- moneo: IIoT-plattform
- Use cases
Tillståndsövervakning av en fläkt baserat på strömförbrukningen
Det centrala avgassystemet i en produktionshall har flera fläktar. Fläkteffekten är avgörande för kvaliteten på avgasprocessen i hela produktionshallen.
För olika produktionsprocesser krävs ett frånluftssystem. Det används för att suga ut lödningsångor och ångor från lasermarkören och för att säkerställa maskinens tillgänglighet och därmed en smidig drift av hela produktionsprocessen. Ett behovsbaserat underhåll är därför viktigt.
För att uppnå detta registreras strömvärdena för alla tre faserna på en av fläktarna, utöver den redan integrerade vibrationsövervakningen. Genom att mäta fasskillnaden får du ytterligare information om fläktmotorns tillstånd.
Utgångsläge
Ett kompressorstopp i denna anläggning får långtgående konsekvenser:
- Maskinstillestånd eftersom spillvärmen inte avleds tillräckligt
- Kostnader till följd av produktionsbortfall
- Eventuellt höga reparationskostnader
- Hälsorisker för produktionspersonalen eftersom lödningsångorna inte sugs ut
- Kvalitetsproblem vid lasermärkning eftersom finkornigt damm inte sugs ut tillräckligt
I värsta fall leder detta till att hela produktionsområdet havererar.
Vibrationsövervakningen av fläkten och de data som skickas till moneo ger information för att upptäcka eventuella skador.
Men för att göra en heltäckande bedömning krävs ytterligare uppgifter om fläktens och den uppströms placerade frekvensomvandlarens elektriska tillstånd.
Projektets mål
Utökad övervakning av fläktens tillstånd genom mätning av fasdifferensen
Syftet är att säkerställa fläktens funktionsduglighet genom övervakning av:
- motorlindningarna
- de roterande komponenternas fria rörlighet
- elektroniken i frekvensomvandlaren
Implementering
moneo|RTM installeras centralt på en server. Flera IO-Link-master ansluts till en server via ett internt VLAN.
ifm har ett stort utbud av automatiseringskomponenter. Tre ZJF055-strömomvandlare och en AL2605-IO-Link-ingångs-/utgångsmodul valdes för den här applicationen.
Strömomvandlarna används för alla matarledningar för de tre växelströmsfaserna U/V/W mellan frekvensomvandlaren och fläktens anslutningsterminaler. De uppmätta värdena från omvandlarna tillhandahålls som analoga 4–20 mA-signaler i signalutgångarna. Dessa värden konverteras från 4–20 mA till IO-Link-signaler via AL2605.
Data görs tillgängliga för moneo|RTM via en IO-Link-master i AL1352-serien.
Värdena för strömförbrukningen i de tre matarledningarna U/V/W ska mätas med hjälp av tre strömomvandlare.
För att få användbara processvärden måste strömomvandlarens uppmätta värde omvandlas till omvandlarens faktiska strömvärde (4 mA ≙ 0 A, 20 mA ≙ 50 A). Detta görs i moneo RTM via funktionen "Beräknade värden".
Följande elektriska och mekaniska skademönster kan upptäckas:
- Kortslutningar på motorlindningen
- Tröghet hos roterande komponenter
- Fel i frekvensomvandlaren
De fastställda strömvärdena används för att
- beräkna skillnaden mellan de tre faserna
- bestämma den genomsnittliga strömmen för alla tre faserna
- jämföra värdena med varandra
Resultat
Processoptimering från tidsbaserat till tillståndsbaserat underhåll
Tack vare omfattande dataregistrering kan överhängande fel upptäckas i ett tidigt skede. Underhållsarbeten kan därmed planeras och utföras vid behov. Detta bidrar på ett avgörande sätt till hela anläggningens processäkerhet.
Strömvärdena gör det möjligt att dra slutsatser om eventuella kortslutningar i motorlindningen, tröghet hos roterande komponenter och fel i frekvensomvandlaren.
Manöverpanel
Översikt över moneos manöverpanel.
Manöverpanelen ger användaren en överblick över alla relevanta processvärden för denna anläggning.
- Uppmätt strömvärde i mA U | V | W
- Fasskillnad U-V | V-W | W-U
- Strömasymmetri U-V | V-W | W-U
- Genomsnittlig ström för alla tre faserna
Analys
Analysfunktionen kan användas för att få tillgång till historiska data och jämföra olika processvärden. Diagrammet visar strömvärdena för U, V och W i mA.
