moneo: platforma IIoT
Przykłady zastosowania

Monitorowanie stanu wentylatora na podstawie zużycia prądu

Centralny system odciągowy hali produkcyjnej posiada kilka wentylatorów. Moc wentylatora ma decydujący wpływ na jakość procesu odciągu w całej hali produkcyjnej.

System odciągania powietrza jest wymagany dla różnych procesów produkcyjnych. Służy on do odprowadzania oparów lutowniczych i oparów z markera laserowego oraz do zapewnienia dostępności maszyn, a tym samym sprawnego przebiegu całego procesu produkcyjnego. Niezbędna jest zatem konserwacja zależna od potrzeb.

Aby to zrealizować, na jednym z wentylatorów, oprócz już zintegrowanego monitorowania drgań, wykrywane są aktualne wartości prądu wszystkich trzech faz. Pomiar różnicy faz dostarcza dodatkowych informacji o stanie silnika wentylatora.

Sytuacja początkowa

Awaria sprężarki w tym zakładzie ma daleko idące konsekwencje:

przestoje maszyn, ponieważ ciepło odpadowe nie jest wystarczająco odprowadzane
koszty związane z utratą produkcji
możliwe wysokie koszty naprawy
zagrożenie dla zdrowia personelu produkcyjnego, ponieważ opary lutownicze nie są odprowadzane
problemy z jakością znakowania laserowego, ponieważ drobne pyły nie są odpowiednio usuwane

W najgorszym przypadku prowadzi to do całkowitej awarii całego obszaru produkcyjnego.

Monitorowanie drgań wentylatora i jego dane przesyłane do moneo dostarczają informacji pozwalających wykryć ewentualne uszkodzenia.

Jednak do kompleksowej oceny niezbędne są dodatkowe dane dotyczące stanu elektrycznego wentylatora i falownika znajdującej się przed nim.

Cel projektu

Rozszerzony monitoring stanu wentylatora poprzez pomiar różnicy faz

Celem jest zapewnienie sprawności wentylatora poprzez monitorowanie:

uzwojeń silnika
swobodnego ruchu elementów wirujących
elektroniki w falowniku

Wdrożenie

moneo|RTM jest centralnie zainstalowany na serwerze. Do serwera przez wewnętrzną sieć VLAN są podłączone mastery IO-Link.

Firma ifm oferuje szeroką gamę podzespołów automatyki. Do tej aplikacji wybrano trzy konwertery prądowe ZJF055 oraz moduł wejścia/wyjścia IO-Link AL2605.

Konwertery prądowe są stosowane dla wszystkich linii zasilających trzech faz AC U/V/W pomiędzy falownikiem a zaciskami przyłączeniowymi na wentylatorze. Wartości pomiarowe przetworników podawane są na wyjściach sygnałowych jako sygnały analogowe 4...20 mA. Wartości te są konwertowane z 4...20 mA na sygnały IO-Link przez AL2605.

Dane są udostępniane do moneo|RTM poprzez IO-Link master serii AL1352.

Wartości poboru prądu trzech linii zasilających U/V/W mają być mierzone za pomocą trzech konwerterów prądu.

Aby uzyskać użyteczne wartości procesowe, zmierzona wartość konwertera prądu musi zostać przekształcona na rzeczywistą wartość prądu (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A) konwertera. Dokonuje się tego w moneo RTM poprzez funkcję „Wartości obliczeniowe".

Można wykryć następujące wzorce uszkodzeń elektrycznych i mechanicznych:

zwarcia na uzwojeniu silnika
spowolnienie elementów wirujących
uszkodzenie konwertera częstotliwości

Ustalone wartości prądu są wykorzystywane do

obliczenia różnicy trzech faz
określenia średniego prądu wszystkich trzech faz
porównywania wartości między sobą

Rezultat

Optymalizacja procesu – od konserwacji opartej na czasie do konserwacji opartej na stanie

Dzięki kompleksowej rejestracji danych można wcześnie wykryć zbliżające się usterki. W ten sposób można zaplanować i przeprowadzić prace konserwacyjne zgodnie z potrzebami. Dodaje to decydujący czynnik do niezawodności procesu całej instalacji.

Wartości prądu pozwalają na wyciągnięcie wniosków o ewentualnych zwarciach na uzwojeniu silnika, ospałości elementów wirujących i usterkach w konwerterach częstotliwości.

Struktura systemu

Konwerter prądu
Moduł wejściowy / wyjściowy IO-Link (np. AL2605)
Master IO-Link (np. AL1352)

Kokpit

Uzyskaj pełny obraz sytuacji na kokpicie moneo moneo dashboard.

Kokpit pozwala użytkownikowi na uzyskanie przeglądu istotnych wartości procesowych w odniesieniu do instalacji.

