moneo: IIoT platform
Use cases

Tilstandsovervågning af en ventilator baseret på strømforbrug

Det centrale udsugningssystem i en produktionshal har flere ventilatorer. Ventilatorens effekt er afgørende for udsugningsprocessens kvalitet i hele produktionshallen.

Et udsugningsluftsystem kræves til forskellige produktionsprocesser. Det anvendes til udsugning af loddedampe og dampe fra lasermarkøren og for at sikre maskinens tilgængelighed, og dermed at hele produktionsprocessen kan fungere efter hensigten. Behovsbaseret vedligeholdelse er derfor afgørende.

For at realisere dette bliver alle tre fasers strømværdier detekteret på en af ventilatorerne ud over den allerede integrerede vibrationsovervågning. Målingen af faseforskellen giver yderligere information om ventilatormotorens tilstand.

Oprindelig situation

En kompressorfejl i dette anlæg har vidtrækkende konsekvenser:

Maskin nedetider, fordi spildvarmen ikke bortledes tilstrækkeligt
Omkostninger på grund af produktionstab
Muligvis høje reparationsomkostninger
Sundhedsrisici for produktionspersonalet, fordi loddedampe ikke udsuges
Kvalitetsproblemer med lasermærkningen, fordi fint støv ikke udsuges tilstrækkeligt

I værste fald medfører dette et fuldstændigt svigt i hele produktionsområdet.

Overvågningen af ventilatorens vibration og dens data, der sendes til moneo, giver information til at detektere en mulig skade.

Men yderligere data om ventilatorens og opstrøms-frekvensomformerens elektriske tilstand er nødvendige til en omfattende vurdering.

Projektets formål

Udvidet tilstandsovervågning af ventilatoren ved at måle faseforskellen

Formålet er at sikre ventilatorens funktion ved at overvåge:

motorviklingerne
de roterende komponenters frie bevægelse
elektronikken i frekvensomformeren

Implementering

moneo|RTM er installeret centralt på en server. IO-Link-masterne er forbundet til serveren via et internt VLAN.

ifm har et bredt udvalg af automatiseringskomponenter. Der blev valgt tre ZJF055-strømomformere og AL2605 IO-Link input/output-moduler til denne anvendelse.

Strømomformerne anvendes til alle forsyningsledninger til de tre AC-faser U/V/W mellem frekvensomformeren og ventilatorens tilslutningsklemmer. Omformernes målte værdier angives som 4...20 mA analoge signaler på signaludgangene. Disse værdier konverteres fra 4...20 mA- til IO-Link-signaler via AL2605.

Dataene gøres tilgængelige for moneo|RTM via en IO-Link-master i AL1352-serien.

Værdierne for de tre forsyningsledninger U/V/W's strømforbrug skal måles ved hjælp af tre strømomformere.

For at opnå brugbare procesværdier skal strømomformerens målte værdi konverteres til omformerens aktuelle strømværdi (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A). Dette gøres i moneo RTM via funktionen "Beregnede værdier".

Følgende elektriske og mekaniske skadesbilleder kan detekteres:

Kortslutninger på motorviklingen
Roterende komponenters træghed
Fejl i frekvensomformeren

De fastsatte strømværdier anvendes til at

beregne forskellen mellem de tre faser
bestemme alle tre fasers middelstrøm
sammenligne værdierne med hinanden

Resultat

Procesoptimering fra tidsbaseret til tilstandsbaseret vedligeholdelse

Takket være omfattende dataregistrering kan overhængende fejl detekteres på et tidligt tidspunkt. Vedligeholdelsesarbejde kan dermed planlægges og udføres efter behov. Dette tilføjer en afgørende faktor til hele anlæggets processikkerhed.

Strømværdier giver mulighed for at drage konklusioner om mulige kortslutninger på motorviklingen, roterende komponenters træghed og fejl i frekvensomformeren.

System topologi

Strømomformer
IO-Link input/output-modul (f.eks. AL2605)
IO-Link-master (fx AL1352)

Dashboard

Få det store billede på moneo dashboardet.

Dashboardet leverer en oversigt til brugeren over de relevante procesværdier for dette anlæg.

Strømværdi målt i mA U | V | W
Faseforskel U-V | V-W | W-U
Strøm asymmetri U-V | V-W | W-U
Alle tre fasers middelstrøm

Analyse

Analysefunktionen kan anvendes til at tilgå historiske data og sammenligne forskellige procesværdier. Diagrammet viser strømværdierne U, V og W i mA.

