Tillståndsövervakning med intelligenta frekvensomriktare

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.

Följande är olika typer av underhållsstrategier:

• Korrigerande underhåll: Produkten byts ut efter ett fel.
• Förebyggande underhåll: Produkten byts ut före ett fel, även om inga meddelanden tas emot från produkten.
• Tillståndsbaserat underhåll: Produkten tillhandahåller en varning när den faktiska livslängden för produkten varierar från den förväntade livslängden och möjliga bakomliggande orsaker indikeras.
• Förebyggande underhåll: Produkten tillhandahåller en varning innan produkten uppnår de angivna driftstimmarna, i syfte att initiera serviceåtgärder.

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.

Fördelar med att planera underhållsåtgärder

• Driftstoppsminskning
• Eliminering av oväntade produktionsstopp
• Underhållsoptimering
• Minskning av reservdelslagrets storlek.

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.

Ta reda på mer i white paper och video om tillståndsbaserad övervakning

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,