600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Как данные мониторинга кондиционирования помогают решать будущие проблемы

Преобразователи частоты

Мониторинг состояния может помочь защитить организации от будущих проблем, увеличить срок службы оборудования и оптимизировать операции.

Абхишек Джадхав
Менеджер по продукту
Корпорация «Динапар»

В современных требовательных производственных условиях производителям необходимо максимизировать производительность при минимизации стоимости владения. Мониторинг состояния обеспечивает решение. Системы мониторинга кондиционирования собирают большие объемы данных, которые могут быть преобразованы в надежную и удивительно детализированную информацию о состоянии оборудования. Должным образом проанализированные данные не только помогают заранее прогнозировать отказы оборудования, но и дают владельцам активов свободу устранять возникающие дефекты таким образом, который наилучшим образом соответствует их производственным потребностям и операционным целям. Мониторинг состояния позволяет организациям перейти от оперативного обслуживания к профилактическому, предотвращая будущие проблемы и увеличивая срок службы оборудования. Повышается эффективность эксплуатационного оборудования (OEE). Незапланированный простой становится скорее исключением, чем правилом. Стратегически применяемый мониторинг состояния может сократить время простоя и восстановление после него до такой степени, что владельцы активов смогут достичь рентабельности инвестиций в течение года или двух.

Обзор наиболее распространенных методов мониторинга состояния для автоматизированного производства показывает, как данные могут быть проанализированы для заблаговременного предупреждения о возникающих проблемах, а некоторые примеры показывают, как информация и датчики могут быть применены для поддержания производительности и работоспособности оборудования.

Инструменты мониторинга состояния
Можно изучить множество аспектов работы машины, чтобы получить представление об общем состоянии оборудования. Наиболее распространенными являются:

Каждая технология имеет свои сильные и слабые стороны. Для достижения наилучших результатов метод мониторинга состояния должен соответствовать типам рассматриваемых активов, а также общим потребностям и деловой практике предприятия. Степень заблаговременного предупреждения является ключевой характеристикой. Такие методы, как анализ масла, могут обнаружить повреждение за год или более до выхода из строя. Для многих отделов технического обслуживания это почти слишком рано. Им нужно достаточное предупреждение, чтобы заказать запчасти и запланировать ремонт – недели или даже месяц или два. Все остальное просто засоряет их почтовый ящик и добавляет дополнительные задачи в список дел.

Также играет роль тип активов, за которыми ведется мониторинг. Некоторые общие средства, имеющие решающее значение для производительности, включают вентиляторы, насосы, воздуходувки, пылеуловители и конвейеры. Сами по себе эти устройства не являются дорогостоящими, но когда они выходят из строя, они могут остановить весь производственный цех. Одной из наиболее частых причин отказа являются подшипники, которые генерируют сигналы ошибки, частота которых падает по мере того, как устройство продолжает ухудшаться. Техника мониторинга состояния должна быть способна обнаруживать эти сигналы. Ультразвуковое зондирование улавливает только высокочастотные сигналы и неэффективно для обнаружения неполадок в подшипнике, который близок к отказу.

Термография может идентифицировать проблемный актив (например, подшипник, шестерню, двигатель и т.д.), Но она не может предоставить никакой дополнительной информации. С другой стороны, мониторинг вибрации может быть очень специфичным. В руках специалиста по вибрации данные о вибрации могут быть использованы не только для выявления проблемы в виде неисправного подшипника или шестерни, но и для определения точной причины, такой как треснувшая лопасть крыльчатки или сломанный зуб шестерни.Специфичность — еще одна важная характеристика. Измерение тока может быть полезно для выявления развивающейся проблемы. Если актив внезапно начинает потреблять больше тока от привода, чтобы генерировать достаточный крутящий момент для перемещения нагрузки, это указывает на проблему. Причина может варьироваться от поломки смазки до дефектов подшипников и чрезмерно затянутого ремня, создающего нагрузку на вал двигателя. Однако для определения точного ответственного компонента требуется дополнительное устранение неполадок.

В частности, для вращающихся активов анализ вибрации, вероятно, является лучшим опережающим индикатором будущих проблем. Он обеспечивает высокоспецифичное заблаговременное предупреждение, доставляемое в сроки, позволяющие владельцам активов реагировать наиболее эффективным для их организации способом. При анализе с дополнительными потоками данных, такими как показания температуры и скорости, данные о вибрации могут дать подробное представление о состоянии машины и поддержать прогнозируемое техническое обслуживание.

