- moneo: IIoT platform
- Use cases
Tilstandsovervågning af en ventilator baseret på strømforbrug
Det centrale udsugningssystem i en produktionshal har flere ventilatorer. Ventilatorens effekt er afgørende for udsugningsprocessens kvalitet i hele produktionshallen.
Et udsugningsluftsystem kræves til forskellige produktionsprocesser. Det anvendes til udsugning af loddedampe og dampe fra lasermarkøren og for at sikre maskinens tilgængelighed, og dermed at hele produktionsprocessen kan fungere efter hensigten. Behovsbaseret vedligeholdelse er derfor afgørende.
For at realisere dette bliver alle tre fasers strømværdier detekteret på en af ventilatorerne ud over den allerede integrerede vibrationsovervågning. Målingen af faseforskellen giver yderligere information om ventilatormotorens tilstand.
Oprindelig situation
En kompressorfejl i dette anlæg har vidtrækkende konsekvenser:
- Maskin nedetider, fordi spildvarmen ikke bortledes tilstrækkeligt
- Omkostninger på grund af produktionstab
- Muligvis høje reparationsomkostninger
- Sundhedsrisici for produktionspersonalet, fordi loddedampe ikke udsuges
- Kvalitetsproblemer med lasermærkningen, fordi fint støv ikke udsuges tilstrækkeligt
I værste fald medfører dette et fuldstændigt svigt i hele produktionsområdet.
Overvågningen af ventilatorens vibration og dens data, der sendes til moneo, giver information til at detektere en mulig skade.
Men yderligere data om ventilatorens og opstrøms-frekvensomformerens elektriske tilstand er nødvendige til en omfattende vurdering.
Projektets formål
Udvidet tilstandsovervågning af ventilatoren ved at måle faseforskellen
Formålet er at sikre ventilatorens funktion ved at overvåge:
- motorviklingerne
- de roterende komponenters frie bevægelse
- elektronikken i frekvensomformeren
Implementering
moneo|RTM er installeret centralt på en server. IO-Link-masterne er forbundet til serveren via et internt VLAN.
ifm har et bredt udvalg af automatiseringskomponenter. Der blev valgt tre ZJF055-strømomformere og AL2605 IO-Link input/output-moduler til denne anvendelse.
Strømomformerne anvendes til alle forsyningsledninger til de tre AC-faser U/V/W mellem frekvensomformeren og ventilatorens tilslutningsklemmer. Omformernes målte værdier angives som 4...20 mA analoge signaler på signaludgangene. Disse værdier konverteres fra 4...20 mA- til IO-Link-signaler via AL2605.
Dataene gøres tilgængelige for moneo|RTM via en IO-Link-master i AL1352-serien.
Værdierne for de tre forsyningsledninger U/V/W's strømforbrug skal måles ved hjælp af tre strømomformere.
For at opnå brugbare procesværdier skal strømomformerens målte værdi konverteres til omformerens aktuelle strømværdi (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A). Dette gøres i moneo RTM via funktionen "Beregnede værdier".
Følgende elektriske og mekaniske skadesbilleder kan detekteres:
- Kortslutninger på motorviklingen
- Roterende komponenters træghed
- Fejl i frekvensomformeren
De fastsatte strømværdier anvendes til at
- beregne forskellen mellem de tre faser
- bestemme alle tre fasers middelstrøm
- sammenligne værdierne med hinanden
Resultat
Procesoptimering fra tidsbaseret til tilstandsbaseret vedligeholdelse
Takket være omfattende dataregistrering kan overhængende fejl detekteres på et tidligt tidspunkt. Vedligeholdelsesarbejde kan dermed planlægges og udføres efter behov. Dette tilføjer en afgørende faktor til hele anlæggets processikkerhed.
Strømværdier giver mulighed for at drage konklusioner om mulige kortslutninger på motorviklingen, roterende komponenters træghed og fejl i frekvensomformeren.
Dashboard
Få det store billede på moneo dashboardet.
Dashboardet leverer en oversigt til brugeren over de relevante procesværdier for dette anlæg.
- Strømværdi målt i mA U | V | W
- Faseforskel U-V | V-W | W-U
- Strøm asymmetri U-V | V-W | W-U
- Alle tre fasers middelstrøm
Analyse
Analysefunktionen kan anvendes til at tilgå historiske data og sammenligne forskellige procesværdier. Diagrammet viser strømværdierne U, V og W i mA.
Her kan det tydeligt ses, at der er en overskridelse i opstartsfasen ①, mens strømværdien stabiliseres i normal drift ②. I frakoblingsøjeblikket ③ er der en lille spidsbelastning på grund af induktans i motoren.
