moneo : la plate-forme IIoT
Cas d’utilisation

Surveillance d'état d'un ventilateur en fonction de la consommation

L’installation centralisée d’aspiration d’un hall de production est équipée de plusieurs ventilateurs. La performance des ventilateurs est décisive pour la qualité de l’aspiration dans tout le hall de production.

Il y a différents processus de production qui nécessitent un système d’évacuation d’air. Ceci sert à l’aspiration des vapeurs de brasage et des vapeurs du marqueur laser tout en garantissant la disponibilité des machines et donc de l’ensemble du processus de fabrication. Il est donc indispensable d’organiser une maintenance en fonction des besoins.

Pour ce faire et en complément de la surveillance vibratoire déjà intégrée, les valeurs de courant des trois phases sont mesurées sur l’un des ventilateurs. La mesure de la différence de phase fournit des informations supplémentaires sur l’état de santé du moteur du ventilateur.

La situation initiale

Une défaillance du compresseur sur cette installation a des conséquences importantes :

Arrêts machine, car la chaleur dégagée n’est pas suffisamment évacuée
Coûts liés à la perte de production
Frais de réparation élevés, le cas échéant
Risques pour la santé du personnel de production, car les vapeurs de brasage ne sont pas aspirées
Problèmes de qualité lors du marquage au laser, car les poussières fines ne sont pas aspirées de manière adéquate

Dans le pire des cas, cela entraîne une défaillance totale de toute la zone de production.

La surveillance vibratoire du ventilateur, y compris la transmission des données obtenues à moneo, fournit déjà des informations permettant de détecter d’éventuels dommages.

Cependant, pour une évaluation détaillée, il manque les données supplémentaires tant sur l’état électrique du ventilateur que sur le variateur de fréquence en amont.

Objectif du projet

Surveillance étendue de l’état du ventilateur en mesurant la différence de phase

L’objectif est d’assurer une surveillance étendue du bon fonctionnement du ventilateur en se concentrant sur :

Les enroulements du moteur
La liberté de mouvement des composants en rotation
L’électronique dans le variateur de fréquence

La réalisation

moneo|RTM est installé sur un serveur central. Les maîtres IO-Link sont connectés au serveur via un VLAN interne.

ifm offre une vaste gamme de composants d’automatisation. Pour cette application, trois convertisseurs de courant ZJF055 ainsi que le module d’entrée/sortie IO-Link AL2605 ont été choisis.

Un convertisseur de courant est glissé sur chaque câble d’alimentation des trois phases de courant alternatif U/V/W entre le convertisseur de fréquence et les bornes de raccordement sur le ventilateur. Les valeurs mesurées des convertisseurs sont fournies comme signal analogique 4 à 20 mA aux sorties signaux. L’AL2605 convertit ces valeurs de 4 à 20 mA en signaux IO-Link.

Les données sont fournies à moneo|RTM via un maître IO-Link de la série AL1352.

Les valeurs de consommation des trois câbles d’alimentation U/V/W doivent être mesurées à l’aide des trois convertisseurs de courant.

Pour obtenir des valeurs process pertinentes, la valeur de mesure du convertisseur de courant doit être convertie en valeur de courant originelle (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A) du convertisseur. Cela se fait dans moneo|RTM via la fonction «Valeurs calculées» (Calculated values).

Les détériorations électriques et mécaniques suivantes peuvent être détectées :

Courts-circuits sur l’enroulement du moteur
Entraves du mouvement des composants en rotation
Perturbations dans le convertisseur de fréquence

Les valeurs de courant déterminées sont utilisées pour :

Calculer la différence entre les trois phases
Déterminer le courant moyen des trois phases
Comparer les valeurs entre elles

La réussite

Optimisation des processus en passant d’une maintenance basée sur le temps à une maintenance préventive conditionnelle

Grâce à l’enregistrement complet des données, d’éventuelles perturbations peuvent être détectées à temps. Ainsi, les travaux de maintenance peuvent être planifiés et réalisés en fonction des besoins. La fiabilité du process de l’ensemble de l’installation est donc renforcée par un facteur décisif.

Les valeurs de courant permettent de tirer des conclusions sur d’éventuels courts-circuits au niveau de l’enroulement du moteur, des entraves du mouvement des composants en rotation et des perturbations du variateur de fréquence.

Structure du système

Convertisseur de courant
Module d’entrée/sortie IO-Link (par ex. AL2605)
Maître IO-Link (par ex. AL1352)

Tableau de bord

Créez un aperçu sur le tableau de bord moneo.

Sur le tableau de bord, l’utilisateur obtient un aperçu des valeurs process pertinentes pour cette installation.

