Kunnonvalvontaa älykkäillä taajuusmuuttajilla

Kuluvalle vuosituhannelle siirtyminen on tuonut mukanaan syvällisen teknologisen muutoksen, joka on johtanut täysin uuteen työskentelytapaan digitaalisessa maailmassa. Kyse on neljännestä teollisesta vallankumouksesta. Ensimmäinen teollinen vallankumous, joka ajoittui 1700- ja 1800-luvuille, oli höyrymoottorin keksimisen laukaisema mekaaninen vallankumous. 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alkupuolella toinen teollinen vallankumous toi mukanaan massatuotannon, sähköistymisen ja viestintätapojen muutokset. Tätä ajanjaksoa kutsutaan myös sähköiseksi vallankumoukseksi. Myöhemmin 1900-luvulla kolmas teollinen vallankumous toi mukanaan puolijohteisiin, tietotekniikkaan, automaatioon ja internetiin liittyviä edistysaskelia. Tätä vaihetta kutsutaan myös digitaaliseksi vallankumoukseksi.

Neljäs teollinen vallankumous on syntynyt tietokoneiden, ihmisten ja laitteiden verkottumisen seurauksena, ja sitä ovat vahvistaneet data ja koneoppiminen. Vaikka nimi "Teollisuus 4.0" on melko epämääräinen, Teollisuus 4.0:n mahdollinen määritelmä kuvaa ihmisten, laitteiden ja järjestelmien älykästä linkittymistä toisiinsa hyödyntämällä kaikkia digitalisaation mahdollisuuksia koko arvoketjussa.

Teollisuus 4.0:n vaikutus moottorijärjestelmiin ja talotekniikan hallintajärjestelmiin tarkoittaa siirtymistä "automaatiopyramidista" "verkottuneisiin järjestelmiin". Tämä tarkoittaa, että järjestelmän eri osat, kuten moottorit, taajuusmuuttajat, anturit ja ohjaimet, on yhdistetty toisiinsa ja pilveen – datakeskukseen, jossa tietoja tallennetaan, käsitellään ja analysoidaan ja jossa päätökset tehdään.

Automaatioverkossa datan määrä on merkittävä. Koska dataa tuottavat pääasiassa anturit, nykyaikaisissa automaatiojärjestelmissä antureita on yhä enemmän. Moottorit ja käytettävät koneet, kuten puhaltimet, pumput ja kuljettimet, eivät ole tietoverkon ilmeisimpiä osapuolia. Siksi antureita tarvitaan tietojen keräämiseen näiltä koneilta. Anturit liitetään tietoverkkoon eri tavoin tietojen hyödyntämiseksi. Kehittyneen kunnonvalvontajärjestelmän käyttöönoton aikana anturien ja liitettävyyden tuomat lisäkustannukset nähdään usein esteenä.

Nykyaikaiset muuttuvanopeuksiset taajuusmuuttajat tuovat uusia mahdollisuuksia Teollisuus 4.0 -automaatioverkossa ja talotekniikan hallintajärjestelmissä. Taajuusmuuttajia on perinteisesti pidetty tehoprosessoreina, joilla ohjataan moottorin, puhaltimen, kuljettimen ja/tai pumpun nopeutta. Nykyisin taajuusmuuttajat ovat myös osa tietoketjua, jossa hyödynnetään taajuusmuuttajan sisäistä prosessointitehoa, tallennuskapasiteettia ja tiedonsiirtoliitäntää.

Seuraavassa esitellään erilaisia huoltostrategioita:

• Korjaava huolto: Tuote vaihdetaan vian jälkeen.
• Ennaltaehkäisevä huolto: Tuote vaihdetaan ennen vikaa, vaikka tuotteesta ei tule ilmoituksia.
• Kunnossapito: Tuote antaa varoituksen, kun tuotteen todellinen elinkaari poikkeaa odotetusta elinkaaresta ja mahdolliset perussyyt on ilmoitettu.
• Ennakoiva huolto: Tuote antaa varoituksen ennen suunniteltujen käyttötuntien saavuttamista, jotta huoltotoimenpiteet voidaan aloittaa.

