Hoe een Nucor-fabriek profiteert van conditiebewaking

In de afgelopen jaren is de geïntegreerde monitoring- en diagnoseoplossing van Azima DLI uitgebreid toegepast in de Hickman-plaatfabriek van Nucor Steel.

Geautomatiseerde gegevensverzameling is geïntroduceerd en toegepast in combinatie met gevestigde traditionele handmatige programma's voor conditiebewaking in de fabriek. Gegevens die via beide methoden worden verzameld, worden geïnterpreteerd en weergegeven via een enkele webportal en diagnostiek wordt op afstand uitgevoerd door Azima-analisten.

Dit artikel beschrijft de rechtvaardiging, ontwikkeling, toepassing en voordelen van een dergelijke geïntegreerde oplossing. Er zullen specifieke casestudy's worden gepresenteerd, samen met discussies over implementatieproblemen en barrières die zijn overwonnen.

Overzicht conditiebewaking

Conditiebewaking, ook wel voorspellend onderhoud genoemd, is een bewezen benadering om de betrouwbaarheid en productiviteit in de industrie te verbeteren.

De onderliggende filosofie is dat technologie kan worden gebruikt om de toestand van fabrieksmiddelen en apparatuur te meten en te evalueren, waardoor intelligente beslissingen kunnen worden genomen over onderhoudsactiviteiten.

Op deze manier wordt onderhoud toegepast op de bedrijfsmiddelen die aandacht nodig hebben, terwijl degenen waarvan de prestaties en toestand als normaal worden beschouwd, alleen worden gelaten om productieve rollen te vervullen.

De eerste toepassing van conditiebewaking was in de utiliteits- en petrochemische industrie in de jaren zeventig. Tijdens deze periode vonden er enorme fabrieksuitbreidingen en constructies plaats, en de schaal van de fabriek nam dramatisch toe.

In plaats van afhankelijk te zijn van veel kleine machines, waren de grootte en capaciteit van de fabriekstreinen zodanig dat een typische raffinaderij of grote productie-installatie absoluut afhankelijk werd van een paar, zeer grote en zeer dure kapitaalmachines.

Het verlies van een van deze kapitaalgoederen (voornamelijk roterende machines) door mechanisch falen kon (en deed) resulteren in grote inkomensverliezen en, in het geval van sommige grotere petrochemische fabrieken, daadwerkelijke verstoringen van de markten.

Deze realiteit resulteerde in de ontwikkeling van foutbeveiligingssystemen (waarschuwings-/uitschakelsystemen op basis van trillingsanalyse) om roterende kapitaalmachines te beschermen tegen catastrofale storingen.

Deze foutbeveiligingssystemen bleken zeer succesvol in het voorkomen van crashes en het beperken van de schade door machinestoringen. Deze systemen werden al snel geïnstitutionaliseerd en standaarden (API, enz.) werden ontwikkeld en geaccepteerd in de betreffende sectoren.

Vanwege het succes van foutbeveiligingssystemen begonnen veel fabrieksoperators te vermoeden dat soortgelijke benaderingen zouden kunnen worden toegepast op de talloze kleinere machines in de fabriek.

Hoewel het falen van een van deze kleinere machines zelf een fabriek niet kon sluiten, maakten de totale reparatiekosten van deze machines de toepassing van conditiebewaking een aantrekkelijk vooruitzicht in een typische raffinaderij of chemische fabriek.

De hoge kosten per machine van het toepassen van een foutbeveiligingssysteem maakten dit echter onmogelijk. In plaats daarvan reageerde de technologie met de ontwikkeling van draagbare meetinstrumenten.

Beginnend met eenvoudige meters, handmatige logboekbladen en trending, werden machinebewakingsprogramma's geboren. Vanaf het einde van de jaren tachtig zorgde de explosie van pc-/computertechnologie voor de ontwikkeling van geautomatiseerde handmatige gegevensverzamelingssystemen die snel succes boekten in de markt voor fabrieksonderhoud.

In zeer korte tijd verspreidde het gebruik van "datacollector"-systemen - programmeerbare zwarte dozen met goed gedefinieerde meetmogelijkheden - zich naar vele industrieën, waaronder de staalindustrie.

Een "route" die de te meten machines en de specifieke metingen definieerde, werd gemaakt in pc-software en gedownload naar de gegevensverzamelaar.

Personeel zou naar de fabriek gaan om met het apparaat gegevens te verzamelen en de gegevens vervolgens te uploaden. Deze gegevens zouden vervolgens worden geanalyseerd en er werd een rapport uitgebracht met aanbevelingen voor passende onderhoudsacties.