Wartość prądu mierzona w mA U | V | W
Różnica faz U-V | V-W | W-U
Asymetria prądów U-V | V-W | W-U
Średni prąd wszystkich trzech faz

Analiza

Funkcji analizy można użyć do uzyskania dostępu do danych historycznych i porównania różnych wartości procesowych. Na wykresie przedstawiono wartości prądu U, V i W w mA.

Widać tu wyraźnie, że w fazie rozruchu ① występuje przekroczenie wartości, podczas gdy w normalnej pracy ② wartość prądu stabilizuje się. W momencie wyłączenia ③ występuje niewielki pik spowodowany indukcyjnością w silniku.

Faza rozruchu
Tryb pracy normalny
Moment wyłączenia

Ustawienia i reguły: Zarządzanie wartościami progowymi

Progi statyczne

Tak zwana asymetria prądów nie powinna przekraczać 10% dla maszyn trójfazowych. Dla każdej wartości różnicy tworzy się alarm, jeśli wartość jest ≥10%.

Alarm przy przekroczeniu 10% odchylenia od U-V
Alarm przy przekroczeniu 10% odchylenia od V-W
Alarm przy przekroczeniu 10% odchylenia od W-V

Monitorowanie w odniesieniu do ostrzegawczej wartości granicznej nie zostało zaimplementowane, ponieważ pasmo tolerancji do 10% może być wykorzystywane podczas uruchamiania silnika wentylatora lub nagłych zmian obciążenia.

Górny próg alarmu
Czas zwłoki progu alarmu

Reguły przetwarzania zgłoszeń

Za pomocą tej funkcji można łatwo zdefiniować, co powinno się stać po wyzwoleniu ostrzeżenia lub alarmu, np:

Powiadomienie pocztą elektroniczną
Integracja z SAP

W przypadku aplikacji, w których konieczne są działania konserwacyjne, zaleca się zaplanowanie wezwania serwisowego z odpowiednim wyprzedzeniem.

Obliczone wartości

Funkcja „Obliczone wartości” służy do dalszego przetwarzania danych procesowych. W tym przypadku użytkowym wykonywane są różne operacje dalszego przetwarzania:

Konwersja analogowego 4...20 mA na wartość prądu konwertera prądu w celu obliczenia prądu silnika
Obliczenie różnicy faz
Obliczenie średniego prądu trzech faz
Obliczenie asymetrii prądu

W tym przypadku użycia, wszystkie 3 fazy silnika napędowego są monitorowane, co oznacza, że obliczenia muszą być czasami wykonywane kilka razy.

Konwersja analogowego 4...20 mA na wartość prądu konwertera prądu w celu obliczenia prądu silnika

Zastosowany konwerter prądu dostarcza sygnał analogowy 4...20 mA, który najpierw musi zostać przekształcony na wartość procesową w mA. Należy to zrobić dla wszystkich 3 faz.

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

Wartość prądu analogowego konwertera prądu (4...20 mA)
Stały zasięg: Początkowa wartość wyjścia analogowego:(0 mA = 4 mA)
Stały zasięg: Końcowa wartość wyjścia analogowego:(10.000 mA = 20 mA)
Zakres prądu: Wartość analogowa (20.000 - 4.000 = 16.000)
Analogowa wartość przesunięcia (4–20mA do 0–16mA)
Obliczanie Delta punktu początkowego do punktu końcowego (AEP – ASP = ∆A)
Obliczanie Współczynnik prądu do prądu w mA (∆A / 16 mA = współczynnik)
Mnożenie wartości prądu (0...16 mA) przez współczynnik
Otrzymany wynik wartości prądu w mA

Obliczenie różnicy faz

Aby obliczyć asymetrię prądu, należy najpierw obliczyć prąd różnicowy pomiędzy poszczególnymi fazami (U-V, V-W i W-U).

∆ Prąd silnika = prąd silnika U - prąd silnika V

Wartość prądu 1 konwertera prądu w mA, np. U
Wartość prądu 2 konwertera prądu w mA, np. V
Obliczenie bezwzględnej różnicy pomiędzy fazą U i V
Różnica prądów w mA

Obliczenie średniego prądu trzech faz

Aby móc wskazać asymetrię prądu w %, należy najpierw stworzyć 100-procentową podstawę poprzez określenie średniej wartości 3 faz.

Średni prąd = (prąd silnika U + prąd silnika V + prąd silnika W)/3

Wartość prądu U w mA
Wartość prądu V w mA
Wartość prądu W w mA
Dodanie wartości prądu U i V
Dodanie wartości prądu W
Stała liczba faz = 3
Podzielenie prądu całkowitego przez liczbę faz
Wynik średniej wartości prądu w mA

Obliczenie asymetrii prądu

Asymetria prądu w procentach jest obliczana z różnic prądów (U-V, V-W i W-U) oraz średniego prądu wszystkich trzech faz. Wartość ta jest wymagana do tworzenia wartości granicznych w tym przypadku użycia.

Asymetria prądu = (∆motor current)/(avarage current) * 100%