moneo: IIoT-alusta
Käyttöesimerkkejä

Puhaltimen kunnonvalvonta virrankulutuksen perusteella

Tuotantohallin keskuspoistoilmajärjestelmässä on useita puhaltimia. Puhaltimen teholla on ratkaiseva merkitys poistoilmaprosessin laadun kannalta koko tuotantohallissa.

Poistoilmajärjestelmää tarvitaan useissa erilaisissa tuotantoprosesseissa. Sitä käytetään juotoshöyryjen ja lasermerkinnässä syntyvien höyryjen poistoon ja varmistamaan koneen käytettävyys ja samalla koko prosessin sujuva toiminta. Tarvepohjainen kunnossapito on siten välttämätöntä.

Tämän toteuttamiseksi yhden puhaltimen kaikkien kolmen vaiheen virta-arvot tunnistetaan jo aikaisemmin integroidun tärinävalvonnan lisäksi. Vaihe-eron mittaaminen antaa lisätietoa puhaltimen moottorin kunnosta.

Lähtötilanne

Tässä laitteistossa esiintyvällä kompressorivialla on kauaskantoisia seurauksia:

Riittämättömästä hukkalämmön poistosta aiheutuvat koneiden seisakit
Tuotannon menetyksestä aiheutuvat kustannukset
Mahdollisesti korkeat korjauskustannukset
Tuotantohenkilöstölle aiheutuvat terveysriskit, koska juotoshöyryjä ei kyetä poistamaan
Lasermerkinnän laatuongelmat, koska hienopölyä ei saada kunnolla poistettua

Pahimmassa tapauksessa tämä johtaa koko tuotantoalueen pysähtymiseen.

Puhaltimen tärinävalvonta ja siitä moneoon lähetetty data antavat tietoa mahdollisten vaurioiden tunnistamista varten.

Mutta puhaltimen ja sitä ohjaavan taajuusmuuttajan sähköistä kuntoa kuvaava lisäinformaatio on välttämätöntä kattavan arvion aikaansaamiseksi.

Projektin tavoite

Puhaltimen laajennettu kunnonvalvonta vaihe-eroa mittaamalla

Tavoitteena on varmistaa puhaltimen käytettävyys tarkkailemalla seuraavia kohteita:

moottorin käämit
pyörivien komponenttien vapaa liikkuvuus
taajuusmuuttajan elektroniikka

Toteutus

moneo|RTM asennetaan keskitetysti palvelimelle. IO-Link -masterit liitetään palvelimeen sisäisen VLAN-verkon kautta.

ifm:n tuoteohjelmaan kuuluu laaja valikoima automaatiokomponentteja. Tähän sovellukseen valittiin kolme ZJF055 virtamuunninta ja IO-Link -tulo/lähtömoduuli AL2605.

Virtamuuntimia käytetään kaikkien kolmen AC-vaiheen (U/V/W) syöttölinjoissa taajuusmuuttajan ja puhaltimen moottorin kytkentänapojen välissä. Muuntimien mittausarvot saadaan signaalilähdöistä 4...20 mA analogiasignaaleina. Nämä arvot muunnetaan 4...20 mA signaaleista IO-Link signaaleiksi AL2605-moduulissa.

Data tuodaan moneo|RTM -sovelluksen käytettäväksi AL1352-sarjan IO-Link -masterin kautta.

Kolmen syöttölinjan (U/V/W) virrankulutusarvot mitataan kolmen virtamuuntimen avustuksella.

Käyttökelpoisten prosessiarvojen saamiseksi virtamuuntimien mittausarvot täytyy muuttaa muuntimien todellisiksi virta-arvoiksi (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A). Tämä tehdään moneo RTM -sovelluksessa toiminnolla "Calculated values (Lasketut arvot)".

Seuraavat sähköiset ja mekaaniset vauriotyypit voidaan tunnistaa:

Oikosulut moottorien käämeissä
Pyörivien komponenttien verkkaisuus
Vika taajuusmuuttajassa

Määriteltyjä virta-arvoja käytetään

kolmen vaiheen virtaerojen laskemiseen
kaikkien kolmen vaiheen virtakeskiarvon määrittelyyn
arvojen vertaamiseen toisiinsa

Tulos

Prosessien optimointi aikaan perustuvasta mittaavaksi kunnossapidoksi

Kattavan datarekisteröinnin ansiosta lähestyvät vauriot voidaan havaita jo varhaisessa vaiheessa. Kunnossapitotyöt voidaan siten aikatauluttaa ja suorittaa tarvittaessa. Tämä on ratkaiseva lisätekijä koko laitoksen luotettavuudelle.

Virta-arvot mahdollistavat johtopäätösten vetämisen mahdollisista oikosuluista moottorin käämityksessä, pyörivien komponenttien verkkaisuudesta tai taajuusmuuttajan vioista.

Järjestelmärakenne

Virtamuunnin
IO-Link tulo / lähtömoduuli (esim. AL2605)
IO-Link -master (esim. AL1352)

Kojelauta

Katso yhteenveto moneo-kojelaudalta.

Kojelauta antaa käyttäjälle yleiskuvan kaikista laitoksen relevanteista prosessiarvoista.