Door de enorme vooruitgang in de gegevensverwerkingstechnologie zijn deze zogenaamde "walk-around-systemen" zo ver gevorderd dat de meettechnologie niet langer de limiet is. Megabytes aan machineconditiegegevens kunnen in een dag worden verzameld, met relatief lage vaardigheidsvereisten. Deze benadering vertegenwoordigt tot op de dag van vandaag de status-quo.

'Contenttionele' walk-around gegevensverzameling en -analyse

De huidige gegevensverzamelsystemen zijn zeer krachtig en vertegenwoordigen bijna wonderbaarlijke verbeteringen ten opzichte van de eerste systemen uit de jaren tachtig. Moderne gegevensverzamelaars zijn in de eerste plaats bedoeld om trillingsgegevens van roterende machines te verzamelen (hoewel andere scalaire en niet-dynamische gegevens, waaronder handmatige waarnemingen en opmerkingen, doorgaans kunnen worden ingevoerd).

De bijbehorende software maakt de presentatie van de verzamelde gegevens voor analyse mogelijk. Deze software ondersteunt doorgaans de opname van andere externe gegevens, zoals infraroodthermografie en smeermiddelanalyse.

In een typische EAF/mini-molenomgeving ligt de daadwerkelijke uitvoering en verantwoordelijkheid voor een dergelijk rondloop-trillingsprogramma ofwel intern ofwel bij externe contractbronnen.

Een typische AF/mini-frees met een bijbehorende koude molen kan 500 tot 600 afzonderlijke machines hebben onder bewaking/surveillance via datacollector/walk-around methoden, met ergens tussen de 5.000 en 10.000 individuele metingen die elke maand worden uitgevoerd.

Dit vertegenwoordigt, onder typische omstandigheden, alleen al ongeveer één tot twee manweken aan meetinspanning. Gegevensanalyse kost doorgaans nog een manweek.

De handmatige datacollectorsystemen van tegenwoordig hebben een bijna toppunt van efficiëntie bereikt. In het begin (eind jaren tachtig) beperkte de verwerkingstechnologie in microprocessors en geheugen hun prestaties en, afhankelijk van de te nemen metingen, wachtte de technicus-analist vaak tot de gegevensverzamelaar een bepaalde taak uitvoerde.

Als zodanig was zijn efficiëntie beperkt. De verwerkingstechnologie van vandaag is zo ver gevorderd dat de vereiste sampletijden en de fundamentele wiskunde van datadigitalisering de tijdslimiet zijn, in plaats van de prestaties van hardware en software.

Het is niet redelijk om significante winsten te verwachten in termen van tijd voor het verzamelen van gegevens als gevolg van veranderingen in de meettechnologie.

In een programma voor handmatige gegevensverzameling is het bereiken van een belastingsfactor (tijd die daadwerkelijk wordt besteed aan het nemen van metingen in plaats van reizen van punt naar punt, uploaden en downloaden van gegevens, enz.) van 60 tot 70 procent een belangrijke prestatie.

Het is niet ongebruikelijk dat het gegevensverzamelingsgedeelte van een conditiebewaking 70 procent of meer van de terugkerende bedrijfs-/arbeidskosten opslokt.

Het verzamelen van gegevens is natuurlijk slechts een deel van het proces van het uitvoeren van een succesvol conditiebewakingsprogramma. Gegevensanalyse, screeningprocessen en rapportage zijn essentieel om kostenbesparingen en verbeteringen in uptime te realiseren.

In de meeste gevallen zijn de beschikbaarheid en vaardigheid van personeel met de juiste ervaring en opleiding de bepalende factoren voor het succes van een conditiebewakingsprogramma. Gegevens verzamelen is niet moeilijk; het juiste gebruik van de gegevens is veel moeilijker om consistent te bereiken.

Ondanks zeer capabele meettechnologie, is het succes van conditiebewaking in een bepaalde fabriek nog steeds afhankelijk van het vermogen om gegevens van de fabrieksmachines te verzamelen en correct te interpreteren.

Handmatige gegevensverzamelingsprocessen, zelfs in aanwezigheid van efficiënte gegevensverzameling en deskundige analyse, zijn nog steeds momentopnames en weerspiegelen mogelijk niet de werkelijke bedrijfsomstandigheden die fabrieksapparatuur ervaart. Dit komt omdat er meer dagelijkse variaties in gegevens zijn dan wordt onthuld door een maandelijkse verzamelroute.

Van oudsher is de staalindustrie bereid om conditiebewaking toe te passen als middel om de productiviteit van fabrieken te verbeteren, en er bestaan ​​veel succesvolle programma's in fabrieken.

