- moneo: plataforma IIoT
- Use cases
Monitoramento de condições de um ventilador com base no consumo de corrente
O sistema de aspiração central de um pavilhão de produção possui vários ventiladores. A potência dos ventiladores é decisiva para a qualidade da aspiração em todo o pavilhão de produção.
Em diversos processos de produção é necessário um sistema de evacuação de ar, visando a aspiração de resíduos de solda, a aspiração dos resíduos do marcador a laser e a proteção da disponibilidade da máquina e, desse modo, de todo o processo de produção. Por isso, a organização de uma manutenção adaptada às necessidades é indispensável.
Para conseguir isso, em um dos ventiladores são registrados os valores de corrente de todas as três fases, complementarmente ao monitoramento da vibração já integrado. A medição da diferença de fases fornece informações adicionais sobre o estado do motor do ventilador.
A situação inicial
Uma falha do compressor nesse sistema tem consequências abrangentes:
- Paradas da máquina, pois o calor residual não é suficientemente dissipado
- Custos associados à quebra de produção
- Em determinadas circunstâncias, custos de reparo elevados
- Perigos para a saúde do pessoal de produção, pois os resíduos de solda não são aspirados
- Problemas de qualidade nas marcações a laser, pois as partículas finas não são aspiradas adequadamente
No pior dos casos, isso leva a uma falha total da área de produção.
O monitoramento da vibração o ventilador e a respectiva conexão ao moneo já fornecem informações que permitem detectar possíveis danos.
Para uma panorâmica de avaliação abrangente, faltam os dados adicionais sobre o estado elétrico do ventilador e do conversor de frequência conectado à montante.
Objetivo do projeto
Monitoramento ampliado da condição do ventilador através da medição da diferença de fases
O objetivo é realizar um monitoramento abrangente da funcionalidade do ventilador:
- o monitoramento dos enrolamentos do motor
- a liberdade de movimentos dos componentes rotativos
- a eletrônica no conversor de frequência
A implantação
O moneo|RTM está instalado em um servidor de forma centralizada. Os mestres IO-Link estão conectados ao servidor através de uma VLAN interna.
A ifm oferece um portfólio amplo de componentes de automação. Para essa aplicação foram selecionados três conversores de corrente ZJF055 e o módulo de entrada/saída IO-Link AL2605.
Os conversores de corrente abrangem todos os cabos de alimentação das três fases de corrente alternada U/V/W entre o conversor de frequência e os terminais de conexão no ventilador. Os valores de medição dos conversores são transmitidos como sinal analógico de 4...20 mA nas saídas de sinal. Esses valores são convertidos de 4...20 mA para o IO-Link através do AL2605.
Os dados são fornecidos ao moneo|RTM através de um mestre IO-Link da série AL1352.
Os valores do consumo de corrente dos três cabos de alimentação U/V/W devem ser medidos com a ajuda de três conversores de corrente.
Para obter valores do processo significativos, o valor de medição do conversor de corrente precisa ser convertido no valor de corrente efetivo (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A) do conversor. Isso é realizado no moneo|RTM através da função "Valores calculados" (Calculated values).
É possível registrar os seguintes danos elétricos e mecânicos:
- Curtos-circuitos no enrolamento do motor
- Limitação dos movimentos dos componentes rotativos
- Falha no conversor de frequência
A partir dos valores de corrente determinados:
- é calculada a diferença das três fases
- é determinada a corrente média de todas as três fases
- os valores são comparados entre si
O benefício
Otimização do processo de manutenção baseada no tempo até chegar em uma manutenção em função do estado
Graças ao registro de dados abrangente é possível detectar falhas emergentes de modo antecipado. Assim, os trabalhos de manutenção podem ser planejados e executados de acordo com as necessidades. A segurança do processo de toda a instalação é assim complementada com um fator decisivo.
Os valores de corrente permitem tirar conclusões sobre eventuais curtos-circuitos no enrolamento do motor, limitação dos movimentos dos componentes rotativos e falhas no conversor de frequência.
Tela
Obtenha uma visualização geral na tela do moneo
A tela fornece ao usuário uma visão geral dos valores relevantes do processo para essa instalação.
- Valor de corrente atualmente medido em mA U | V | W
- Diferença de fases U-V | V-W | W-U
- Assimetria de corrente U-V | V-W | W-U
- Corrente média de todas as três fases
Análise
A função de análise permite que o usuário acesse os dados do histórico e compare diferentes valores de processo. No diagrama são representados os valores de corrente de U, V e W em mA.