Mitattu virta-arvo (mA) vaiheissa U | V | W
Vaiheiden virtaero U-V | V-W | W-U
Virtaepäsymmetria U-V | V-W | W-U
Kaikkien kolmen vaiheen virtakeskiarvo

Analyysi

Analyysitoiminnon avulla päästään käsiksi historiadataan ja sillä voidaan vertailla erilaisia prosessiarvoja. Kuvaaja esittää vaiheiden U, V ja W virta-arvoja (mA)

Tästä voidaan helposti nähdä, että käynnistysvaiheessa ② esiintyy virtapiikki, kun taas normaalikäytössä ② virta tasaantuu. Katkaisuhetkellä ③ esiintyy myös pieni virtapiikki, joka johtuu moottorin induktansseista.

Käynnistysvaihe
Normaalikäyttö
Katkaisuhetki

Asetukset + säännöt: Hallinnoi kynnysarvoja

Staattiset kynnysarvot

Niin kutsuttu virtaepäsymmetria ei saisi ylittää 10% kolmivaihemoottoreissa. Jokaista erotusarvoa varten luodaan hälytys, jos arvo on ≥10%.

Hälytys, jos poikkeama U-V ylittää 10%
Hälytys, jos poikkeama V-W ylittää 10%
Hälytys, jos poikkeama W-U ylittää 10%

Tilanteessa, jossa hälytysrajaa ei ole määritelty, voidaan toleranssiarvona käyttää arvoa 10% puhaltajan moottorin käynnistyessä tai äkillisten kuormitusmuutosten yhteydessä.

Ylempi hälytysraja
Viiveaika hälytysrajalle

Tiketin käsittelysäännöt

Tätä toimintoa voidaan käyttää määrittelemään helposti, mitä varoituksen tai hälytyksen jälkeen tulisi tapahtua, esim. :

Sähköposti-ilmoitus
SAP-integrointi

Sovelluksissa, joissa kunnossapitotoimenpiteet ovat välttämättömiä, suositellaan huoltokäyntien suunnittelemista hyvissä ajoin etukäteen.

Lasketut arvot

"Calculated values" -toimintoa (Lasketut arvot) käytetään prosessidatan jatkokäsittelyssä. Tässä tapauksessa suoritetaan erilaisia jatkokäsittelyoperaatioita:

Analogisen virtasignaalin (4...20 mA) muunnos virtamuuntimen virta-arvoksi moottorin virran laskemista varten
Vaiheiden virtaerojen laskeminen
Kolmen vaiheen virtakeskiarvon laskeminen
Virtaepäsymmetrian laskeminen

Tässä käyttöesimerkissä valvotaan käyttömoottorin kaikkia kolmea vaihetta, mikä tarkoittaa, että laskeminen joudutaan joskus suorittamaan useampia kertoja.

Analogisen virtasignaalin (4...20 mA) muunnos virtamuuntimen virta-arvoksi moottorin virran laskemista varten

Käytettävästä virtamuuntimesta saadaan 4...20 mA analogiasignaali, joka täytyy ensin muuntaa prosessiarvoksi (mA). Tämä täytyy tehdä kaikille 3 vaiheelle.

Moottorin virta = (AIN-4,000) * ((AEP-ASP)/(16,000)) + ASP

Virtamuuntimen analoginen virta-arvo (4...20 mA)
Vakio: Analogia-alueen alkupiste (0 mA = 4 mA)
Vakio: Analogia-alueen loppupiste (10000 mA = 20 mA)
Virta-alue: Analogia-arvo (20000 – 4000 = 16000)
Offset, analogia-arvo (4...20 mA -> 0...16 mA)
Laskutoimitus: Alku- ja loppupisteiden erotus (AEP – ASP = ∆A)
Laskutoimitus: Kerroin virta -> virta (mA) (∆A / 16 mA = kerroin)
Virta-arvon (0...16 mA) ja kertoimen tulo
Tulos virta arvo (mA)

Vaiheiden virtaerojen laskeminen

Virtaepäsymmetrian laskemiseksi pitää ensin laskea yksittäisten vaiheiden väliset virtaerot (U-V, V-W and W-U).

∆ moottorivirta = moottorivirta U - moottorivirta V

Virta-arvo 1, virtamuunnin (mA), esim. U
Virta-arvo 2, virtamuunnin (mA), esim. V
Vaiheiden U ja V välisen absoluuttisen virtaeron laskeminen
Virtaero (mA)

Kolmen vaiheen virtakeskiarvon laskeminen

Jotta virtaepäsymmetria voitaisiin indikoida %:ina, on ensin luotava 100% lähtökohta määrittelemällä 3 vaiheen virtakeskiarvo.

Virtakeskiarvo = (moottorivirta U + moottorivirta V + moottorivirta W)/3

Virta-arvo U (mA)
Virta-arvo V (mA)
Virta-arvo W (mA)
Virta-arvojen U ja V summa
Virta-arvon W lisäys
Vakio vaiheiden lukumäärä = 3
Jakolasku kokonaisvirta jaettuna vaiheiden lukumäärällä
Tulos virtakeskiarvo (mA)

Virtaepäsymmetrian laskeminen

Virtaepäsymmetria (%) lasketaan virtojen erotuksista (U-V, V-W and W-U) ja kaikkien kolmen vaiheen virtakeskiarvosta. Tätä arvoa tarvitaan tässä käyttöesimerkissä raja-arvojen luomiseen.

Virtaepäsymmetria = (∆ moottorivirta)/(virtakeskiarvo) * 100%