Одним из ключевых преимуществ мониторинга вибрации является то, что он поддается непрерывному мониторингу с помощью программного обеспечения. Специалист по вибрации настраивает автоматические аналитические инструменты и устанавливает пороговые значения, которые запускают систему для отправки автоматических предупреждений при нарушении условий. Результаты анализа становятся переносимыми, доступными любому пользователю с разрешения и доступными для совместного принятия решений.

Как данные о вибрации соотносятся с физической системой
Вибрация — это реакция оборудования на входной стимул. Любая часть оборудования имеет естественные колебания или частоту вибрации вокруг своего естественного равновесия. Анализ вибрации обеспечивает метод количественного понимания движения различных компонентов и того, как они влияют на работу машины в целом.

Мы можем охарактеризовать вибрацию в терминах амплитуды и частоты. Это позволяет нам рассматривать амплитуду вибрации как функцию времени и частоты. Временные сигналы лучше всего подходят для просмотра активов, работающих со скоростью менее 100 оборотов в минуту, и анализа амплитуд ударов в случае дефекта подшипника. Частотные спектры лучше подходят для определения частот, существующих в системе, чтобы помочь идентифицировать источник проблемы. В зависимости от сложности системы может потребоваться просмотр данных как во временном, так и в частотном пространстве для получения максимальной информации.

Фазовый анализ — это дополнительный инструмент, который можно использовать для выявления проблем, вызывающих вибрацию в определенных угловых положениях при каждом вращении. Этот метод может быть использован, например, для выявления проблем с концентричностью подшипников.

Спектры колебаний состоят из комбинации стационарных сигналов, которые непрерывно повторяются, и переходных сигналов, которые генерируются в результате специфических раздражителей. Мы можем классифицировать пики как синхронные, асинхронные или субсинхронные. На этом этапе анализ начинает тесно коррелировать с физической системой.

Синхронные пики
Каждая вращающаяся физическая система имеет фундаментальную частоту колебаний, генерируемую основным вращением. Частотный спектр системы покажет резкий пик на той основной частоте, которая известна как пик 1X. Спектр также будет содержать гармоники основной частоты, известные как 2X (в два раза больше основной частоты), 3X (в три раза больше основной частоты) и так далее. Эти гармоники обычно соотносятся с аспектами физической системы. Например, шестилопастный вентилятор будет генерировать 6-кратный пик. Любые изменения в этих компонентах приведут к добавлению гармоник и изменению амплитуд

Асинхронные пики
Спектры колебаний также содержат асинхронные пики, которые не являются целыми числами, кратными основной частоте. Подшипники, ремни и другие компоненты генерируют асинхронные пики.

Субсинхронные пики
Спектры вибрации могут также включать субсинхронные пики вибрации, которые генерируются компонентами, работающими ниже основной частоты, и кратны 1/2, 1/3 или ¼ основной частоты. Ослабленный ремень на валу двигателя может привести к субсинхронному скачку напряжения. Некоторые синхронные пики также могут быть вызваны дефектами сепаратора подшипника.

Анализируя данные
Анализ вибрации начинается с построения модели системы на основе задействованных компонентов. Эксперт по вибрации может сгенерировать теоретический спектр; например, включающий пик на основной частоте и дополнительные пики для представления лопастей вентилятора, коробок передач и других компонентов.

Следующим шагом является сбор данных из физической системы для построения базовой линии. Как только данные оцифрованы и преобразованы в частотное пространство с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ), спектр можно сравнить с моделью. Если они не совпадают, могут быть другие физические факторы, которые модель не учла, или, возможно, уже есть проблемы. Давайте пока предположим, что актив исправен и спектр вибраций хорошо согласуется с моделью. Теперь система должна быть настроена на автоматический (и частый) сбор и анализ данных.

В руках квалифицированного специалиста по вибрации данные о вибрации предоставляют исчерпывающую информацию о состоянии активов. Вспомните приведенное выше обсуждение синхронных пиков. Если механика машины изменится, они изменят спектр вибрации хорошо понятными способами, которые могут быть соотнесены с физическим повреждением. Треснувшая лопасть крыльчатки на нашем шестилопастном вентиляторе значительно увеличит амплитуду 6-кратного пика. По мере усугубления проблемы амплитуды будут увеличиваться. Сломанный зуб шестерни также будет генерировать новую гармонику основной частоты. Дефект сепаратора подшипника проявится в виде нового субсинхронного пика.

Комбинация спектра вибрации, временной формы сигнала и фазового анализа может быть использована для выявления многих типов проблем, включая:

Методы, описанные выше, могут быть использованы для повышения производительности несколькими способами.

