- moneo: piattaforma IIoT
- Use cases
Condition Monitoring di un ventilatore in base alla corrente assorbita
L’impianto di aspirazione centrale di uno stabilimento di produzione è dotato di diversi ventilatori. La potenza del ventilatore è determinante per la qualità dell'aspirazione nell'intero stabilimento di produzione.
Un sistema di aspirazione dell'aria è necessario in diversi processi produttivi; viene utilizzato per estrarre i vapori di saldatura e del marcatore laser e per garantire la disponibilità della macchina e quindi dell'intero processo produttivo. L'organizzazione di una manutenzione basata sulla condizione è quindi essenziale.
A tal fine, su uno dei ventilatori vengono rilevati i valori di corrente di tutte e tre le fasi, oltre al monitoraggio delle vibrazioni già integrato. La misurazione della differenza degli assorbimenti nelle 3 fasi fornisce ulteriori informazioni sulle condizioni del motore del ventilatore.
Situazione iniziale
Un guasto al compressore in questo impianto ha conseguenze di vasta portata:
- Fermi macchina dovuti al calore residuo che non viene dissipato a sufficienza
- Costi per la perdita di produzione
- Eventuali costi di riparazione elevati
- Pericolo per la salute del personale di produzione poiché i fumi di saldatura non vengono aspirati
- Problemi di qualità nella marcatura laser dovuti alle polveri sottili che non vengono estratte in modo adeguato
Nel peggiore dei casi, questo porta ad un fermo totale dell'intera area di produzione.
Il monitoraggio delle vibrazioni del ventilatore e la sua connessione dati a moneo forniscono già informazioni per individuare eventuali danni.
Per un quadro di valutazione completo, mancano i dati aggiuntivi sulle condizioni elettriche del ventilatore e del convertitore di frequenza a monte.
Obiettivo del progetto
Monitoraggio esteso delle condizioni del ventilatore attraverso la misurazione della differenza dell'assorbimento nelle 3 fasi
L'obiettivo è quello di realizzare un monitoraggio completo della funzionalità del ventilatore:
- il monitoraggio degli avvolgimenti del motore
- il libero movimento dei componenti rotanti
- l'elettronica del convertitore di frequenza
Realizzazione
moneo|RTM è stato installato centralmente su un server. I master IO-Link sono stati collegati al server tramite una VLAN interna.
ifm offre un'ampia gamma di componenti di automazione. Per questa applicazione sono stati scelti tre trasformatori di corrente ZJF055 e il modulo di ingresso/uscita IO-Link AL2605.
I trasformatori di corrente vengono installati su tutte le linee di alimentazione delle tre fasi CA U/V/W tra il convertitore di frequenza e i morsetti di collegamento sul ventilatore. I valori misurati dai trasduttori sono disponibili come segnale analogico 4...20 mA sulle uscite di segnale. Questi segnali analogici 4...20mA vengono convertiti in valori IO-Link tramite il modulo AL2605.
I dati vengono forniti a moneo|RTM tramite un master IO-Link AL1352.
I valori dell'assorbimento di corrente delle tre linee di alimentazione U/V/W saranno misurati con l'aiuto di tre trasformatori di corrente.
Per ottenere valori di processo significativi, il valore misurato del trasformatore di corrente deve essere scalato nel valore di corrente effettivo (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A) del trasformatore. Questa operazione viene eseguita in moneo|RTM tramite la funzione "Valori calcolati” (Calculated values).
È possibile rilevare i seguenti andamenti tipici dei seguenti danni elettrici o meccanici:
- Cortocircuiti sull'avvolgimento del motore
- Lentezza dei componenti rotanti
- Anomalia nel convertitore di frequenza
Dai valori di corrente determinati viene:
- calcolata la differenza dell'assorbimento delle tre fasi
- rilevata la corrente media di tutte e tre le fasi
- eseguito un confronto dei valori tra loro
Risultato
Ottimizzazione dei processi da una manutenzione basata sul tempo ad una manutenzione basata sulle condizioni
Grazie alla registrazione completa dei dati, è possibile individuare tempestivamente imminenti anomalie. Gli interventi di manutenzione possono quindi essere programmati ed eseguiti secondo le necessità. Questo aggiunge un fattore decisivo all'affidabilità del processo dell'intero impianto.
I valori di corrente consentono di trarre conclusioni su eventuali cortocircuiti sull'avvolgimento del motore, sulla lentezza dei componenti rotanti e sulle anomalie del convertitore di frequenza.
Dashboard
Ottieni un quadro generale nella dashboard moneo
La dashboard fornisce all'utente una panoramica dei valori di processo rilevanti per questo impianto.
- Valore di corrente misurato in mA U | V | W
- Differenza tra le fasi U-V | V-W | W-U
- Squilibrio di corrente U-V | V-W | W-U
- Corrente media delle tre fasi
Analisi
La funzione di analisi permette all'utente di accedere ai dati storici e confrontare diversi valori di processo. Il diagramma mostra i valori di corrente di U, V e W in mA.
