moneo: IIoT-platform
Use cases

Conditiebewaking van een ventilator op basis van het stroomverbruik

De centrale afzuiginstallatie van een productiehal bevat meerdere ventilatoren. Het ventilatorvermogen is doorslaggevend voor de kwaliteit van de afzuiging in de complete productiehal.

In verschillende productieprocessen is afvoer van lucht nodig om soldeerdampen af te zuigen, afzuigen van dampen van de laserinstallaties en daarmee het garanderen van de beschikbaarheid van de machine en het complete productieproces erna. De organisatie van een behoefte-gebaseerd onderhoud is daarom onontbeerlijk.

Om dat te realiseren, wordt bij een van de ventilatoren, als aanvulling op de reeds geïntegreerde trillingsbewaking, het stroomverbruik van alle drie fasen gemonitoord. Het meten van het faseverschillen biedt extra informatie over de toestand van de ventilatormotor.

De uitgangssituatie

Uitval van de compressor bij deze installatie heeft grote gevolgen:

stilstand van de machine, omdat er onvoldoendewarmteafvoer k is
Kosten voor de uitval van productie
Mogelijk hoge reparatiekosten
Gevaar voor de gezondheid van het personeel, omdat soldeerdampen niet worden afgezogen
Kwaliteitsproblemen bij het aanbrengen van lasermarkeringen, omdat fijnstof niet adequaat wordt afgezogen

Dat resulteert in het ergste geval tot een totale uitval van de complete productieafdeling.

De trillingsbewaking op de ventilator en de dataverbinding daarvan met de moneo software levert reeds informatie om mogelijk opkomende schade op te sporen.

Voor een alles omvattende beoordeling ontbreekt aanvullende data over de elektrische toestand van de ventilator en de voorgeschakelde frequentieomvormer.

Doel van het project

Uitgebreide conditiebewaking van de ventilator door de meting van de faseverschillen

Het doel is, een uitgebreide monitoring van de functionaliteit van de ventilator:

de bewaking van de motorwikkelingen
de vrije beweging van de roterende componenten
de elektronica in de frequentieomvormer

De uitvoering

moneo|RTM is centraal op een server geïnstalleerd. De IO-Link-masters zijn via een interne VLAN verbonden met de server.

ifm beschikt over een breed portfolio automatiseringscomponenten. Voor deze toepassing zijn drie stroomomvormers ZJF055 en de IO-Link-ingangs-/uitgangsmodule AL2605 gekozen.

De stroomomvormers omsluiten alle voedingskabels van de drie wisselstroomfasen U/V/W tussen frequentieomvormer en de aansluitklemmen op de ventilator. De meetwaarden van de omvormers zijn beschikbaar als een 4...20mA analoog signaal op de signaaluitgangen. Deze waarden worden via de AL2605 omgezet van een 4...20mA signaal naar IO-Link.

Via een IO-Link master van de AL1352-serie worden de gegevens doorgegeven aan moneo|RTM.

De waarden van het stroomverbruik van de drie voedingskabels U/V/W moeten worden gemeten met behulp van drie stroomomvormers.

Om zinvolle proceswaarden te verkrijgen, moet de meetwaarde van de stroomomvormer worden omgezet in de werkelijke stroomwaarde (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A) van de omvormer. Dit gebeurt in moneo|RTM via de functie "Berekende waarden" (Calculated values).

De volgende elektrische en mechanische schadepatronen zijn vast te leggen:

Kortsluiting bij de motorwikkeling
Aanlopen van draaiende componenten
Storing in de frequentieomvormer

Uit de vastgestelde stroomwaarden:

wordt het verschil van de drie fasen berekend
de gemiddelde stroom van alle drie fasen wordt bepaald
Worden de waarden onderling vergeleken

Het resultaat

Procesoptimalisering van tijdgebaseerd onderhoud naar condition-based onderhoud

Dankzij de uitgebreide dataregistratie zijn beginnende storingen in een vroeg stadium te herkennen. Onderhoudswerkzaamheden kunnen zodoende naar behoefte worden gepland en uitgevoerd. Daarmee wordt de procesveiligheid van de gehele installatie met een doorslaggevende factor vergroot.

Uit de stroomwaarden zijn conclusies te trekken over eventuele aanwezige kortsluitingen bij de motorwikkeling, aanloopproblemen van draaiende componenten en storingen in de frequentieomvormer.

Systeemopbouw

Stroomomvormer
IO-Link-ingangs-/uitgangsmodule (AL2605)
IO-Link-master (AL1352)

Dashboard

Bekijk het overzicht in het moneo dashboard

In het dashboard krijgt de gebruiker een overzicht van de relevante proceswaarden voor deze installatie.

