Mentenanța predictivă în cadrul liniilor de producție – o abordare inteligentă

Dacă doriți o abordare predictivă, aveți nevoie de monitorizarea continuă a echipamentelor, iar noi suntem aici pentru a vă oferi elementele senzoriale și de monitorizare necesare, astfel încât să evitați apariția evenimentelor neprevăzute.

Mentenanța predictivă pornește de la o verificare periodică sau continuă a stării echipamentelor astfel încât orice schimbare semnificativă a parametrilor, precum temperatură, vibrații sau alte mărimi specifice aplicației, să poată fi utilizată pentru indicarea / detectarea unei posibile probleme de funcționare. În acest fel, echipamentul poate fi înlocuit sau reparat într-o manieră economică, într-o perioadă de timp anticipată, înainte de a-și pierde performanțele sau înainte de a se defecta, producând întreruperi neașteptate. Ca să ne facem o idee asupra magnitudinii acestui fenomen nedorit, Deloitte raportează că asemenea întreruperi îi costă pe producătorii industriali 50 de miliarde de USD, iar 42% din timpul de oprire este cauzat de defectările echipamentelor. Noile sisteme de mentenanță predictivă au nevoie de componente de calitate, care să informeze fără greșeală asupra stării de funcționare a sistemelor monitorizate.

Utilizarea tehnologiei conectate (Industrial Internet of Things) este acum disponibilă cu costuri mai mici, iar puternicele sisteme de analiză a datelor fac posibilă monitorizarea aproape a oricărei mașini, putând prezice defectările înainte să se întâmple. Acest lucru face ca organizațiile să identifice problemele și să planifice timpii de oprire conform programului propriu.

Desigur că o parte a problemei o reprezintă accesul la o serie întreagă de senzori, care să permită corecta observare a fenomenelor. ,,Întreținerea inteligentă este mai mult decât tehnologie și produse, este de fapt un mod de gândire” a declarat Richard Jeffers, Director Tehnic pentru Europa de Nord al RS. ,,Este vorba despre a anticipa defectările potențiale și a declanșa acțiunile potrivite pentru a preveni sau reduce impactul acestor defecte asupra operațiunilor dvs. Tehnologia este ceea ce utilizați pentru a permite prezicerea mai ușoară a apariției unor probleme.”

Un prim pas pe care trebuie să îl facă companiile care doresc reducerea cheltuielilor de mentenanță nedorite este recunoașterea valorii abordării predictive. În raportul menționat mai sus, Deloitte a descoperit că întreținerea predictivă poate reduce timpul necesar pentru planificarea întreținerii cu de la 20% la 50%, crescând timpul de activitate al echipamentului și disponibilitatea sa cu 10 până la 20% și poate reduce costurile de întreținere cu 5 până la 10%. Pentru multe companii și pentru echipele lor de întreținere, marea întrebare în jurul mentenanței inteligente este de unde să înceapă. În cazul multor afaceri, abordarea cu testare și învățare operează cel mai bine atunci când indivizii și organizația ca întreg, stabilesc cea mai bună soluție pentru necesități. O posibilă abordare ar putea fi identificarea echipamentelor cu potențialul de defectare cel mai ridicat, precum și cu efectul cel mai costisitor al întreruperii nedorite: de exemplu pompe, compresoare, motoare. Acestora ar urma pentru început să li se aloce o atenție sporită asupra stării de funcționare prin implementarea de sisteme de monitorizare în timp real. Pe măsură ce sistemul își arată roadele, monitorizarea se poate extinde și către celelalte echipamente cu impact mai redus, ajungând în final ca întreg procesul să se bucure de posibilitatea anticipării problemelor de funcționare, conducând la o siguranță sporită a funcționării. ,,Am vizitat un client, iar acesta avea o abordare foarte sensibilă cu privire la introducerea întreținerii inteligente în afacere,” afirmă Richard Jeffers. ,,Ei aveau aproape 800 de motoare în clădire, dar identificaseră că 13 erau cruciale în operații, așa că au pus senzori de temperatură și vibrații pe aceste motoare pentru a alerta echipa de întreținere dacă încep să se defecteze. Aceasta este o încercare, dar va fi integrată anul viitor și la celelalte motoare, dacă se dovedește utilă.”