È facile notare che nella fase di avvio ① si verifica un picco, mentre nel funzionamento normale ② il valore della corrente si stabilizza. Nel momento di spegnimento ③ si verifica un piccolo picco dovuto alle induttanze del motore.
- Fase di avvio
- Funzionamento normale
- Momento di spegnimento
Impostazioni e regole: Gestire i valori soglia
Soglie statiche
L'assimetria di corrente non deve superare il 10% per le macchine trifase. Per ogni valore di differenza, viene creato un allarme per il valore ≥10%.
- Allarme al superamento del 10% di deviazione da U-V
- Allarme al superamento del 10% di deviazione da V-W
- Allarme al superamento del 10% di deviazione da W-V
Il monitoraggio di una soglia di avviso non viene applicato poiché la banda di tolleranza fino al 10% può essere utilizzata quando il motore del ventilatore si avvia o si verificano improvvisi cambiamenti di carico.
- Soglia per il limite di allarme
- Ritardo di risposta per soglia di allarme
Regole per l'elaborazione di ticket
Questa funzione può essere usata per definire facilmente cosa dovrebbe accadere dopo che un avviso o un allarme è stato attivato, ad esempio:
- Notifica via e-mail
- Integrazione SAP
Per le applicazioni che richiedono attività di manutenzione, è consigliabile pianificare in anticipo tale intervento di manutenzione.
Calculated values - Valori calcolati
I dati di processo possono essere ulteriormente elaborati attraverso i valori calcolati. In questo Use Case vengono eseguite diverse operazioni di elaborazione:
- Conversione analogica 4...20 mA in valore di corrente del trasformatore di corrente per il calcolo della corrente del motore
- Calcolo della differenza dell'assorbimento tra le 3 fasi
- Calcolo della corrente media delle tre fasi
- Calcolo dello squilibrio di corrente
In questo Use Case vengono monitorate tutte e 3 le fasi del motore di azionamento, il che significa che alcuni valori calcolati devono essere creati più volte.
Conversione analogica 4...20 mA in valore di corrente del trasformatore di corrente per il calcolo della corrente del motore
Il trasformatore di corrente utilizzato fornisce un segnale analogico di 4...20 mA che deve essere prima convertito nel reale assorbimento espresso in mA. Questa operazione deve essere eseguita per tutte e 3 le fasi.
Motor current = (AIN-4.000) * ((AEP-ASP)/(16.000)) + ASP
Dataflow Modeler
- Valore analogico del trasformatore di corrente (4...20 mA)
- Costante: punto iniziale analogico (0 mA = 4 mA)
- Costante: punto finale analogico (10.000 mA= 20 mA)
- Intervallo di corrente: range analogico (20.000 – 4.000 = 16.000)
- Offset valore analogico (4…20 mA a 0 … 16 mA)
- Calcolo: delta dal punto iniziale a quello finale (AEP - ASP = ∆A)
- Calcolo: fattore per corrente in mA (∆A / 16 mA = fattore)
- Moltiplicazione valore di corrente (0...16 mA) con fattore
- Risultato valore della corrente in mA
Calcolo della differenza dell'assorbimento tra le 3 fasi
Per calcolare l’asimmetria di corrente, occorre innanzitutto calcolare la corrente differenziale tra le singole fasi (U-V, V-W e W-U).
∆Motor Current = Motor Current U - Motor Current V
- Valore di corrente 1 di un trasformatore di corrente in mA, ad es. U
- Valore di corrente 2 di un trasformatore di corrente in mA, ad es. V
- Calcolo della differenza assoluta tra le fasi U e V
- Differenza di corrente in mA
Calcolo della corrente media delle tre fasi
Per poter specificare l'asimmetria di corrente a valle in %, è necessario creare prima una base del 100% per la quale viene determinato il valore medio delle 3 fasi.
Average Current = (Motor Current U + Motor Current V + Motor Current W)/3
- Valore di corrente U in mA
- Valore di corrente V in mA
- Valore di corrente W in mA
- Aggiunta dei valori di corrente di U e V
- Aggiunta del valore di corrente di W
- Numero costante delle fasi = 3
- Divisione della corrente totale per il numero delle fasi
- Risultato corrente media in mA
Calcolo dello squilibrio di corrente
L'asimmetria di corrente in percentuale viene calcolata dalle differenze di corrente (U-V, V-W e W-U) e dalla corrente media delle tre fasi. Questo valore è necessario per creare valori di soglia in questo Use Case.
Current Asymmetry = (∆Motor Current)/(Average Current) * 100%
- Differenza di corrente U - V in mA
- Corrente media U - V - W
- Differenza di corrente divisa per la corrente media
- Costante 100%
- Rapporto tra la differenza di corrente e la corrente media moltiplicato per il 100%
- Arrotondamento del risultato a 1 cifra decimale
- Uscita di corrente in percentuale