Pode-se observar que na fase de partida ① ocorre um overshoot e na operação normal ② os valores de corrente se estabilizam. No momento da desconexão ③ ocorre um pequeno pico devido às indutâncias no motor.
- Fase de partida
- Operação normal
- Momento de desconexão
Ajustes e regras: Administração dos valores limites
Valores limites estáticos
A chamada assimetria de corrente não deve ser superior a 10% em máquinas trifásicas. Para cada valor diferencial é criado respectivamente um alarme para o valor ≥ 10%.
- Alarme ao exceder 10% de desvio de U-V
- Alarme ao exceder 10% de desvio de V-W
- Alarme ao exceder 10% de desvio de W-U
Não é criado um monitoramento para um valor limite de advertência, pois pode ser usada a faixa de tolerância de até 10% na partida do motor do ventilador ou em uma alternância súbita da carga.
- Valor limite para o alarme
- Tempo de atraso para o alarme
Ticket de regras de processamento
Através desta função é possível definir facilmente o que deve ocorrer após a emissão de uma advertência ou alarme, por exemplo:
- Notificação por e-mail
- Integração SAP
Para aplicações em que sejam necessárias medidas de manutenção, aqui se oferece um planejamento antecipado do serviço.
Calculated values - valores calculados
Através dos valores calculados é possível processar dados do processo. Nesse Use case (aplicação de sucesso) são realizados diversos processamentos posteriores:
- Conversão de 4...20 mA analógicos em valores de corrente do conversor para o cálculo do valor da corrente elétrica do motor
- Cálculo da diferença de fases
- Cálculo da corrente média das três fases
- Cálculo da assimetria de corrente
Nesse Use case (aplicação de sucesso) são monitoradas as 3 fases do motor de acionamento, para o efeito é necessário, em parte, realizar o cálculo várias vezes.
Conversão de 4...20 mA analógicos em valores de corrente do conversor para o cálculo do valor da corrente elétrica do motor
O conversor de corrente utilizado fornece um sinal analógico de 4...20 mA, que precisa primeiro ser convertido em um valor do processo em mA. Isso é necessário respectivamente para as 3 fases.
Motor Current = (AIN-4.000) * ((AEP-ASP)/(16.000)) + ASP
Dataflow Modeler
- Valor de corrente analógico do conversor de corrente (4…20 mA)
- Constante: ponto inicial analógico (0 mA = 4 mA)
- Constante: ponto final analógico (10.000 mA = 20 mA)
- Faixa de corrente: valor analógico (20.000 – 4.000 = 16.000)
- Compensação do valor analógico (4…20 mA para 0 … 16 mA)
- Cálculo: Delta de ponto inicial a ponto final (AEP – ASP = ∆A)
- Cálculo: fator para corrente a corrente em mA (∆A / 16 mA = fator)
- Multiplicação do valor de corrente (0…16 mA) pelo fator
- Resultado do valor de corrente em mA
Cálculo da diferença de fases
Para o cálculo da assimetria de corrente, primeiro é necessário calcular a corrente diferencial entre cada uma das fases (U-V, V-W e W-U).
∆Motor Current = Motor Current U - Motor Current V
- Valor de corrente 1 de um conversor de corrente em mA, p. ex. U
- Valor de corrente 2 de um conversor de corrente em mA, p. ex. V
- Cálculo da diferença absoluta entre fases U e V
- Diferença de corrente em mA
Cálculo da corrente média das três fases
Para poder indicar a assimetria de corrente em %, primeiro é necessário criar uma base de 100%, para o que é determinado o valor médio das 3 fases.
Average Current = (Motor Current U + Motor Current V + Motor Current W)/3
- Valor de corrente U em mA
- Valor de corrente V em mA
- Valor de corrente W em mA
- Adição dos valores de corrente de U e V
- Adição do valor de corrente de W
- Constante do número de fases = 3
- Divisão da corrente total pelo número de fases
- Resultado da média de corrente em mA
Cálculo da assimetria de corrente
A partir das diferenças de corrente (U-V, V-W e W-U) e da corrente média de todas as três fases é calculada a assimetria de corrente em porcentagem. Esse valor é necessário para a criação de valores limites nesse Use case (aplicação de sucesso).
Assimetria = (∆Motor Current)/(Average Current) * 100%
- Diferença de corrente U - V em mA
- Média de corrente U – V – W
- Diferença de corrente dividida pela média de corrente
- Constante 100%
- Proporção da diferença de corrente em relação à média de corrente multiplicada por 100%
- Arredondamento do resultado para 1 casa decimal
- Saída do resultado de assimetria de corrente em porcentagem
