ett givarnav”) är en fördelaktig lösning, eftersom informationen om applikationsvarvtal redan finns i frekvensomriktaren. Dessutom finns information om belastning/motorvridmoment och acceleration lätt tillgänglig i frekvensomriktaren.
För ett effektivt tillståndsövervakningssystem är det första viktiga steget att bestämma och definiera de normala driftsförhållandena. Att etablera en baslinje innebär att definiera det normala driftsförhållandet för applikationen, vilket kallas baslinje. Det finns flera sätt att bestämma baslinjevärdena.
Manuell baslinje: När basvärdena definieras utifrån tidigare erfarenhet programmeras de kända värdena i frekvensomriktaren.
Baslinjekörning: Baslinjen kan bestämmas under driftsättning. Med den här metoden utförs ett varvtalssvep genom det relevanta varvtalsområdet som bestämmer tillståndet vid varje varvtalspunkt. I vissa scenarier under driftsättningär det dock möjligt att applikationen inte körs med full kapacitet eller att en inkörningsperiod krävs. I dessa situationer måste baslinjekörningen utföras efter inslitningsperioden för att fånga ett driftstillstånd som är så nära normal drift som möjligt.
Onlinebaslinje: Detta är en avancerad metod som fångar baslinjedata under normal drift. Detta är användbart i situationer där en baslinjekörning inte kan utföras, eftersom applikationen inte tillåter att hela varvtalsområdet utforskas.
När baslinjen har etablerats är nästa steg att generera tröskelvärden för varningar och larm. Tröskelvärdena indikerar det applikationstillstånd under vilket användaren måste meddelas. Det finns olika sätt att indikera utrustningstillståndet och ett av de mest populära i branschen är en trafikljusstatus med fyra färger som beskrivs i VDMA-specifikation 24582, Fieldbus neutral reference for condition monitoring in factory automation.
Färgerna betyder följande:
Följande metoder används för att definiera tröskelvärden:
Faktiska övervakade värden kan avläsas från frekvensomriktaren via LCP, fältbusskommunikation eller IoT-kommunikation. Dessutom kan digitala utgångar konfigureras för att reagera på specifika varningar och larm. Vissa frekvensomriktare har en inbyggd webbserver som också kan användas för att läsa av tillståndsstatusen.
Övervakning utförs med kontinuerlig jämförelse med tröskelvärdena. Under normal drift jämförs de faktiska värdena med tröskelvärdet. När de övervakade parametrarna överskrider ett tröskelvärde under en fördefinierad tid aktiveras en varning eller ett larm. Timern är konfigurerad att fungera som ett filter, så att korta transienter inte utlöser varningar och larm.
Idag är frekvensomriktare mer än bara enkla kraftprocessorer. Frekvensomriktare har förmågan att fungera som givare och givarnav och att bearbeta, lagra och analysera data, vilket tillsammans med deras anslutningsmöjligheter gör dem till viktiga element i moderna automatiseringssystem.
Frekvensomriktare finns ofta redan i automatiseringsinstallationer och utgör därför en fantastisk möjlighet att uppgradera till Industry 4.0.
Detta möjliggör nya sätt att utföra underhåll, såsom tillståndsbaserat underhåll. Funktionerna är redan tillgängliga i vissa frekvensomriktare och tidiga användare har redan börjat använda frekvensomriktaren som en givare,
Övervakning av motorprestanda med hjälp av tillståndsbaserad övervakning ger ett enkelt och kostnadseffektivt sätt att få maskindata för smarta underhållsbeslut.
Förebyggande underhåll har visat sig vara ett kraftfullt verktyg för att optimera en utrustnings prestanda, öka drifttiden och minska underhållskostnaderna.
Fjärrövervakning gör det möjligt för användare att få tillgång till realtidsdata, reagera tidigt för att undvika avbrott, optimera prestanda och fatta välgrundade beslut.
Utöver övervakning av statorlindningar och belastningsomfång inkluderar den tillståndbaserade övervakningsfunktion som är integrerad i Danfoss frekvensomriktare även vibrationsövervakning.
VLT® AutomationDrive FC 301/FC 302 är konstruerad för variabel varvtalsreglering av alla asynkron- och permanentmagnetmotorer. Den levereras i en standardversion (FC 301) och en avancerad högdynamisk version (FC 302) med ytterligare funktioner.
Den här tåliga och smarta FC 102-frekvensomriktaren förbättrar pump- och fläkttillämpningar i system för byggnadshanteringssystem och fungerar utomhus i de flesta klimat.
Kör och kontrollerar alla typer av pumpar och kommer utrustad med en Cascade controller.
FC 103 är dedikerade för styrning av kompressorer, pumpar och fläktar för att erbjuda avsevärda energibesparingar i kylanläggningar.
VACON® NXP DCGuard™ ger ett tillförlitligt skydd mot kortslutning av likströmsnät för fullständig selektivitet mellan olika likströmsnät. Dessutom säkerställs snabb frånkoppling vid eventuella fel.
Passar utmärkt i tillämpningar med fokus på god luftkvalitet och krav på effektiv värmeöverföring men där utrymmet är begränsat. Konfigurationerna Active Front-end (NXA), Non-regenerative Front-end (NXN), Brake Chopper (NXB) och Inverter (NXI) finns tillgängliga.
Maximerar energiavkastningen i hybridlösningar och bidrar till bättre prestanda genom att föra energisupport närmare förbrukningen.
Ger dig fördelarna med vätskekylning i system med gemensam DC-buss i krävande situationer. Konfigurationerna Active Front-end (NXA), Non-regenerative Front-end (NXN), Brake Chopper (NXB) och Inverter (NXI) finns tillgängliga.
Luft- och vätskekylda frekvensomriktare specifikt konstruerade för energilagring och marina energihanteringstillämpningar.
Tillståndsbaserad övervakning har växt fram ur Danfoss historia av att vara först med innovation. Danfoss frekvensomriktare skiljer sig från andra på marknaden genom intelligenta funktioner som är inbyggda i frekvensomriktaren för att minska behovet av externa komponenter.
Läs caset (på engelska)
DENMARK: Ett ledande globalt läkemedelsföretag sökte en intelligent HVAC-lösning som kunde minimera driftstopp genom realtidsövervakning och skräddarsydda omedelbara larm. Samtidigt skulle lösningen stödja företagets ambitiösa digitaliseringsstrategi. Lösningen: Danfoss VLT® HVAC Drive FC 102 med integrerad tillståndsbaserad övervakning.
NEDERLÄNDERNA: För att möta efterfrågan måste HEINEKENs produktionslinje köras utan problem, där alla anläggningar levererar en stabil, pålitlig och förstklassig prestanda. På bryggeriet i Den Bosch skapade det krävande arbetsmiljön flera utmaningar. Lösningen: en uppgradering med frekvensomriktare med integrerad tillståndsbaserad övervakning.