Valeur de courant actuellement mesurée en mA U | V | W
Différence de phase U-V | V-W | W-U
Déséquilibre de courant U-V | V-W | W-U
Courant moyen de toutes les trois phases

Analyse

La fonction d’analyse permet à l’utilisateur d’accéder aux données d’historique et de comparer diverses valeurs process. Dans le diagramme, les valeurs de courant de U, V et W sont indiquées en mA.

On voit bien ici qu’il y a un dépassement pendant la phase de démarrage ① et qu’en fonctionnement normal ②, les valeurs de courant se stabilisent. Au moment où le moteur est arrêté ③, une petite crête se produit en raison des inductances dans le moteur.

Phase de démarrage
Mode de fonctionnement normal
Arrêt du moteur

Settings & Rules: gérer les valeurs limites

Valeurs limites statiques

Pour les machines triphasées, ce que l’on appelle le déséquilibre de courant ne devrait pas dépasser 10 %. Pour chaque valeur différentielle, une alarme est créée pour la valeur ≥10 %.

Alarme en cas de dépassement d’un écart de 10 % par rapport à U-V
Alarme en cas de dépassement d’un écart de 10 % par rapport à V-W
Alarme en cas de dépassement d’un écart de 10 % par rapport à W-U

Puisqu’il est possible d’utiliser la plage de tolérance jusqu’à 10 % lors du démarrage du moteur de ventilateur ou en cas de brusques changements, il n’y a pas de surveillance basée sur une valeur d’avertissement.

Valeur limite pour le seuil d’alarme
Temporisation pour le seuil d’alarme

Règles de traitement de ticket

Cette fonction permet de définir simplement ce qui doit se passer après le déclenchement d’un avertissement ou d’une alarme, par exemple:

Notification par e-mail
Intégration SAP

Pour les applications nécessitant des travaux d’entretien, il convient de planifier l’intervention de service à l’avance.

Calculated Values - valeurs calculées

Les valeurs calculées permettent de traiter des données process. Dans le présent cas d’utilisation, différents traitements ultérieurs sont effectués :

Conversion de l’analogique 4 à 20 mA en valeur de courant du convertisseur de courant pour le calcul du courant moteur
Calcul de la différence de phase
Calcul du courant moyen des trois phases
Calcul du déséquilibre de courant

Dans le présent cas d’utilisation, les trois phases du moteur d’entraînement sont surveillées et par conséquent, le calcul doit parfois être effectué plusieurs fois.

Conversion de l’analogique 4 à 20 mA en valeur de courant du convertisseur de courant pour le calcul du courant moteur

Le convertisseur de courant utilisé fournit un signal analogique de 4 à 20 mA, et celui-ci doit d’abord être converti en valeur process mA. Cela doit être fait pour chacune des 3 phases.

Courant moteur = (AIN-4000) * ((AEP-ASP)/(16000)) + ASP

Dataflow Modeler (modélisation des flux de données)

Valeur de courant analogique du convertisseur de courant (4 à 20 mA)
Constante : point de départ analogique (0 mA = 4 mA)
Constante : point final analogique (10000 mA = 20 mA)
Plage de courant : valeur analogique (20000 – 4000 = 16000)
Offset valeur analogique (4 à 20 mA à 0 à 16 mA)
Calcul : delta du point de départ au point final (AEP – ASP = ∆A)
Calcul : facteur pour courant à courant en mA (∆A / 16 mA = facteur)
Multiplication de la valeur du courant (0 à 16 mA) avec le facteur
Résultat de la valeur de courant en mA

Calcul de la différence de phase

Pour calculer le déséquilibre de courant, il faut d’abord calculer le courant différentiel entre les phases individuelles (U-V, V-W et W-U).

∆Courant moteur = courant moteur U - courant moteur V

Valeur de courant 1 d’un convertisseur de courant en mA, par ex. U
Valeur de courant 2 d’un convertisseur de courant en mA, par ex. V
Calcul de la différence absolue entre les phases U et V
Différence de courant en mA

Calcul du courant moyen des trois phases

Pour pouvoir indiquer le déséquilibre de courant en %, il faut d’abord créer une base de 100 %. À cette fin, la valeur moyenne des 3 phases est déterminée.

Courant moyen = (courant moteur U + courant moteur V + courant moteur W)/3

Valeur de courant U en mA
Valeur de courant V en mA
Valeur de courant W en mA
Addition des valeurs de courant de U et V
Addition de la valeur de courant de W
Nombre constant des phases = 3
Division du courant total par le nombre de phases
Résultat du courant moyen en mA

Calcul du déséquilibre de courant

Le déséquilibre de courant en pourcentage est calculé à partir des différences de courant (U-V, V-W et W-U) et du courant moyen des trois phases. Cette valeur est requise pour la création de valeurs limites dans le présent cas d’utilisation.

Déséquilibre de courant = (∆courant moteur)/(courant moyen) * 100