Technologia konserwacji predykcyjnej (PdM) wykorzystująca analizę danych i uczenie maszynowe (ML) odgrywa kluczową rolę w Przemyśle 4.0, ponieważ umożliwia proaktywne zarządzanie urządzeniami, optymalizację wydajności, planowanie konserwacji i minimalizację przestojów, zapewniając większy zrównoważony rozwój. Terminowe i dokładne gromadzenie danych jest kluczem do pomyślnego wdrożenia PdM.
Dane muszą także charakteryzować się integralnością. Zasilacz może monitorować napięcie stałe (VDC) i prąd (IDC), prąd szczytowy (IPEAK), czas pracy i czas wymiany. Konieczne jest użycie monitora stanu silnika do monitorowania parametrów, takich jak wibracje, temperatura, prąd i rezystancja izolacji (zwarcie doziemne).
Wiele urządzeń, takich jak panele sterowania wysokiego napięcia, transformatory mocy, sprzęt hydrauliczny, silniki i łożyska, skrzynie biegów itp. wymaga urządzeń do monitorowania stanu termicznego, a wszystkie te źródła zasilania, silniki i urządzenia do monitorowania termicznego muszą wysyłać dane za pośrednictwem technologii połączeń Ethernet/IP lub Modbus TCP w celu analizy w czasie rzeczywistym.
W tym artykule najpierw krótko przedstawiono PdM i jego liczne zalety, a także sposób integracji z architekturą systemu Przemysłu 4.0. Następnie zapoznaj się z licznymi urządzeniami i oprogramowaniem PdM dostarczanym przez firmę Omron. Na koniec dowiedz się, jak wykorzystać sztuczną inteligencję (AI) do optymalizacji wydajności PdM.
PdM to jedna z trzech metod konserwacji sprzętu i obiektów. Pod względem równoważenia kosztów środowiskowych i biznesowych podejście to mieści się pomiędzy konserwacją reaktywną a konserwacją zapobiegawczą (rysunek 1). Kluczową kwestią przy wyborze pomiędzy tymi trzema opcjami jest zrównoważenie względnego znaczenia kosztów środowiskowych i kosztów handlowych.
PdM znajduje się pomiędzy konserwacją reaktywną a konserwacją zapobiegawczą
Rysunek 1: PdM mieści się pomiędzy konserwacją reaktywną i konserwacją zapobiegawczą, równoważąc czynniki biznesowe i środowiskowe. (Źródło obrazu: Omron)
Konserwacja reaktywna polega na radzeniu sobie z usterkami już po ich wystąpieniu, co zwiększa koszty zarówno środowiskowe, jak i biznesowe. Konserwacja zapobiegawcza identyfikuje zbliżające się awarie poprzez regularne ręczne inspekcje, traktując priorytetowo najniższe koszty środowiskowe, ale może to skutkować przedłużonymi przestojami sprzętu i nadmiernymi wydatkami biznesowymi. Ta metoda konserwacji jest uważana za inną formę konserwacji reaktywnej, opierającą się na wcześniej ustalonych i subiektywnych planach, a nie na bezpośrednich awariach sprzętu.
Pojawienie się zaawansowanych czujników oraz narzędzi AI i ML przyczyniło się do rozwoju technologii PdM. Technologia ta może wykorzystywać środki technologiczne w celu zrównoważenia kosztów środowiskowych i biznesowych.
Elastyczny i skalowalny
Technologia PdM nie jest wyborem uniwersalnym. Technologia PdM charakteryzuje się skalowalnością i elastycznością, odpowiednią do scentralizowanego monitorowania pojedynczego sprzętu o znaczeniu krytycznym, wielu urządzeń lub całego obiektu. W ten sposób przedsiębiorstwa mogą rozpocząć wdrażanie PdM na małą skalę i stopniowo je rozwijać, minimalizując w miarę możliwości przestoje produkcyjne spowodowane modernizacją istniejących obiektów.