Un alt aspect al mentenanței predictive este acela că poate implica programarea de inspecții periodice, chiar dacă sistemul este funcțional, pornindu-se de la anumite informații senzoriale. Trebuie avută în vedere frecvența acestor inspecții, ele conducând tot la întreruperi, chiar dacă programate. Tehnologiile de testare a sistemelor în timpul funcționării și algoritmii de modelare predictivă sunt foarte importanți, putând conduce la diminuarea numărului de inspecții, sau chiar la eliminarea lor. Sistemul va putea fi oprit doar atunci când este certă situația de pericol.

Desigur că, pentru companii apare necesitatea de a avea un expert, care să dispună de cunoștințele necesare pentru adoptarea noii tehnologii. Cercetări recente efectuate de RS și de Chartered Institute of Procurement and Supply au arătat că 54% dintre cei care achiziționează produse în zona întreținerii, reparațiilor și operării, doresc nu numai produse, ci și programe de pregătire de specialitate din partea furnizorilor.

Senzori pentru utilizare în sisteme de mentenanță predictivă

RS oferă o gamă bogată de senzori ce pot fi utilizați cu succes în sisteme de mentenanță predictivă. După cum s-a arătat mai sus, principalele categorii de senzori, dar nu limitat la acestea, sunt senzorii de vibrații, de presiune, de temperatură. Variațiile mărimilor indicate de aceștia pot scoate în evidență, în fază incipientă, potențialele pericole.

Calex NFC PN151 – senzor infraroșu de temperatură, 0°C … +1000°C

Nr. stoc RS 905-8768 – Marca CALEX – Cod de producător PN151

Acesta este un senzor de temperatură configurabil cu telefonul mobil. Se poate configura pentru a produce o alarmă dacă temperatura iese dintr-un domeniu prestabilit, permițând inginerului care se ocupă cu mentenanța predictivă să înceapă investigațiile și să prevină potențialele probleme de funcționare.

Elemente cheie ale acestui tip de senzor:

• Senzor de temperatură industrial, fără contact
• Configurare completă prin aplicație pe telefon inteligent
• Ieșire în tensiune (liniară cu temperatura) și ieșire de alarmă de tip colector deschis. Ambele pot fi utilizate simultan
• Măsurare precisă de la 0°C la 1000°C
• Extrem de mic, cu cablu lateral, ideal pentru montare în spații înguste
• Timp rapid de răspuns: 125 ms
• Cost redus, performanțe ridicate
• Operează la temperaturi ambiante de până la 80°C fără răcire

Caracteristici tehnice

Senzor termic Flir AX8

Nr. stoc RS 893-8489 – Marca FLIR  – Cod de producător 71201-0101

Flir AX8 este o cameră pentru imagistică termică, pentru monitorizarea continuă a condițiilor de funcționare în cazul echipamentelor critice mecanice și electrice. Acest senzor poate ajuta pentru detectarea din timp a condițiilor de defectare, evitându-se întreruperile nedorite și defectarea echipamentelor.

Compact și ușor de instalat, acest dispozitiv oferă o monitorizare continuă, cu detectarea punctelor fierbinți, în diferite aplicații, incluzând: cutii electrice, zone de procesare și fabricație, generare și distribuție energie, transport, magazii, depozite cu refrigerare.

Caracteristicile cheie includ:

• Analiză automată și alarmă
• Protocol industrial – Ethernet/IP și Modbus TCP
• Compact și ușor de instalat
• Opțiuni video multiple

Caracteristici tehnice

Senzor de vibrații SKF

Nr. stoc RS 818-6947 – Marca SKF  – Cod de producător CMSS 200-02-SL

Indicatorul de condiție de funcționare mașină de la SKF (Machine Condition Indicator) este ideal pentru monitorizarea sistemelor precum reductoare, pompe, ventilatoare, compresoare și motoare, care au condiții de operare constante.

Dispozitivul poate fi programat cu ajutorul unei chei magnetice pentru a stabili nivele de alarmă, a comuta între moduri de operare, a stabili limite de vibrații, a stabili limite de temperatură, precum și alarme.

Dispozitivul beneficiază de trei LED-uri pentru a indica condițiile de funcționare, lăgăruirea. Odată ce acestea se luminează, alertează tehnicianul care se ocupă de întreținere pentru a investiga cauza și a lua măsurile necesare, prevenind întreruperile în funcționare și evitând timpii de oprire costisitori.

Dispozitivul are dimensiunile 33.66 (Dia.) × 68.26 mm și poate opera într-un interval de temperatură de la -20°C la +85°C.