Här kan man tydligt se att det i startfasen ① sker ett överskridande, medan strömvärdet stabiliseras under normal drift ②. I avstängningsögonblicket ③ finns en liten topp på grund av induktanserna i motorn.
- Startfas
- Normal drift
- Avstängningsögonblick
Inställningar och regler: Hantera tröskelvärden
Statiska trösklar
Den så kallade strömasymmetrin bör inte överstiga 10 % för trefasmaskiner. För varje differensvärde skapas ett larm om värdet är ≥ 10 %.
- Larm vid över 10 % avvikelse från U-V
- Larm vid över 10 % avvikelse från V-W
- Larm vid över 10 % avvikelse från W-V
Övervakning med avseende på ett gränsvärde för varning har inte genomförts eftersom toleransbandet på upp till 10 % kan användas när fläktmotorn startar eller plötsliga belastningsförändringar sker.
- Övre larmtröskel
- Fördröjningstid för larmtröskeln
Regler för ärendehantering
Den här funktionen kan användas för att enkelt definiera vad som ska hända efter att en varning eller ett larm har utlösts, t.ex:
- Meddelande via e-post
- SAP-integrering
För applikationer där underhållsåtgärder är nödvändiga är det lämpligt att planera servicebesöket i god tid.
Beräknade värden
Funktionen “Beräknade värden” används för att vidarebearbeta processdata. I detta use case utförs olika ytterligare behandlingsåtgärder:
- Konvertering av analog 4–20 mA till strömvärdet för strömomvandlaren för att beräkna motorströmmen
- Beräkning av fasdifferensen
- Beräkning av den genomsnittliga strömmen för de tre faserna
- Beräkning av strömasymmetrin
I detta use case övervakas alla tre faserna i drivmotorn, vilket innebär att beräkningen ibland måste utföras flera gånger.
Konvertering av analog 4–20 mA till strömvärdet för strömomvandlaren för att beräkna motorströmmen
Den strömomvandlare som används ger en analog signal på 4–20 mA som först måste omvandlas till ett processvärde i mA. Detta måste göras för alla tre faserna.
Motorström = (AIN-4000) * ((AEP-ASP)/(16000)) + ASP
Dataflow Modeler
- Analogt strömvärde för strömomvandlaren (4–20 mA)
- Konstant: Analog startpunkt (0 mA = 4 mA)
- Konstant: Analog slutpunkt (10000 mA = 20 mA)
- Strömspann: Analogt värde (20000–4000 = 16000)
- Offset analogt värde (4...20 mA to 0...16 mA)
- Beräkning: Delta för startpunkt till slutpunkt (AEP–ASP = ∆A)
- Beräkning: Faktor för ström till ström i mA (∆A/16 mA = faktor)
- Multiplikation av strömvärdet (0–16 mA) med faktorn
- Resultat för strömvärde i mA
Beräkning av fasdifferensen
För att beräkna strömasymmetrin måste man först beräkna differentialströmmen mellan de enskilda faserna (U-V, V-W och W-U).
∆Motorström = motorström U - motorström V
- Strömvärde 1 för en strömomvandlare i mA, t.ex. U
- Strömvärde 2 för en strömomvandlare i mA, t.ex. V
- Beräkning av den absoluta skillnaden mellan fas U och V
- Strömskillnad i mA
Beräkning av den genomsnittliga strömmen för de tre faserna
För att kunna ange strömasymmetrin i procent måste man först skapa en hundraprocentsbas genom att bestämma medelvärdet för de tre faserna.
Genomsnittlig ström = (motorström U + motorström V + motorström W)/3
- Strömvärde U i mA
- Strömvärde V i mA
- Strömvärde W i mA
- Addition av strömvärdena för U och V
- Addition av strömvärdet för W
- Konstant antal faser = 3
- Division av den totala strömmen med antalet faser
- Resultat av den genomsnittliga strömmen i mA
Beräkning av strömasymmetrin
Strömasymmetrin i procent beräknas från strömskillnaderna (U-V, V-W och W-U) och den genomsnittliga strömmen för alla tre faserna. Detta värde krävs för att skapa gränsvärden i detta användningsfall.
Strömassymmetri = (∆motorström)/(genomsnittlig ström) * 100 %
- Strömskillnad U - V i mA
- Strömgenomsnitt U - V - W
- Strömskillnad dividerad med genomsnittlig ström
- Konstant 100%
- Förhållandet mellan strömskillnaden och strömgenomsnittet multiplicerat med 100 %
- Avrundning av resultatet till en decimal
- Utvärde för strömasymmetrin i procent