Korjaava ja ennaltaehkäisevä huolto perustuu vikaan (tapahtumaan) tai aikaan. Huolto suoritetaan, kun esiintyy vikoja (korjaava), tai ennalta määritettyjen käyttötuntien jälkeen (ennaltaehkäisevä). Tällaiset huollot eivät hyödynnä varsinaisesta sovelluksesta saatua palautetta.

Teollisuus 4.0:n käyttöönoton ja anturitietojen saatavuuden myötä kunnossapito ja ennakoiva huolto on nyt mahdollista. Tällaiset huoltostrategiat hyödyntävät todellisia anturitietoja käytössä olevien laitteiden kunnon määrittämiseen (kunnossapito) tai tulevien vikojen ennustamiseen (ennakoiva huolto).

Kunnossapito on helpoin ja intuitiivisin huoltotekniikka, joka perustuu todellisen sovelluksen tietoihin. Kerätyillä tiedoilla seurataan käytössä olevien laitteiden kuntoa. Tätä tarkoitusta varten tärkeimmät parametrit valitaan indikaattoreiksi kehittyvien vikojen tunnistamiseksi. Laitteiston kunto heikkenee tyypillisesti ajan myötä. Tätä havainnollistaa P-f-käyrä, joka kuvaa kunnon heikkenemisen tyypillistä kaavaa. Toiminnallinen vika ilmenee, kun laite ei pysty suorittamaan tarkoitettua toimintoa. Kunnossapidon tarkoituksena on havaita potentiaalinen vika ennen sen ilmenemistä.

Huoltotoimien suunnittelun edut

• Käyttökatkojen vähentäminen
• Odottamattomien tuotantokatkosten eliminointi
• Huollon optimointi
• Varaosavaraston pienentäminen

Kunnossapitoon kuuluu olennaisena osana laitteiden kunnonvalvonta. Portaattoman nopeudensäädön sovelluksissa sovelluksen tila riippuu usein nopeudesta. Esimerkiksi tärinätasot kasvavat yleensä suuremmilla nopeuksilla, vaikka tämä suhde ei olekaan lineaarinen. Tietyillä nopeuksilla voi esiintyä resonanssia, joka häviää nopeuden kasvaessa.

Erillisen järjestelmän käyttäminen portaattoman nopeudensäädön sovelluksen tilan valvontaan on monimutkaista, koska nopeus ja nopeuden kanssa korreloiva valvottava arvo on oltava tiedossa. Taajuusmuuttajien käyttö kunnonvalvontaan ("taajuusmuuttaja anturina" tai "taajuusmuuttaja anturikeskuksena") on hyödyllinen ratkaisu, koska sovellusnopeuden tiedot ovat jo saatavilla taajuusmuuttajassa. Lisäksi taajuusmuuttajassa on helposti saatavilla tietoja kuormasta/moottorin momentista ja kiihdytyksestä.

Lue lisää kunnonvalvontaraportista ja katso video

Nykyisin taajuusmuuttajat ovat muutakin kuin pelkkiä tehoprosessoreita. Koska taajuusmuuttajat pystyvät toimimaan antureina ja anturikeskuksina, käsittelemään, tallentamaan ja analysoimaan tietoja sekä toimimaan yhteysväylinä, ne ovat nykyisten automaatiojärjestelmien keskeisiä elementtejä.

Taajuusmuuttajat ovat usein jo valmiina automaatioasennuksissa, joten ne tarjoavat erinomaisen mahdollisuuden päivittää Teollisuus 4.0:aan.

Tämä luo uudenlaisia mahdollisuuksia huollon toteuttamiseen, kuten laitteen kunnossapito. Toiminnot ovat jo käytettävissä joissakin taajuusmuuttajissa, ja edelläkävijät ovat jo alkaneet käyttää taajuusmuuttajaa anturina.