Внимательно следите за труднодоступными активами
Онлайн-мониторинг состояния особенно полезен при применении к труднодоступным активам с использованием методов, основанных на маршрутах. Рассмотрим кухонный комбайн, чье производственное помещение площадью 100 000 кв. футов обслуживалось одним вентилятором на крыше. Каждый раз, когда вентилятор выходил из строя, производство приходилось останавливать, что обходилось более чем в 10 000 долларов в час. Катастрофический отказ оборудования потребовал демонтажа с помощью крана на крыше. Это увеличивало как стоимость, так и продолжительность простоя. Ручной контроль состояния был спорадическим – за устройством было трудно следить в жаркие дни и невозможно получить доступ зимой, когда крыша была покрыта снегом и льдом. Служба надежности компании использовала мониторинг на основе маршрутов в остальной части завода. Однако для этого актива они установили облачный вибромонитор для отслеживания развивающегося дефекта.

Они настроили систему на непрерывное считывание показаний, отправляя оповещения ключевым заинтересованным сторонам всякий раз, когда данные о вибрации превышали определенные пороговые значения. Менее чем через две недели после установки дефект усугубился. Проконсультировавшись со своим экспертом по надежности, оперативная группа решила продолжить производство, заказав детали, необходимые для ремонта. Непрерывный поток данных с вибромонитора придавал им уверенности в том, что оборудование будет работать.

Три недели спустя величины режимов вибрации, связанных с дефектом, более чем удвоились. Воздуходувка была выключена в конце дневной смены и отремонтирована за ночь.

Благодаря дистанционному контролю вибрации кухонный комбайн может избежать затрат и задержек, связанных с катастрофическим выходом из строя подшипников. Кроме того, они получили дополнительный 43-дневный срок службы подшипника. Они не теряли время производства, не платили дополнительные сборы за быструю доставку деталей и не страдали от простоев, связанных с восстановлением после катастрофического отказа.

Уверенно управляйте проблемными активами
Тот факт, что мониторинг состояния обнаруживает проблему, не означает, что компонент должен быть немедленно заменен. Одним из основных преимуществ онлайн-мониторинга состояния является то, что наглядность состояния активов позволяет владельцам активов выбирать, как они хотят реагировать на проблемы. Один производитель бумажных изделий пищевого качества использовал онлайн-мониторинг состояния для защиты своей общей производительности. У одного из роликов основной бумажной линии компании возникла проблема с подшипником. Линия работала 24/7 и питала все остальные линии на объекте. Компания хотела продолжить эксплуатацию линии до следующего планового интервала технического обслуживания, но им нужно было избежать катастрофического отказа.

Частый анализ вибрации сделал бы это возможным, но к рулону было трудно получить доступ вручную чаще одного раза в неделю. Вместо этого эксперт по надежности компании порекомендовал облачный онлайн-монитор вибрации, настроив его на ежечасный сбор данных и отправку оповещений при быстром изменении условий. Система продолжала следить за подшипником по мере ухудшения состояния. Через три недели после установки агрегата подшипник был заменен в ходе планового технического обслуживания.

Установив на это устройство облачную систему мониторинга вибрации, производитель смог продолжить работу, значительно предотвратив выход подшипников из строя.

Диагностировать первопричину
Все данные от непрерывных онлайн-мониторов состояния имеют временные метки, что позволяет легко соотносить внешние факторы с любыми изменениями состояния активов. Например, если причиной является поломка смазки, можно определить, необходимо ли изменить интервал смазывания или проблема была в системе поддержки, такой как автоматическая система смазки. Эти данные обеспечивают техническое обслуживание и операции с лучшим пониманием действий, которые необходимо предпринять для предотвращения будущих проблем.

Подтвердите правильность установки нового оборудования
Проблемы с установкой, такие как несоосность подшипников и децентрация, могут быть диагностированы по спектру вибрации объекта. Если спектр исправной машины захвачен и записан, бригады технического обслуживания могут использовать его в качестве основы для сравнения спектра вибрации после ремонта. Например, если ремень был перетянут, ошибку можно исправить до того, как она приведет к повреждению. Процедура технического обслуживания может быть изменена, чтобы предотвратить повторение проблемы в будущем.

Это лишь несколько примеров того, как мониторинг состояния может помочь защитить организации от будущих проблем, увеличить срок службы оборудования и оптимизировать операции. В частности, онлайн-мониторинг и анализ вибрации обеспечивают непрерывную детализацию состояния даже труднодоступных вращающихся объектов. Используя анализ вибрации в качестве центрального компонента программы мониторинга состояния и дополняя его дополнительными типами данных, такими как измерение температуры, обратная связь по скорости и другими, организации могут улучшить OEE и минимизировать стоимость владения для повышения общей производительности.

Корпорация «Динапар»
www.dynapar.com