Her kan det tydeligt ses, at der er en overskridelse i opstartsfasen ①, mens strømværdien stabiliseres i normal drift ②. I frakoblingsøjeblikket ③ er der en lille spidsbelastning på grund af induktans i motoren.

Opstartsfase
Normal drift
Frakoblingsøjeblik

Indstillinger og regler: Administration af grænseværdier

Statiske tærskelværdier

Den såkaldte strøm asymmetri bør ikke overskride 10 % for trefasede maskiner. En alarm genereres for hver forskelsværdi, hvis værdien er ≥10 %.

Alarm ved overskridelse af 10 % afvigelse fra U-V
Alarm ved overskridelse af 10 % afvigelse fra V-W
Alarm ved overskridelse af 10 % afvigelse fra W-V

Overvågning med hensyn til en advarselsgrænseværdi er ikke blevet implementeret, fordi toleranceområdet på op til 10 % kan blive anvendt, når ventilatormotoren starter op, eller der opstår pludselige belastningsændringer.

Øverste alarmgrænse
Forsinkelsestid til alarm-grænseværdien

Regler for behandling af tickets

Denne funktion kan bruges til nemt at definere, hvad der skal ske, efter at en advarsel eller alarm er blevet udløst, f.eks:

E-mail meddelelse
SAP integration

Til anvendelser, hvor vedligeholdelsesforanstaltninger er nødvendige, anbefales det at planlægge serviceeftersynet i god tid.

Beregnede værdier

Funktionen ”beregnede værdier” bruges til yderligere behandling af procesdata. I denne brugscase udføres der forskellige yderligere forarbejdningsprocesser:

Konvertering af analog 4...20 mA til strømomformerens strømværdi for at beregne motorstrømmen
Beregning af faseforskellen
Beregning af alle tre fasers middelstrøm
Beregning af strømasymmetri

I denne brugscase overvåges alle drivmotorens 3 faser, hvilket betyder, at beregningen nogle gange skal udføres flere gange.

Konvertering af analog 4...20 mA til strømomformerens strømværdi for at beregne motorstrømmen

Den anvendte strømomformer angiver et analogt signal på 4..20 mA, som først skal konverteres til en procesværdi i mA. Dette skal gøres for alle 3 faser.

Motorstrøm = (AIN-4.000) * ((AEP-ASP)/(16.000)) + ASP

Strømomformerens analoge strømværdi (4...20 mA)
Konstant: Analogt startpunkt (0 mA = 4 mA)
Konstant: Analogt slutpunkt (10.000 mA = 20 mA)
Strømspændvidde: Analog værdi (20.000 – 4.000 = 16.000)
Offset analog værdi (4...20 mA til 0...16 mA)
Beregning: Delta for startpunkt til slutpunkt (AEP – ASP = ∆A)
Beregning: Faktor for strøm til strøm i mA (∆A / 16 mA = faktor)
Multiplikation af strømværdien (0...16 mA) med faktoren
Resultat af strømværdi i mA

Beregning af faseforskellen

For at beregne strømasymmetrien skal differensstrømmen mellem individuelle faser (U-V, V-W og W-U) først beregnes.

∆Motorstrøm = motorstrøm U - motorstrøm V

Strømværdi 1 for en strømomformer i mA, f.eks. U
Strømværdi 2 for en strømomformer i mA, f.eks. V
Beregning af den absolutte forskel mellem fase U og V
Strømforskel i mA

Beregning af alle tre fasers middelstrøm

For at kunne indikere strømasymmetrien i % er det først nødvendigt at skabe et 100 % grundlag ved at bestemme de 3 fasers gennemsnitlige værdi.

Middelstrøm = (motorstrøm U + motorstrøm V + motorstrøm W)/3

Strømværdi U i mA
Strømværdi V i mA
Strømværdi W i mA
Addition af strømværdierne U og V
Addition af strømværdien W
Konstant antal faser = 3
Division af den samlede strøm med antal faser
Resultat af middelstrømmen i mA

Beregning af strømasymmetri

Strøm asymmetrien i procent beregnes fra strømforskellene (U-V, V-W og W-U) og middelstrømmen for alle tre faser. Denne værdi kræves til oprettelse af grænseværdier i denne brugscase.

Strømasymmetri = (∆motorstrøm)/(middelstrøm) * 100 %