Of het nu wordt uitbesteed of in-house wordt uitgevoerd, dezelfde problemen die een succesvolle implementatie van een conditiebewakingsprogramma bepalen, bestaan. Het moeilijkste probleem is het behouden van de juiste vaardigheden en ervaring in de rol van conditiebewaking.

Om succesvol te zijn moet een persoon:

• Wees zeer vertrouwd met roterende machines en machinecomponenten - het individu moet koppelingen, lagers en tandwielen, machinedynamiek (althans op een bepaald basisniveau) en de factoren die van invloed zijn op machineslijtage begrijpen.

• Op zijn minst bekend zijn met (of in staat en bereid zijn om getraind te worden in) meer esoterische concepten zoals spectrumanalyse, frequentieanalyse, fase, modulatie, enz., en voldoende begrip hebben van enkele basisconcepten die normaal geen deel uitmaken van het vocabulaire van een persoon met de vereiste mechanische vaardigheden.

• Bekwaam zijn met computertechnologie, in ieder geval tot op het niveau van een geavanceerde applicatiegebruiker - alle huidige conditiebewakingstechnologieën omvatten in hoge mate computergebruik.

• Wees een ervaren communicator. Het duidelijk uitleggen van de redenering achter een bepaalde aanbeveling is een belangrijke en vaak over het hoofd geziene vereiste voor een succesvol conditiebewakingsprogramma.

• Wees bereid (of heb personeel dat bereid is) om routinematig hete, vuile, repetitieve gegevensverzamelingswerkzaamheden uit te voeren, waarbij doorgaans moeilijk toegankelijke of gevaarlijke gebieden betrokken zijn.

Het is niet moeilijk te begrijpen waarom het op de lange termijn moeilijk is om de juiste personele middelen te behouden, of dit nu intern of uitbesteed is. In de zich ontwikkelende jaren van conditiebewakingstechnologie (eind jaren 70 tot begin jaren 90) hadden de meeste fabrieken, ongeacht hun grootte, een of twee (soms veel meer) middelen voor conditiebewakingsprogramma's.

Deze levering leidde tot een effectief "farm club"-systeem dat ervaren personeel leverde aan zowel de programma's in de fabriek als externe contract-/consultantsbronnen. Veranderingen in de personeelsbezetting, personeels- en functieroulaties en pensioneringen hebben geleid tot een situatie waarin de beschikbaarheid van dergelijk personeel beperkt is en krimpt, en de kosten van die werknemers stijgen.

De afname van de beschikbaarheid van human resources met de juiste ervaring en vaardigheden heeft geleid tot het verkennen van manieren om de gegevens naar de analist te brengen. Op deze manier kan een persoon met de vereiste vaardigheden veel meer industrieel onroerend goed dekken dan anders mogelijk zou zijn.

De opkomst van verwijderingsmonitoring

Sinds het einde van de jaren zeventig is de acceptatie van automatisering voor fabrieks- en procesbesturing en -communicatie aanzienlijk toegenomen, zowel in complexiteit als in marktacceptatie. Computers op elk bureau en in elke controlekamer zijn tegenwoordig de norm. Fabrieken en fabrieken hebben doorgaans zeer geavanceerde en uitgebreide IT-netwerken voor zowel administratieve als procescontrole/automatisering.

De eerste benaderingen in veel verschillende industrieën waren de overdracht van machine-gerelateerde gegevens naar bestaande mens-machine-interface (MMI)/mens-machine-interface (HMI)-systemen.

Met name bestaande machinebeveiligingssystemen (waarschuwing en uitschakeling) waren gekoppeld aan de HMI/MMI-interfaces van de controlekamer, zodat operators trillingen, temperatuur en andere parameters van de machineconditie konden bekijken.

Doorgaans waren dit scalaire waarden met alleen magnitude, die weliswaar waardevol waren in termen van informatie en indicatie van mogelijke machineproblemen, maar ontbraken in termen van mogelijkheden voor trending, analyse en gegevensinterpretatie.

Het fabriekspersoneel kreeg dus informatie dat een bepaalde machine meer trilde, of een lagertemperatuur aan het stijgen was, enz. Dit liet de vraag open waarom deze veranderingen plaatsvonden en hoe de fabriek op deze veranderingen moest reageren.

Vooruitgang in technologie, internet en de noodzaak om machines efficiënter te bewaken met beperkt personeel, hebben geleid tot de ontwikkeling van uitgebreidere systemen voor bewaking op afstand.

