Condition-based monitoring med intelligente frekvensomformere

Ved indgangen til det nuværende årtusinde har vi oplevet en gennemgribende teknologisk udvikling, der har ført til helt ny måder at arbejde på i en digitaliseret verden. Dette er den fjerde industrielle revolution. Den første industrielle revolution fandt sted i det 18. og 19. århundrede og markerede en mekanisk omvæltning, der blev udløst af opfindelsen af dampmotoren. I slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede fulgte den anden industrielle revolution med indførelsen af masseproduktion, elektrificering og nye kommunikationsformer. Denne periode kaldes også den elektriske revolution. Senere i det 20. århundrede medførte den tredje industrielle revolution fremskridt inden for halvledere, databehandling, automatisering og internettet. Denne fase kaldes også den digitale revolution.

Den fjerde industrielle revolution er opstået som et resultat af netværksforbundne computere, mennesker og enheder, drevet af data og maskinlæring. Selvom begrebet "Industry 4.0" er ret vagt, kan det defineres som den intelligente netværksforbindelse mellem mennesker, enheder og systemer, hvor alle mulighederne ved digitalisering udnyttes på tværs af hele værdikæden.

Indvirkningen af Industry 4.0 på motorsystemer og byggestyringssystemer er en migration fra "automatiseringspyramiden" til "netværkssystemer". Det betyder, at systemets forskellige elementer, såsom motorer, frekvensomformere, sensorer og styringer, er indbyrdes tilsluttet og forbundet til en sky – et datacenter, hvor data lagres, behandles, analyseres, og hvor beslutninger træffes.

I et automatiseringsnetværk er mængden af data fremtrædende. Da data hovedsageligt produceres af sensorer, stiger antallet af sensorer i moderne automatiseringssystemer. Motorer og drevne maskiner som f.eks. ventilatorer, pumper og transportbånd er ikke de mest indlysende deltagere i et datanetværk. Sensorer er derfor nødvendige for at indsamle data fra disse maskiner. Sensorerne er forbundet til datanetværket ved hjælp af forskellige metoder til at udnytte dataene. Under indførelsen af et avanceret tilstandsovervågningssystem ses de ekstra omkostninger til sensorer og tilslutningsmuligheder ofte som en barriere.

Moderne frekvensomformere med variabel hastighed åbner for nye muligheder i Industry 4.0-automatiseringsnetværket og i byggestyringssystemer. Frekvensomformere er traditionelt blevet betragtet som effektprocessorer til styring af hastigheden for motorer, ventilatorer, transportbånd og/eller pumper. I dag er frekvensomformere også en del af informationskæden, idet fordelene ved indbygget processorkraft, lagerkapacitet og kommunikationsgrænseflade i frekvensomformeren udnyttes.

Følgende er forskellige typer vedligeholdelsesstrategier:

• Korrigerende vedligeholdelse: Produktet udskiftes efter en fejl.
• Forebyggende vedligeholdelse: Produktet udskiftes, før en fejl opstår, selvom der ikke modtages notifikationer fra produktet.
• Tilstandsbaseret vedligeholdelse: Produktet giver en advarsel, når produktets faktiske levetid afviger fra den forventede levetid, og mulige grundårsager er angivet.
• Prædikativ vedligeholdelse: Produktet giver en advarsel, før det når de beregnede driftstimer, så der kan iværksættes en servicehandling.

Korrigerende og forebyggende vedligeholdelse er fejlbaseret (hændelse) eller tidsbaseret. Derfor udføres vedligeholdelse i tilfælde af fejl (korrigerende) eller efter forudbestemte driftstimer (forebyggende). Disse vedligeholdelsestyper bruger ikke feedback fra den faktiske applikation.

Med introduktionen af Industry 4.0 og tilgængeligheden af sensordata er tilstandsbaseret og prædiktiv vedligeholdelse nu mulig. Sådanne vedligeholdelsesstrategier bruger faktiske sensordata til at bestemme udstyrets tilstand under drift (tilstandsbaseret vedligeholdelse) eller til at forudsige fremtidige fejl (prædiktiv vedligeholdelse).

Tilstandsbaseret vedligeholdelse er den nemmeste og mest intuitive vedligeholdelsesmetode baseret på data fra den faktiske applikation. De indsamlede data bruges til at overvåge udstyrets tilstand under drift. Til dette formål udvælges nøgleparametre som indikatorer for at identificere fejl, der er under udvikling. Tilstanden af en udstyrsdel forringes typisk over tid. Dette illustreres af P-f-kurven, som viser et typisk nedbrydningsmønster. Funktionsfejl opstår, når udstyret ikke udfører den tilsigtede funktion. Idéen med tilstandsbaseret vedligeholdelse er at opdage potentielle fejl, før en faktisk fejl opstår.

Fordele ved at planlægge vedligeholdelseshandlinger

• Reduktion af nedetid
• Eliminering af uventede produktionsstop
• Vedligeholdelsesoptimering
• Reduktion af reservedelslager

En integreret del af tilstandsbaseret vedligeholdelse omfatter overvågning af udstyrets tilstand. I applikationer med variabel hastighed afhænger applikationens tilstand ofte af hastigheden. Vibrationsniveauerne har f.eks. tendens til at blive højere ved højere hastigheder, selvom dette forhold ikke er lineært. Der kan forekomme resonanser ved bestemte hastigheder, som forsvinder, når hastigheden øges.

Brug af et uafhængigt system til at overvåge tilstanden i en applikation med variabel hastighed kompliceres af behovet for at kende hastigheden og den korrelerende overvågede værdi med hastigheden. Brug af frekvensomformere til tilstandsovervågning ("frekvensomformer som sensor" eller "frekvensomformer som sensorhub") er en fordelagtig løsning, da oplysningerne om applikationshastighed allerede findes i frekvensomformeren. Desuden er oplysninger om belastning/motormoment og acceleration let tilgængelige i frekvensomformeren.

Få mere at vide om tilstandsovervågning i manualen og videoen

I dag er frekvensomformere mere end simple effektprocessorer. Frekvensomformere er i stand til at fungere som sensorer og sensorhubs til at behandle, lagre og analysere data, de indeholder mange tilslutningsmuligheder, og de er derfor vitale elementer i moderne automatiseringssystemer.

Frekvensomformere er ofte allerede til stede i automatiseringsinstallationer og udgør derfor en stor mulighed for at opgradere til Industry 4.0.

Dette gør det muligt at udføre vedligeholdelse på nye måder, f.eks. tilstandsbaseret vedligeholdelse (condition-based monitoring). Funktionerne er allerede tilgængelige i nogle frekvensomformere, og tidlige brugere er allerede begyndt at bruge frekvensomformeren som en sensor.