Suport pentru realizarea primului dumneavoastră prototip de sistem de mentenanță predictivă

Monitorizarea continuă a stării echipamentelor cu ajutorul unor senzori dedicați poartă numele generic de CM (Condition Monitoring) fiind o parte foarte importantă a mentenanței predictive. Senzorii sunt atașați echipamentului de investigație, iar datele sunt colectate și analizate pentru a identifica orice lucru anormal.

Chiar dacă ar părea o sarcină imposibilă construirea propriei aplicații IoT Industrial, nodul industrial wireless SensorTile (STEVAL-STWINKT1 nr. stoc RS 193-9794) ar putea fi soluția.

Nr. stoc RS 193-9794  – Marca STMicroelectronics – Cod de producător STEVAL-STWINKT1

STEVAL-STWINKT1 este un kit de prototipare rapidă pentru proiecte de tip IoT Industrial, dar este în special util pentru aplicații de mentenanță predictivă și monitorizare condiții CM. Senzorii integrați pe placă permit măsurare în timp real și procesarea unei game largi de parametri legați de condițiile de funcționare. Kitul STEVAL-STWINKT1 include placa nucleu STWIN, carcasă de protecție din plastic, baterie Li-Po 480mAh, STLINK-V3 Mini pentru programare/depanare și cablu de programare.

Există câteva opțiuni de alimentare a plăcii nucleu STWIN. Pe lângă conectarea bateriei Li-Po prin conectorul BATT, conectorii J5 și micro-USB pot fi utilizați pentru a oferi 5V. De asemenea, datele de la senzori pot fi transferate către PC prin conectorul micro-USB.

Kitul STEVAL-STWINKT1 este furnizat împreună cu STLINK-V3 Mini (număr stoc RS 96-1915), o sondă independentă pentru depanare și programare, care poate fi accesată prin conector STDC14 cu pas de 1.27 mm către placa nucleu STWIN, utilizând cablul de programare furnizat.

Detecție

Analiza vibrațiilor este una dintre cele mai întâlnite metode de monitorizare a condiției de operare în vederea identificării de probleme precum lipsa alinierii sau dezechilibre la nivelul mașinilor. De fapt, fiecare tip de eroare aparține unei game specifice, atunci când se observă răspunsul în domeniul de frecvență a semnalului colectat. Problemele care apar la joasă frecvență pot fi date de dezechilibre, lipsa alinierii sau slăbirea unor legături mecanice, în vreme ce problemele legate de lăgăruire și reductoare apar la frecvente medii și mari.

STEVAL-STWINKT1 prezintă o gamă largă de senzori MEME de tip industrial, care satisfac angajamentul de longevitate de 10 ani al STMicrolelectronics. Acești senzori sunt testați să dispună de robustețe ridicată în condiții de operare în medii dure (până la 105°C) și să demonstreze performanțele de înaltă calitate cerute de aplicațiile industriale.

Senzorii de mișcare oferiți ca parte a kitului STEVAL-STWINKT1, în special senzorul de vibrații digital 3D (IIS3DWB) și senzorul de mișcare MEMS de înaltă performanță și ultra joasă putere (IIS2DH) sunt în mod particular potriviți pentru monitorizarea vibrațiilor industriale la frecvențe joase și medii. Placa nucleu este, de asemenea, suportată de modulul inerțial 6D iNEMO™ (ISM330DHCX) cu caracteristici avansate precum nucleu de învățare mașină și Finite State Machine, care permit implementarea de noduri senzoriale inteligente. Acest lucru este foarte util pentru aplicații în care lățimea de bandă pentru comunicații este limitată, iar datele senzoriale trebuie să fie procesate în nodul senzorial. În cele din urmă, microfonul MEMS analogic de bandă largă (MP23ABS1) (190-8473) și microfonul MEMS digital de uz industrial (IMP34DT05) (193-5449) dedicate pentru analiză acustică și analiză vibrațională inerțială acoperă defectele de înaltă frecvență.

Placa nucleu STWIN este echipată cu senzor de temperatură și umiditate relativă (HTS221) (110-6598), senzor digital de presiune absolută (LPS22HH) (190-8465) și senzor digital local de temperatură de joasă tensiune (STTS751) (190-7646) (190-8476). De asemenea, este de notat că, împreună cu STTS22H este disponibil un senzor mai precis de temperatură. Acești senzori de mediu, precum și magnetometrul cu 3 axe de ultra joasă putere (IIS2MDC), comunică cu nucleul MCU prin I²C.

