moneo: platforma IIoT
Případy použití

Monitorování stavu ventilátoru na základě spotřeby proudu

Centrální odsávací systém výrobní haly má několik ventilátorů. Výkon ventilátoru je rozhodující pro kvalitu odsávání v celé výrobní hale.

Systém odsávání vzduchu je nutný pro různé výrobní procesy. Slouží k odsávání pájecích par a výparů z laserového značkovače a k zajištění provozuschopnosti stroje, a tím i hladkého průběhu celého výrobního procesu. Údržba založená na potřebách je proto nezbytná.

Za tímto účelem se na jednom z ventilátorů kromě již integrovaného monitorování vibrací zjišťují hodnoty proudu všech tří fází. Měření rozdílu fází poskytuje další informace o stavu motoru ventilátoru.

Počáteční situace

Porucha kompresoru v tomto zařízení má dalekosáhlé důsledky:

Prostoje stroje, protože odpadní teplo není dostatečně odváděno
Náklady způsobené ztrátou produkce
Možné vysoké náklady na opravy
Zdravotní rizika pro pracovníky ve výrobě, protože pájecí výpary nejsou odsávány
Problémy s kvalitou laserového značení, protože jemný prach není dostatečně odsáván

V nejhorším případě to vede k úplnému selhání celé výrobní oblasti.

Monitorování vibrací ventilátoru a jeho data odesílaná do systému moneo poskytují informace pro odhalení případného poškození.

Pro komplexní posouzení jsou však nezbytné další údaje o elektrickém stavu ventilátoru a předřazeného měniče frekvence.

Cíl projektu

Rozšířené sledování stavu ventilátoru měřením rozdílu fází

Cílem je monitorováním zajistit provozuschopnost ventilátoru:

vinutí motoru
volný pohyb rotujících součástí
elektronika ve frekvenčním měniči

Implementace

moneo RTM je instalován centrálně na serveru. IO-Link mastery jsou připojeny k serveru prostřednictvím interní sítě VLAN.

ifm nabízí širokou škálu automatizačních prvků. Pro tuto aplikaci byly vybrány tři měniče proudu ZJF055 a vstupně-výstupní modul AL2605 IO-Link.

Měniče proudu se používají pro všechna napájecí vedení tří střídavých fází U/V/W mezi měničem frekvence a připojovacími svorkami na ventilátoru. Naměřené hodnoty měničů jsou poskytovány jako analogové signály 4 až 20 mA na signálních výstupech. Tyto hodnoty se převádějí ze 4 až 20 mA na signály IO-Link prostřednictvím AL2605.

Data jsou zpřístupněna pro moneo|RTM prostřednictvím IO-Link masteru řady AL1352.

Hodnoty proudového odběru tří napájecích vedení U/V/W se měří pomocí tří měničů proudu.

Pro získání užitečných procesních hodnot je třeba naměřenou hodnotu měniče proudu převést na skutečnou hodnotu proudu (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A) měniče. To se provádí v systému moneo RTM prostřednictvím funkce „Vypočtené hodnoty“.

Lze zjistit následující vzory elektrického a mechanického poškození:

Zkraty na vinutí motoru
Pomalost rotujících součástí
Porucha měniče frekvence

Zjištěné hodnoty proudu se používají pro

výpočet rozdílu tří fází
určení průměrného proudu všech tří fází
porovnání hodnot mezi sebou

Výsledek

Optimalizace procesů od údržby založené na čase k údržbě založené na stavu

Díky komplexnímu záznamu dat lze včas odhalit hrozící závady. Údržbu tak lze naplánovat a provádět podle potřeby. To přispívá k rozhodujícímu zvýšení procesní spolehlivosti celého zařízení.

Hodnoty proudu umožňují vyvodit závěry o možných zkratech na vinutí motoru, pomalosti rotujících součástí a poruchách měniče frekvence.

Struktura systému

Měnič proudu
Vstupní / výstupní modul IO-Link (např. AL2605)
IO-Link master (např. AL1352)

Řídicí panel

Řídicí panel moneo poskytuje celkový přehled.

Vizualizace poskytuje uživateli přehled relevantních procesních hodnot pro monitorování tohoto zařízení.

Hodnota proudu měřená v mA U | V | W
Rozdíl fází U-V | V-W | W-U
Asymetrie proudu U-V | V-W | W-U
Průměrný proud všech tří fází

Analýza

Analýza umožňuje snadný přístup khistorickým datům aporovnává různé procesní hodnoty. V diagramu jsou uvedeny hodnoty proudu U, V a W v mA.

