De technologie voor voorspellend onderhoud (PdM) die gebruik maakt van data-analyse en machine learning (ML) speelt een cruciale rol in Industrie 4.0, omdat het proactief apparaatbeheer, efficiëntie-optimalisatie, onderhoudsplanning en het minimaliseren van downtime mogelijk maakt, waardoor een sterkere duurzaamheid wordt gegarandeerd. Tijdige en nauwkeurige gegevensverzameling is de sleutel tot een succesvolle inzet van PdM.
De gegevens moeten ook integriteit hebben. De voeding kan gelijkspanning (VDC) en stroom (IDC), piekstroom (IPEAK), bedrijfstijd en vervangingstijd bewaken. Het is noodzakelijk om een motorstatusmonitor te gebruiken om parameters zoals trillingen, temperatuur, stroom en isolatieweerstand (aardfout) te bewaken.
Veel apparaten zoals hoogspanningsbedieningspanelen, stroomtransformatoren, hydraulische apparatuur, motoren en lagers, versnellingsbakken, enz. vereisen apparaten voor het bewaken van de thermische toestand, en al deze stroombronnen, motoren en thermische monitoringapparatuur moeten gegevens verzenden via Ethernet/IP of Modbus TCP-verbindingstechnologie voor realtime analyse.
Dit artikel introduceert eerst kort PdM en de talrijke voordelen ervan, en hoe u het kunt integreren in de Industrie 4.0-systeemarchitectuur. Verdiep u vervolgens in de talrijke PdM-apparaten en -software van Omron. Ontdek ten slotte hoe u kunstmatige intelligentie (AI) kunt gebruiken om de PdM-prestaties te optimaliseren.
PdM is een van de drie methoden voor onderhoud van apparatuur en faciliteiten. In termen van het balanceren van milieu- en bedrijfskosten valt deze aanpak tussen reactief onderhoud en preventief onderhoud in (Figuur 1). Een belangrijke overweging bij de keuze tussen deze drie opties is hoe het relatieve belang tussen milieukosten en commerciële kosten in evenwicht kan worden gebracht.
PdM bevindt zich tussen reactief onderhoud en preventief onderhoud
Figuur 1: PdM valt tussen reactief onderhoud en preventief onderhoud, waarbij zakelijke en omgevingsfactoren in balans zijn. (Afbeeldingsbron: Omron)
Bij reactief onderhoud worden storingen aangepakt nadat ze zich hebben voorgedaan, waardoor zowel de milieu- als de bedrijfskosten stijgen. Preventief onderhoud identificeert dreigende storingen door middel van regelmatige handmatige inspecties, waarbij prioriteit wordt gegeven aan de laagste milieukosten, maar dit kan resulteren in langdurige stilstand van apparatuur en buitensporige bedrijfskosten. Deze onderhoudsmethode wordt beschouwd als een andere vorm van reactief onderhoud, gedreven door vooraf vastgestelde en subjectieve plannen in plaats van directe apparatuurstoringen.
De opkomst van geavanceerde sensoren en AI- en ML-tools heeft de ontwikkeling van PdM-technologie gestimuleerd. Deze technologie kan technologische middelen gebruiken om de milieu- en bedrijfskosten in evenwicht te brengen.
Flexibel en schaalbaar
PdM-technologie is geen one size fits all-keuze. PdM-technologie is schaalbaar en flexibel en geschikt voor gecentraliseerde monitoring van afzonderlijke kritische apparatuur, meerdere apparatuur of de hele faciliteit. Op deze manier kunnen ondernemingen PdM op kleine schaal gaan inzetten en geleidelijk uitbreiden, waardoor productieonderbrekingen als gevolg van het achteraf aanpassen van bestaande faciliteiten zoveel mogelijk worden geminimaliseerd.