- Opstartsfase
- Normal drift
- Frakoblingsøjeblik
Indstillinger og regler: Administration af grænseværdier
Statiske tærskelværdier
Den såkaldte strøm asymmetri bør ikke overskride 10 % for trefasede maskiner. En alarm genereres for hver forskelsværdi, hvis værdien er ≥10 %.
- Alarm ved overskridelse af 10 % afvigelse fra U-V
- Alarm ved overskridelse af 10 % afvigelse fra V-W
- Alarm ved overskridelse af 10 % afvigelse fra W-V
Overvågning med hensyn til en advarselsgrænseværdi er ikke blevet implementeret, fordi toleranceområdet på op til 10 % kan blive anvendt, når ventilatormotoren starter op, eller der opstår pludselige belastningsændringer.
- Øverste alarmgrænse
- Forsinkelsestid til alarm-grænseværdien
Regler for behandling af tickets
Denne funktion kan bruges til nemt at definere, hvad der skal ske, efter at en advarsel eller alarm er blevet udløst, f.eks:
- E-mail meddelelse
- SAP integration
Til anvendelser, hvor vedligeholdelsesforanstaltninger er nødvendige, anbefales det at planlægge serviceeftersynet i god tid.
Beregnede værdier
Funktionen ”beregnede værdier” bruges til yderligere behandling af procesdata. I denne brugscase udføres der forskellige yderligere forarbejdningsprocesser:
- Konvertering af analog 4...20 mA til strømomformerens strømværdi for at beregne motorstrømmen
- Beregning af faseforskellen
- Beregning af alle tre fasers middelstrøm
- Beregning af strømasymmetri
I denne brugscase overvåges alle drivmotorens 3 faser, hvilket betyder, at beregningen nogle gange skal udføres flere gange.
Konvertering af analog 4...20 mA til strømomformerens strømværdi for at beregne motorstrømmen
Den anvendte strømomformer angiver et analogt signal på 4..20 mA, som først skal konverteres til en procesværdi i mA. Dette skal gøres for alle 3 faser.
Motorstrøm = (AIN-4.000) * ((AEP-ASP)/(16.000)) + ASP
Dataflow Modeler
- Strømomformerens analoge strømværdi (4...20 mA)
- Konstant: Analogt startpunkt (0 mA = 4 mA)
- Konstant: Analogt slutpunkt (10.000 mA = 20 mA)
- Strømspændvidde: Analog værdi (20.000 – 4.000 = 16.000)
- Offset analog værdi (4...20 mA til 0...16 mA)
- Beregning: Delta for startpunkt til slutpunkt (AEP – ASP = ∆A)
- Beregning: Faktor for strøm til strøm i mA (∆A / 16 mA = faktor)
- Multiplikation af strømværdien (0...16 mA) med faktoren
- Resultat af strømværdi i mA
Beregning af faseforskellen
For at beregne strømasymmetrien skal differensstrømmen mellem individuelle faser (U-V, V-W og W-U) først beregnes.
∆Motorstrøm = motorstrøm U - motorstrøm V
- Strømværdi 1 for en strømomformer i mA, f.eks. U
- Strømværdi 2 for en strømomformer i mA, f.eks. V
- Beregning af den absolutte forskel mellem fase U og V
- Strømforskel i mA
Beregning af alle tre fasers middelstrøm
For at kunne indikere strømasymmetrien i % er det først nødvendigt at skabe et 100 % grundlag ved at bestemme de 3 fasers gennemsnitlige værdi.
Middelstrøm = (motorstrøm U + motorstrøm V + motorstrøm W)/3
- Strømværdi U i mA
- Strømværdi V i mA
- Strømværdi W i mA
- Addition af strømværdierne U og V
- Addition af strømværdien W
- Konstant antal faser = 3
- Division af den samlede strøm med antal faser
- Resultat af middelstrømmen i mA
Beregning af strømasymmetri
Strøm asymmetrien i procent beregnes fra strømforskellene (U-V, V-W og W-U) og middelstrømmen for alle tre faser. Denne værdi kræves til oprettelse af grænseværdier i denne brugscase.
Strømasymmetri = (∆motorstrøm)/(middelstrøm) * 100 %
- Strømforskel U - V i mA
- Strømgennemsnit U - V - W
- Strømforskel delt med middelstrøm
- Konstant 100%
- Forholdet mellem strømforskel og strømgennemsnit ganget med 100 %
- Afrunding af resultatet til 1 decimal
- Output af strømasymmetri i procent