Zde je jasně vidět, že ve fázi rozběhu ① dochází k překmitům, zatímco v normálním provozu ② se hodnota proudu ustálí. V okamžiku vypnutí ③ je vlivem indukčností v motoru vytvořena malá špičková hodnota.

Spouštěcí fáze
Normální provoz
Okamžik vypnutí

Nastavení a pravidla: Správa mezních hodnot

Statické mezní hodnoty

Tzv. proudová asymetrie by u třífázových strojů neměla překročit 10 %. Pro každou diferenciální hodnotu se vytvoří alarm, pokud je hodnota ≥ 10 %.

Alarm při překročení 10 % odchylky od U-V
Alarm při překročení 10 % odchylky od V-W
Alarm při překročení 10 % odchylky od W-V

Monitorování s ohledem na výstražnou mezní hodnotu nebylo zavedeno, protože při spuštění motoru ventilátoru nebo při náhlých změnách zatížení může být použito toleranční pásmo až 10 %.

Horní mezní hodnota alarmu
Doba zpoždění k mezní hodnotě alarmu

Pravidla pro zpracování tiketů

Pomocí této funkce lze snadno definovat, co se má stát po spuštění varování nebo alarmu, např.:

Upozornění e-mailem
Integrace SAP

U aplikací, kde je nutná údržba, je vhodné naplánovat servisní zásah s dostatečným předstihem.

Vypočítané hodnoty

Funkce Vypočítané hodnoty slouží k dalšímu zpracování procesních dat. V tomto případě použití se provádějí různé další procesní operace:

Přepočet analogového proudu 4 až 20 mA na hodnotu proudového měniče pro výpočet proudu motoru
Výpočet rozdílu fází
Výpočet průměrného proudu tří fází
Výpočet asymetrie proudu

V tomto případě použití jsou sledovány všechny 3 fáze hnacího motoru, což znamená, že výpočet musí být někdy proveden několikrát.

Přepočet analogového proudu 4 až 20 mA na hodnotu proudového měniče pro výpočet proudu motoru

Použitý měnič proudu poskytuje analogový signál 4 až 20 mA, který musí být nejprve převeden na procesní hodnotu v mA. To je třeba provést ve všech 3 fázích.

Proud motoru = (AIN-4 000) * ((AEP-ASP)/(16 000)) + ASP

Analogová hodnota proudu měniče proudu (4 až 20 mA)
Konstantní Analogový počáteční bod (0 mA = 4 mA)
Konstantní Analogový koncový bod (10 000 mA = 20 mA)
Rozpětí proudu: Analogová hodnota (20 000 – 4 000 = 16 000)
Ofset analogové hodnoty (4...20 mA až 0...16 mA)
Výpočet: Delta počátečního bodu ke koncovému bodu (AEP – ASP = ∆A)
Výpočet: Činitel pro převod proudu na proud v mA (∆A / 16 mA = faktor)
Vynásobení hodnoty proudu (0 až 16 mA) činitelem
Výsledek hodnoty proudu v mA

Výpočet rozdílu fází

Pro výpočet proudové asymetrie je třeba nejprve vypočítat rozdílový proud mezi jednotlivými fázemi (U-V, V-W a W-U).

∆Proud motoru = proud motoru U – proud motoru V

Hodnota proudu 1 proudového měniče v mA, např. U
Hodnota proudu 2 proudového měniče v mA, např. V
Výpočet absolutního rozdílu mezi fázemi U a V
Rozdíl proudu v mA

Výpočet průměrného proudu tří fází

Aby bylo možné uvést asymetrii proudu v %, je nejprve nutné vytvořit 100 % základ stanovením průměrné hodnoty 3 fází.

Průměrný proud = (proud motoru U + proud motoru V + proud motoru W)/3

Hodnota proudu U v mA
Hodnota proudu V v mA
Hodnota proudu W v mA
Součet hodnot proudu U a V
Součet hodnoty proudu W
Konstantní počet fází = 3
Dělení celkového proudu počtem fází
Výsledek průměrného proudu v mA

Výpočet asymetrie proudu

Proudová asymetrie v procentech se vypočítá z rozdílů proudů (U-V, V-W a W-U) a průměrného proudu všech tří fází. Tato hodnota je v tomto případě použití vyžadována pro vytvoření mezních hodnot.

Proudová asymetrie = (∆proud motoru)/(průměrný proud) * 100%