De schaalbare technologieoplossing wordt geïmplementeerd door compatibiliteit met meerdere componenten, waaronder sensoren, bewakingseenheden en controllers die naar behoefte kunnen worden uitgebreid en toegankelijk. Het gebruik van industriële communicatieprotocollen zoals Ethernet/IP en Modbus TCP vereenvoudigt de integratie met bestaande systemen en ondersteunt meerdere verbeterde functies, zoals gelijktijdige bewaking op afstand van meerdere apparaten.
Gebruik de bijbehorende schaalbare software voor data-analyse en beheer apparatuur vanaf verschillende locaties in het gecentraliseerde kantoorcontrolecentrum of de werkplaats.
Deze oplossingen kunnen worden geïntegreerd met bestaande apparatuur zonder dat grote reparaties nodig zijn, waardoor de flexibiliteit wordt vergroot. Na optimalisatie kunnen deze oplossingen worden gebruikt in vrijwel alle sectoren, zoals de voedingsmiddelen- en drankenindustrie, de automobielsector, de productie van medische apparatuur, halfgeleiders en elektronica, het leger en de ruimtevaart, logistiek en opslag, enz.
Deze flexibiliteit wordt ondersteund door een breed scala aan PdM-apparaten, die multidimensionale oplossingen omvatten zoals vermogensmonitoring, motorbedrijfsomstandigheden (stroom, trillingen, temperatuur, isolatieweerstand) en thermodynamische bedrijfsomstandigheden. Daarnaast kunnen standaard softwarefunctieblokken (FB's) worden gebruikt voor het verzamelen van gegevens, communicatie, gegevensverwerking en -analyse, het instellen van alarmen en het verzenden van notificaties, het vastleggen en rapporteren van gegevens, evenals het implementeren van op maat gemaakte PdM-analyses op basis van AI en ML.
Staatsmonitors vervangen eenvoudige sensoren
Het gebruik van statusmonitors in plaats van eenvoudige sensoren om de prestaties van apparaten te volgen en proactief onderhoud te realiseren is een belangrijk verschil tussen PdM en andere methoden. Net als sensoren worden er samen met de bewaakte apparaten ook staatsmonitors geïnstalleerd.
Sensoren kunnen echter worden ingezet via relatief eenvoudige protocollen zoals IO Link, terwijl statusmonitors complexere verbindingstechnologieën vereisen, zoals EtherNet/IP of Modbus TCP. Toestandsmonitors kunnen lokale gegevensverwerking uitvoeren en doorgaans toestanden weergeven die doorgaans niet verband houden met sensoren.
Via een of meer communicatiehubs kan de statusmonitor worden aangesloten op apparaten van een hoger niveau, zoals mens-machine-interfaces (HMI) die gecentraliseerde datavisualisatie mogelijk maken, of op programmeerbare logische controllers (PLC) of gecentraliseerde monitoringsystemen met uitgebreidere tools voor gegevensanalyse (waaronder AI en ML) (Afbeelding 2).
Omron PdM-oplossingssuite die afzonderlijk kan worden ingezet (klik om te vergroten)
Figuur 2: De PdM-oplossingssuite van Omron kan afzonderlijk worden ingezet, beginnend met kleinschalige monitoring van kritieke bedrijfsmiddelen en geleidelijk uitbreidend naar de gehele productie- of logistieke locatie, waardoor een alomvattende oplossing ontstaat. (Afbeeldingsbron: Omron)
Diep verkennen
Omron biedt een reeks PdM-apparaten en -software. De op Ethernet aangesloten S8VK-X slimme voeding kan bijvoorbeeld meerdere prestatieparameters meten, waaronder Vout en Iout voor het monitoren van het energieverbruik, evenals IPEAK voor het bepalen van overbelastingsomstandigheden.
Dit type voeding kan de werkelijke bedrijfstijd meten. Dit type voeding maakt ook gebruik van de Arrhenius-vergelijking om de resterende levensduur van elektrolytische condensatoren te schatten, wat aangeeft dat voor elke 10 ℃ stijging van de condensatortemperatuur de levensduur ongeveer wordt gehalveerd. Door de werkelijke bedrijfstemperatuur van de apparatuur te combineren, worden de voorspelde resultaten uiteindelijk weergegeven in de vorm van resterende jaren of percentage van de levensduur.