Skalowalne rozwiązanie technologiczne jest realizowane poprzez kompatybilność z wieloma komponentami, w tym czujnikami, jednostkami monitorującymi i sterownikami, które można rozszerzać i udostępniać zgodnie z wymaganiami. Zastosowanie przemysłowych protokołów komunikacyjnych, takich jak Ethernet/IP i Modbus TCP, upraszcza integrację z istniejącymi systemami i obsługuje wiele ulepszonych funkcji, takich jak jednoczesne zdalne monitorowanie wielu urządzeń.
Używaj odpowiedniego skalowalnego oprogramowania do analizy danych i zarządzaj sprzętem z różnych lokalizacji w scentralizowanym centrum sterowania biurem lub warsztacie.
Rozwiązania te można zintegrować z istniejącym sprzętem bez konieczności przeprowadzania większych napraw, co zwiększa elastyczność. Po optymalizacji rozwiązania te mogą być stosowane w niemal wszystkich branżach, takich jak żywność i napoje, motoryzacja, produkcja sprzętu medycznego, półprzewodniki i elektronika, wojsko i lotnictwo, logistyka i magazynowanie itp.
Elastyczność tę wspiera szeroka gama urządzeń PdM, obejmująca rozwiązania wielowymiarowe, takie jak monitorowanie mocy, warunki pracy silnika (prąd, wibracje, temperatura, rezystancja izolacji) i termodynamiczne warunki pracy. Ponadto standardowe bloki funkcyjne oprogramowania (FB) można wykorzystać do gromadzenia danych, komunikacji, przetwarzania i analizy danych, ustawiania alarmów i wysyłania powiadomień, rejestrowania danych i raportowania, a także wdrażania niestandardowych analiz PdM opartych na AI i ML.
Monitory stanu zastępują proste czujniki
Zastosowanie monitorów stanu zamiast prostych czujników do śledzenia wydajności urządzenia i osiągania proaktywnej konserwacji to kluczowa różnica między PdM a innymi metodami. Podobnie jak czujniki, wraz z monitorowanymi urządzeniami instalowane są również monitory stanu.
Jednakże czujniki można wdrożyć za pomocą stosunkowo prostych protokołów, takich jak IO Link, podczas gdy monitory stanu wymagają bardziej złożonych technologii połączeń, takich jak EtherNet/IP lub Modbus TCP. Monitory stanu mogą wykonywać lokalne przetwarzanie danych i zazwyczaj wyświetlają stany, które zazwyczaj nie są związane z czujnikami.
Za pośrednictwem jednego lub większej liczby koncentratorów komunikacyjnych monitor stanu można podłączyć do urządzeń wyższego poziomu, takich jak interfejsy człowiek-maszyna (HMI), które umożliwiają scentralizowaną wizualizację danych, lub do programowalnych sterowników logicznych (PLC) lub scentralizowanych systemów monitorowania z bardziej kompleksowymi narzędziami do analizy danych (w tym AI i ML) (rysunek 2).
Pakiet rozwiązań Omron PdM, który można wdrożyć osobno (kliknij, aby powiększyć)
Rysunek 2: Pakiet rozwiązań PdM firmy Omron można wdrożyć osobno, zaczynając od monitorowania krytycznych zasobów na małą skalę i stopniowo rozszerzając je na cały zakład produkcyjny lub logistyczny, zapewniając kompleksowe rozwiązanie. (Źródło obrazu: Omron)
Głęboko eksploruj
Firma Omron oferuje szeroką gamę urządzeń i oprogramowania PdM. Na przykład inteligentny zasilacz S8VK-X podłączony do sieci Ethernet może mierzyć wiele parametrów wydajności, w tym Vout i Iout w celu monitorowania zużycia energii, a także IPEAK w celu określenia warunków przeciążenia.
Ten typ zasilacza umożliwia pomiar rzeczywistego czasu pracy. Ten typ zasilacza wykorzystuje również równanie Arrheniusa do oszacowania pozostałej żywotności kondensatorów elektrolitycznych, co wskazuje, że na każde 10 ℃ wzrostu temperatury kondensatora jego żywotność zmniejsza się w przybliżeniu o połowę. Łącząc rzeczywistą temperaturę pracy sprzętu, przewidywane wyniki są ostatecznie wyświetlane w postaci pozostałych lat lub procentu żywotności.