Diagrama bloc a kitului STEVAL-STWINKT1

Placa STWIN este complet înzestrată cu componente care dispun de capabilități de detecție, procesare, conectivitate și securitate pentru soluții avansate de IoT industrial. În această secțiune, le vom privi individual și vom analiza caracteristicile lor.

Procesare și securitate

Unitatea de procesare a plăcii nucleu STWIN a sistemului este STM32L4R9ZI (175-0791), un microcontroler de ultra joasă putere bazat pe nucleul RISC Arm Cortex-M4 32-biți, cu viteze de operare de până la 120 MHz și cu memorie RAM de 640 Kb SRAM și 2 MB de memorie flash. Unele dintre caracteristicile principale ale nucleului Cortex-M4 sunt FPU (unitate în virgulă mobilă single-precision), DSP (procesare digitală de semnal) și MPU (unitate de protecție a memoriei. Aspectul de securitate al plăcii este acoperit de elementul de siguranță STSAFE-A100 pentru autentificare și management de date.

Conectivitate

Placa nucleu STWIN prezintă un modul Bluetooth de joasă energie (SPBTLE-1S) (164-7007), care oferă capabilități de comunicație fără fir. Modulul este conform cu specificațiile Bluetooth v4.2 și are un factor de formă mic, de 11.5 mm × 13.5 mm × 2 mm. Modulul SPBTLE-1S combină o antenă radio ceramică integrată și un oscilator de înaltă frecvență pentru a oferi o platformă RF completă. Având funcționalitate de conectivitate BLE, puteți monitoriza și înregistra date de la senzori pe panoul aplicației de telefon STBLESensor. De asemenea, versiunea mai nouă a modulului Bluetooth de joasă energie BlueNRG-M2 este disponibilă acum, în cazul în care doriți să dezvoltați o placă particularizată pentru aplicații industriale. Modulul BlueNRG-M2 suportă Bluetooth v5.0 și este complet compatibil cu pachetul software oferit de STEVAL-STWINKT1.

Suplimentar, conectivitatea cu fir poate fi implementată prin transceiverul de linie diferențial de joasă putere RS 485 prezent pe placă.

Module de extensie

Este posibilă și o dezvoltare suplimentară a aplicației dumneavoastră, cu extindere senzorială față de conectivitatea prezentă pe placă pentru plăcile de extensie adaptor Wi-Fi (STEVAL-STWINWFV1) (193-9796) și matrice de microfoane (STEVAL-STWINMAV1) (193-9795).

Placa de extensie STEVAL-STWINWFV1 oferă conectivitate de 2.4Ghz WiFi pentru kitul STEVAL-STWINKT1. Un exemplu referitor la ce poate aduce o asemenea soluție de conectivitate poate fi monitorizarea stării echipamentului în timp real, printr-un panou de interfațare web. De fapt, pachetul firmware STSW-STWINKT01 și pachetul de funcții de mentenanță predictivă FP-IND-PREDMNT1 conțin exemple pentru conectivitate Wi-Fi și BLE, care pot fi utile pentru startul unor aplicații.

Capabilități audio avansate pot fi adăugate kitului STEVAL-STWINKT1 prin utilizarea plăcii de extensie de matrice de microfoane analogice STEVAL-STWINMAV1. Puterea din spatele acestei plăci de extensie vine de la cele 4 microfoane MEMS analogice de înaltă performanță 4x MP23ABS1. Utilizarea microfoanelor analogice este importantă în mod particular pentru aplicații de monitorizare a vibrațiilor de înaltă frecvență.

Sperăm că articolul de față a oferit un tablou succint asupra importanței mentenanței predictive, prezentând și câteva exemple de elemente senzoriale, precum și kitul STEVAL-STWINKT1. Sprijinim ritmul rapid de dezvoltare a tehnologiilor necesare pentru inginerul care se ocupă de operațiile de întreținere. Ceea ce contează cu adevărat este cum abordați sarcinile legate de mentenanță și cum vă asigurați că minimizați impactul acesteia asupra productivității zilnice. Este foarte important să aveți la îndemână produsele potrivite, la momentul potrivit. Accesând catalogul nostru, puteți beneficia de o gamă largă de produse, componente ale viitorului dvs. sistem de mentenanță predictivă. Suplimentar, puteți beneficia de suport pentru a putea face față oricăror cerințe.

Autor:
Bogdan Grămescu
Aurocon Compec
https://www.compec.ro