Actueel gemeten stroomwaarde in mA U | V | W
Faseverschil U-V | V-W | W-U
Stroomonbalans U-V | V-W | W-U
Gemiddelde stroom van alle drie fasen

Analyse

Via de analysefunctie kan de gebruiker toegang krijgen tot de historische data en verschillende proceswaarden met elkaar vergelijken. Het schema toont de stroomwaarden van U, V en W in mA.

Hier is goed te zien dat er in de opstartfase ① een overshoot is, terwijl tijdens normaal bedrijf ② de stroomwaarden zich stabiliseren. In het uitschakelmoment ③ ontstaat een kleine piekwaarde als gevolg van de inducties in de motor.

Opstartfase
Normaal bedrijf
Uitschakelmoment

Settings & Rules: Grenswaarden beheren

Statische grenswaarden

De zogenaamde stroomonbalans mag bij driefase machines niet meer dan 10% bedragen. Voor elke verschilwaarde wordt een alarm gecreëerd bij een waarde ≥10%.

Alarm bij overschrijden van 10%-afwijking van U-V
Alarm bij overschrijden van 10%-afwijking van V-W
Alarm bij overschrijden van 10%-afwijking van W-V

Een waarschuwingsgrenswaarde wordt niet bewaakt, omdat de tolerantieband tot maximaal 10% mag worden gebruikt wanneer de ventilatormotor opstart of er plotselinge lastwisselingen optreden.

Grenswaarde voor de alarmgrens
Vertragingstijd voor de alarmniveau

Ticket verwerkingsregels

Via deze functie kan eenvoudig worden gedefinieerd wat na activering van een waarschuwing of een alarm moet gebeuren, bijv.:

E-mailbericht
SAP-integratie

Voor applicaties die onderhoud vereisen, is het raadzaam de onderhoudsbeurt vooraf te plannen.

Calculated Values - berekende waarden

Met behulp van de berekende waarden is procesdata verder te verwerken. In deze use case worden verschillende verdere verwerkingen uitgevoerd:

Conversie analoog 4...20 mA naar stroomwaarde van de stroomomvormer om de motorstroom te berekenen.
Berekening van het faseverschil
Berekening van de gemiddelde stroom van de drie fasen
Berekening van de asymmetrie van de stromen

In deze use case worden alle 3 fasen van de aandrijfmotor bewaakt, wat betekent dat de berekening meerdere malen moet worden uitgevoerd.

Conversie analoog 4...20 mA naar stroomwaarde van de stroomomvormer om de motorstroom te berekenen

De gebruikte stroomomvormer levert een analoog signaal van 4...20 mA, dit eerst moet worden omgezet in een proceswaarde in mA. Dit moet gebeuren voor alle 3 fasen.

Motorstroom = (AIN-4.000) * ((AEP-ASP)/(16.000)) + ASP

Analoge stroomwaarde van de stroomomvormer (4...20 mA)
Constante: analoog startpunt (0 mA = 4 mA)
Constante: analoog eindpunt (10.000 mA = 20 mA)
Stroombereik: analoge waarde (20.000 – 4.000 = 16.000)
Offset analoge waarde (4…20 mA tot 0 … 16 mA)
Berekening: Delta startpunt tot eindpunt (AEP - ASP = ∆A)
Berekening: Factor voor stroom naar stroom in mA (∆A / 16 mA = factor)
Vermenigvuldiging stroomwaarde (0...16 mA) met factor
Resultaat stroomwaarde in mA

Berekening van het faseverschil

Om de stroomonbalans te berekenen, moet eerst de verschilstroom tussen de afzonderlijke fasen (U-V, V-W en W-U) worden berekend.

∆Motorstroom = motorstroom U - motorstroom V

Stroomwaarde 1 van een stroomomvormer in mA, bijv. U
Stroomwaarde 2 van een stroomomvormer in mA, bijv. V
Berekening van het absolute verschil tussen fase U en V
Stroomverschil in mA

Berekening van de gemiddelde stroom van de drie fasen

Om achteraf de stroomonbalans in % te kunnen specificeren, moet eerst een basis van 100% worden gecreëerd, waarvoor de gemiddelde waarde van de 3 fasen wordt bepaald.

Average Current = (Motor Current U + Motor Current V + Motor Current W)/3

Stroomwaarde U in mA
Stroomwaarde V in mA
Stroomwaarde W in mA
Optellen van de stroomwaarden van U en V
Optellen van de stroomwaarde van W
Constante aantal fasen = 3
Deling van de totale stroom door het aantal fasen
Resultaat gemiddelde stroom in mA

Berekenen van de asymmetrie van de stromen

De stroomonbalans in percentage wordt berekend uit de stroomverschillen (U-V, V-W en W-U) en de gemiddelde stroom van alle drie fasen. Deze waarde is vereist voor het instellen van de grenswaarden voor deze use case.

Current Asymmetry = (∆Motor Current)/(Average Current) * 100%