Het nominale vermogen van de S8VK-X-voeding bedraagt 30 W tot 480 W, met uitgangsspanningen van 5 VDC, 12 VDC en 24 VDC. Deze serie voedingen biedt ook modellen met geïntegreerde displays, zoals de S8VK-X48024A-EIP voeding, die een nominale spanning heeft van 24 VDC en een vermogen van 480 W; of modellen zonder geïntegreerde displays, zoals de S8VK-X03005-EIP-voeding, die een nominale spanning heeft van 5 VDC en een vermogen van 30 W.
Bewaking van de motorstatus is een belangrijk aspect van de PdM-technologie en de K6CM-motoronderhoudsmonitor van Omron is geschikt voor alle soorten waterpompen, maar ook voor motoren in HVAC, landbouw, roltrappen en de meeste andere motortoepassingen.
De motoronderhoudsmonitor kan worden gebruikt om trillingen en temperatuur, isolatieweerstand en motorstroom te bewaken. Daarnaast zijn er modellen die geschikt zijn voor driefasige ingangsvoedingen variërend van 100 V tot 240 VAC, 24 VAC of 24 VDC.
K6CM-VBMD-EIP kan trillingen en temperatuur bewaken via een spanning van 24 VAC/VDC. Alle temperatuurmonitors worden gebruikt in combinatie met de K6CM-VB1 trillings- en temperatuursensor, die bestaat uit een sensorkop op de motor en een voorversterker die deze op de monitor aansluit.
De combinatie van de K6CM-ISMD-EIP en de K6CM-ISZBI52 nulstroomtransformator (ZCT) en isolatieweerstandconversiesensor (IRT) die werkt op een spanning van 24 VAC of 24 VDC kan de gezondheidsstatus van de isolatieweerstand bewaken. De ZCT-functie wordt gebruikt om lekstroom in driefasige motorcircuits te meten, terwijl de IRT-functie wordt gebruikt om de isolatieweerstand tussen motorwikkelingen en aarde te meten.
De combinatie van K6CM-CIMA-EIP met een werkspanning van 100 VAC tot 240 VAC en K6CM-CICB400 stroomsensor met een nominale stroom van 400 A kan ook de motorstatus van driefasige inductiemotoren detecteren. Er kunnen ook andere modellen stroomsensoren met een stroombereik van 5 A tot 600 A worden gebruikt.
Deze monitoren maken gebruik van de volledige huidige diagnostische technologie van Omron, die abnormale omstandigheden zoals luchtzakken of luchtvervuiling kan detecteren door de afwijking tussen de ideale sinusgolf en de gemeten stroomgolfvorm te kwantificeren. Door de frequentiecomponenten van de gemeten stroomgolfvorm te analyseren, kunnen afwijkingen, onevenwichtigheden in de belasting of de adhesie van vreemde voorwerpen worden gekwantificeerd.
Het K6PM-bewakingssysteem voor de thermische toestand kan worden gebruikt om PdM-technologie te implementeren op verschillende industriële apparatuur, zoals hoogspanningsbedieningspanelen, transformatoren, hydraulische apparatuur, datacentra, lagers, versnellingsbakken, enz. Het systeem omvat de K6PM-THS3232 warmtebeeldcontroller en de K6PM-THMD-EIP warmtebeeld-infraroodsensor (IR), die temperaturen van 0 ° C tot +200 ° C kan bewaken.
Een K6PM thermische statuscontroller kan maximaal 31 IR-sensoren bewaken. Gratis pc-bewakingssoftware omvat een algoritme voor detectie van abnormale temperaturen en een temperatuuralarm op drie niveaus. De software ondersteunt ook door de gebruiker gedefinieerde alarmdrempels.