In plaats van alleen machinegegevens in-house aan te leveren (naar de controlekamer, enz.), zorgen technologie en internet ervoor dat informatie altijd en overal toegankelijk is. Deze nieuwe methode maakt gebruik van in het veld gemonteerde detectieapparatuur en instrumenten, een soort aggregatieapparatuur, geavanceerde software en toegang tot fabrieks- en externe netwerken voor gegevensoverdracht.

De voordelen van een dergelijk systeem zijn duidelijk:

• Frequentere bewaking van machines zonder dat er personeel voor gegevensverzameling/analyse aanwezig hoeft te zijn, evenals de mogelijkheid om dynamische veranderingen in de machineconditie waar te nemen als gevolg van belasting, snelheid en bedrijfsomstandigheden.

• De mogelijkheid om gegevens naar een andere locatie te verplaatsen voor consultatie op afstand.

• De mogelijkheid om meerdere bronnen op meerdere locaties te hebben die naar gegevens kijken.

• De mogelijkheid om andere parameters te bewaken dan wat normaal zou worden gecontroleerd in een traditioneel handmatig programma.

• Het vermogen om machineprestaties te beoordelen in termen van efficiëntie, doorvoer, enz., en die gegevens te relateren aan de machineconditie.

De geschiedenis van conditiebewaking bij Nucor Hickman

Nucor Hickman heeft al meer dan 10 jaar een programma voor conditiebewaking. Het programma was gebaseerd op traditionele handmatige onderzoeksmethodologie en -technieken en werd geleverd door externe contractbronnen.

Maandelijks werden gegevens verzameld over apparatuur in de fabriek, met frequente oproepen voor probleemoplossing en analyse van specifieke problemen. Nadat de gegevens waren verzameld, werd een analyse uitgevoerd en werden schriftelijke rapporten met aanbevelingen verspreid onder het juiste molenpersoneel.

Alle systemen in de molen (omgeving, hete molen, zwenkwielen en smelterij) waren inbegrepen. In 1998 voegde Nucor Hickman een koudemolen toe, met een beitslijn, verzinklijn, RT-molen en gloeicapaciteit.

Het traditionele monitoringprogramma werd uitgebreid (bijna verdubbeld) met dit deel van de fabriek. Na de integratie van de koude molen in het programma stonden 590 machines onder maandelijkse bewaking. Een typische enquête vergde twee tot drie manweken om handmatig in te vullen.

Toen vroege vormen van methoden voor het verzamelen en analyseren van gegevens op afstand beschikbaar kwamen, kwamen er kansen waar monitoring op afstand praktisch en nuttig zou kunnen zijn. In het eerste geval werden gietvormwaterkoelpompen, die van oudsher een onderhoudsprobleem waren, een potentiële toepassing vanwege veranderingen in bedrijfsomstandigheden.

De installatie van de vormwaterpomp bij Nucor Hickman bestond op dat moment uit drie tegenaanzuigende centrifugaalpompen van 700 pk, direct gekoppeld aan inductiemotoraandrijvingen. Bij typische operaties waren twee pompen in bedrijf en één onderhouden als inline reserve.

Operationele vereisten dicteerden een behoefte aan een grotere waterstroom in de vorm en alle drie de pompen werden in gebruik genomen. Dit had een negatief effect op de trillingsniveaus van de pomp en verminderde het vertrouwen in de pompbetrouwbaarheid.

Er was geen reservecapaciteit meer over (de reservepomp was nu continu in bedrijf), waardoor de impact van een pompstoring aanzienlijk was. Nucor Hickman besloot enkele van de vroege, op internet gebaseerde bewakingstechnologieën op afstand toe te passen op de pompen.

De verwachte voordelen waren een meer realtime probleemdetectie en een beter begrip van het trillingsgedrag van de pompen. Bovendien werd een stroomsensor toegevoegd aan de systemen op elke motor, waardoor de systeembelasting parallel met pomp- en motortrillingen op elk van de pompen kan worden gecontroleerd.

Het systeem zou lagertemperaturen, trillingsgrootten, afvoerdrukken, stroomsterkten en frequentie-inhoud/tijddomeintrillingsgegevens van elke pomp rapporteren. Deze gegevens waren beschikbaar voor het analysepersoneel van de aannemer, dat verantwoordelijk was voor het bewaken van het gedrag van de pompen, en ook voor het fabriekspersoneel.

Bovendien waren de gegevens beschikbaar via het web, waardoor ze overal met een internetverbinding toegankelijk waren. Meerdere gebruikers konden tegelijkertijd toegang krijgen tot het systeem vanaf meerdere locaties.

Het op internet gebaseerde monitoringsysteem is geïnstalleerd, waarbij gegevens veel vaker en onder verschillende operationele omstandigheden worden verzameld. Binnen enkele dagen na de inbedrijfstelling van het online remote systeem was het duidelijk dat het trillingsgedrag van de pompen veel meer varieerde dan was aangegeven door de maandelijkse gegevens.