Moc znamionowa zasilacza S8VK-X wynosi od 30 W do 480 W, przy napięciach wyjściowych 5 VDC, 12 VDC i 24 VDC. W tej serii zasilaczy dostępne są także modele ze zintegrowanymi wyświetlaczami, jak np. zasilacz S8VK-X48024A-EIP, który posiada napięcie znamionowe 24 VDC i moc 480 W; lub modele bez zintegrowanych wyświetlaczy, takie jak zasilacz S8VK-X03005-EIP, który ma napięcie znamionowe 5 VDC i moc 30 W.
Monitorowanie stanu silnika jest ważnym aspektem technologii PdM, a monitor konserwacji silnika K6CM firmy Omron nadaje się do wszystkich typów pomp wodnych, a także silników w systemach HVAC, rolnictwie, schodach ruchomych i większości innych zastosowań silnikowych.
Monitora konserwacji silnika można używać do monitorowania wibracji i temperatury, rezystancji izolacji i prądu silnika. Ponadto dostępne są modele przystosowane do trójfazowego zasilania wejściowego w zakresie od 100 V do 240 VAC, 24 VAC lub 24 VDC.
K6CM-VBMD-EIP może monitorować wibracje i temperaturę poprzez napięcie 24 VAC/VDC. Wszystkie monitory temperatury stosowane są w połączeniu z czujnikiem drgań i temperatury K6CM-VB1, który składa się z głowicy czujnika umieszczonej na silniku oraz przedwzmacniacza łączącego go z monitorem.
Połączenie transformatora prądu zerowego (ZCT) K6CM-ISMD-EIP i K6CM-ISZBI52 oraz czujnika konwersji rezystancji izolacji (IRT) działającego przy napięciu 24 VAC lub 24 VDC może monitorować stan rezystancji izolacji. Funkcja ZCT służy do pomiaru prądu upływu w trójfazowych obwodach silnika, natomiast funkcja IRT służy do pomiaru rezystancji izolacji pomiędzy uzwojeniami silnika a masą.
Połączenie K6CM-CIMA-EIP o napięciu roboczym od 100 VAC do 240 VAC i czujnika prądu K6CM-CICB400 o prądzie znamionowym 400 A umożliwia również wykrywanie stanu silników indukcyjnych trójfazowych. Można stosować także inne modele czujników prądowych o zakresie prądowym od 5 A do 600 A.
W monitorach tych zastosowano pełną technologię diagnostyki prądu firmy Omron, która umożliwia wykrywanie nieprawidłowych warunków, takich jak kieszenie powietrzne lub zanieczyszczenie powietrza, poprzez ilościowe określenie odchylenia między idealną falą sinusoidalną a zmierzonym kształtem fali prądu. Analizując składowe częstotliwości zmierzonego przebiegu prądu, można określić ilościowo odchylenia, nierównowagę obciążenia lub przyleganie ciał obcych.
System monitorowania stanu cieplnego K6PM można wykorzystać do wdrożenia technologii PdM na różnych urządzeniach przemysłowych, takich jak: szafy sterownicze wysokiego napięcia, transformatory, urządzenia hydrauliczne, centra danych, łożyska, skrzynie biegów itp. W skład systemu wchodzi sterownik termowizyjny K6PM-THS3232 oraz czujnik termowizyjny na podczerwień (IR) K6PM-THMD-EIP, który może monitorować temperatury w zakresie od 0°C do +200°C.
Kontroler stanu cieplnego K6PM może monitorować do 31 czujników IR. Darmowe oprogramowanie do monitorowania komputera zawiera algorytm wykrywania nieprawidłowej temperatury i trzypoziomowy alarm temperatury. Oprogramowanie obsługuje również progi alarmowe zdefiniowane przez użytkownika.