Tilstandsovervåking med intelligente frekvensomformere

I overgangen til dette årtusenet har vi vært vitne til en dyptgående teknologisk endring som har ført til en helt ny måte å jobbe på i en digital verden. Dette er den fjerde industrielle revolusjonen. Den første industrielle revolusjonen, som fant sted i det 18. og 19. århundre, var en mekanisk revolusjon, utløst av oppfinnelsen av dampmotoren. På slutten av det 19. og begynnelsen av det 20. århundre fant den andre industrielle revolusjonen sted med masseproduksjon, elektrifisering og endringer i kommunikasjon. Denne perioden kalles også den elektriske revolusjonen. Senere i det 20. århundre førte den tredje industrielle revolusjonen til fremskritt innen halvledere, databehandling, automatisering og Internett. Denne fasen kalles også den digitale revolusjonen.

Den fjerde industrielle revolusjonen har oppstått som et resultat av nettverk av datamaskiner, mennesker og enheter drevet av data og maskinlæring. Begrepet "Industry 4.0" er ganske vagt, men en mulig definisjon av Industry 4.0 beskriver intelligent nettverkskobling av mennesker, enheter og systemer ved å utnytte alle mulighetene for digitalisering i hele verdikjeden.

Industry 4.0s påvirkning på motorsystemer og bygningsstyresystemer er en migrasjon fra "automasjonspyramiden" til "nettverksbaserte systemer". Dette betyr at de ulike elementene i systemet, som motorer, omformere, sensorer og kontrollere, er sammenkoblet og koblet til en sky - et datasenter der data lagres, behandles og analyseres, og beslutninger tas.

I et automatiseringsnettverk er datamengden betydelig. Data produseres hovedsakelig av sensorer, og antallet sensorer i moderne automatiseringssystemer er økende. Motorer og drevne maskiner som vifter, pumper og transportbånd er ikke de mest åpenbare bestanddelene i et datanettverk. Derfor er det nødvendig med sensorer for å samle inn data fra disse maskinene. Sensorene kobles til datanettverket på ulike måter for å utnytte dataene. Tilleggskostnaden med sensorer og tilkoblingsmuligheter blir ofte oppfattet som en hindring under innføring av avanserte tilstandsovervåkingssystemer.

Moderne frekvensomformere med variabel hastighet åpner for nye muligheter i Industry 4.0-automasjonsnettverket og i bygningsstyresystemer. Tradisjonelt er frekvensomformere blitt ansett som strømprosessorer for hastighetsstyring av motorer, vifter, transportbånd og/eller pumper. I dag er omformere også en del av informasjonskjeden, og drar nytte av innebygd prosessorkraft, lagringskapasitet og kommunikasjonsgrensesnitt internt i frekvensomformeren.

Følgende er forskjellige typer vedlikeholdsstrategier:

• Korrigerende vedlikehold: Produktet byttes etter en feil.
• Forebyggende vedlikehold: Produktet byttes før en feil, selv om det ikke er mottatt noen varslinger fra produktet.
• Tilstandsbasert vedlikehold: Produktet gir en advarsel når produktets faktiske levetid avviker fra forventet levetid, og mulige underliggende årsaker angis.
• Prediktivt vedlikehold: Produktet gir en advarsel for å iverksette servicetiltak før produktet når det beregnede antallet driftstimer.

Korrigerende og forebyggende vedlikehold er basert på feil (hendelser) eller tidsrom. Vedlikehold utføres derfor i tilfelle det oppstår feil (korrigerende) eller etter et bestemt antall driftstimer (forebyggende). Disse vedlikeholdstypene bruker ikke tilbakemeldinger fra selve applikasjonen.

Med lanseringen av Industry 4.0 og tilgjengeligheten av sensordata er tilstandsbasert og prediktivt vedlikehold nå mulig. Slike vedlikeholdsstrategier bruker faktiske sensordata for å fastslå tilstanden til utstyret i service (tilstandsbasert vedlikehold) eller for å forutsi fremtidige feil (prediktivt vedlikehold).

Tilstandsbasert vedlikehold er den enkleste og mest intuitive vedlikeholdsteknikken basert på data fra den faktiske applikasjonen. De innsamlede dataene brukes til å overvåke tilstanden til utstyret i drift. Til dette formålet velges nøkkelparametere som indikatorer for å identifisere feil som er under utvikling. Tilstanden til utstyr forringes vanligvis over tid. Dette illustreres av P-f-kurven, som viser et typisk forringelsesmønster. Funksjonsfeil oppstår når utstyret ikke lenger utfører den tiltenkte funksjonen. Tanken bak tilstandsbasert vedlikehold er å oppdage den potensielle feilen før en faktisk feil oppstår.

Fordeler ved å planlegge vedlikeholdstiltak

• Færre avbrudd
• Eliminering av uventede produksjonsstans
• Optimalisering av vedlikeholdet
• Reduksjon av reservedelslager

Overvåking av utstyrets tilstand er en integrert del av tilstandsbasert vedlikehold. I applikasjoner med variabel hastighet avhenger applikasjonens tilstand ofte av hastigheten. For eksempel har vibrasjonsnivåene en tendens til å bli høyere ved høyere hastigheter, selv om dette forholdet ikke er lineært. Resonanser kan faktisk oppstå ved visse hastigheter, og deretter forsvinne når hastigheten økes.

Bruk av et uavhengig system for å overvåke tilstanden til en applikasjon med variabel hastighet kompliseres av behovet for å kjenne hastigheten og den overvåkede, korrelerende verdien. Bruk av frekvensomformere til tilstandsovervåking («frekvensomformer som sensor» eller «frekvensomformer som sensor-hub») er en fordelaktig løsning, ettersom informasjon om applikasjonshastighet allerede finnes i frekvensomformeren. I tillegg er informasjon om last/motormoment og akselerasjon lett tilgjengelig i frekvensomformeren.

Finn ut mer i det tekniske dokumentet og videoen om CBM

Dagens frekvensomformere er mer enn bare strømprosessorer. Frekvensomformere kan fungere som sensorer og sensor-huber, de kan behandle, lagre og analysere data, og med tilkoblingsmuligheter er de viktige elementer i moderne automasjonssystemer.

Frekvensomformere finnes ofte allerede i automasjonsinstallasjoner, og er derfor en god mulighet til å oppgradere til Industry 4.0.

Dette muliggjør nye måter å utføre vedlikehold på, for eksempel tilstandsbasert vedlikehold. Funksjonene er allerede tilgjengelige i noen frekvensomformere, og noen brukere har allerede begynt å bruke frekvensomformeren som sensor.