Dit komt omdat maandelijkse gegevens - zelfs voor meerdere jaren - simpelweg onvoldoende waren om het op te merken. De frequente verzameling die mogelijk werd gemaakt door het geautomatiseerde systeem vertoonde duidelijk 3:1-variaties over verschillende operationele modi. Bovendien gaven de laadstroomgegevens (die niet beschikbaar waren op basis van de traditionele gegevens van eens/maand) aan dat de pompen doorgaans niet tot aan hun capaciteit waren geladen en goed buiten de curve werkten.

Als gevolg hiervan werd opdracht gegeven voor een technische studie van de pompsystemen en de werking. De studie concludeerde dat dimensioneringsfouten, regelstrategieën en leidingconfiguraties niet correct waren voor de gewenste bedrijfsomstandigheden. De afmetingen van de pompen werden aangepast en er werden andere veranderingen aangebracht om de gewenste verhoogde stroom te leveren.

Dit zorgde voor reservecapaciteit zonder dat alle drie de pompen hoefden te draaien, en droeg aanzienlijk bij aan een verbeterde koeling en levensduur van de matrijs. Het is hoogst onwaarschijnlijk dat deze problemen aan het licht zouden zijn gekomen zonder de gegevens van het systeem voor bewaking op afstand.

Verdere toepassingen van technologie voor bewaking op afstand werden geïnstalleerd op ID-ventilatoren van baghouse en luchtcompressoren voor nutsvoorzieningen in de hete molen. De hete molen luchtcompressoren zijn drietraps centrifugaalmachines, direct aangedreven door tweepolige inductiemotoren.

De compressoren en motoren stonden maandelijks onder toezicht en waren onderhevig aan frequente lagerstoringen in de aandrijfmotoren. Gegevens van eens per maand vingen vaak lagerstoringen op, maar de trends waren grillig en er werd geen duidelijke oorzaak gevonden.

Toen de technologie voor monitoring op afstand werd toegepast, werd duidelijk dat - net als bij de vormwaterpompen - de trillingsniveaus veel meer varieerden dan uit de maandelijkse handmatige gegevens bleek.

Het was ook duidelijk dat de variaties een patroon hadden dat de omgevingstemperatuur nauw volgde. Omdat ook de lagertemperaturen werden gecontroleerd, was het duidelijk dat wanneer de omgevingstemperatuur steeg, de trillingsniveaus dramatisch toenam.

Analyse van de frequentie-inhoud die door het systeem voor bewaking op afstand werd geleverd, gaf duidelijk aan dat de oorzaak van de toename van de trillingen een onbalans in de motorrotoren was.

Nader onderzoek van lagerslijtagepatronen gaf aan dat er een extreme drukbelasting werd uitgeoefend op de radiale Conrad-type kogellagers van de motor. Hieruit bleek dat bij hoge temperaturen de motorrotor axiaal uitzette en er onvoldoende speling was in de motorlagerpassingen om deze uitzetting mogelijk te maken, waardoor rotorboog (vandaar de onbalans) en axiale overbelasting van de motorlagers werd veroorzaakt. P>

Als gevolg van deze ontdekking werden de aandrijfmotoren van de compressoren vervangen door een alternatief ontwerp. De trillingsniveaus, zoals gerapporteerd door het systeem voor bewaking op afstand, bleven laag en de betrouwbaarheid verbeterde drastisch.

In de koude molen bij Hickman waren de RT-molenstandaandrijvingen uitgerust met vier synchrone motoren van 5.000 pk. De motoren waren glijlagermachines en waren niet betrouwbaar.

Drukkende en resulterende lagerstoringen, samen met elektrische storingen in het poolstuk, leidden in 2004 tot de installatie van een waarschuwings- en uitschakelsysteem op basis van naderingssondes op de motoren en versnellingsmeters op de tandwielkasten van de molen.

Dit systeem leverde niet alleen waarschuwings- en uitschakelmogelijkheden, maar leverde ook bijna realtime trillingsgegevens, inclusief asbanen, aan analysepersoneel buiten de fabriek. Personeel voor analyse op afstand kan honderden kilometers verwijderd zijn, bijna-realtime gegevens bekijken en rechtstreeks overleggen met preekstoeloperators over problemen met de molensteunen.

Als resultaat van deze en andere successen was het duidelijk dat bewaking van machines op afstand verbeteringen en mogelijkheden bood die niet met conventionele middelen werden geboden.

Dit vroege systeem had echter beperkingen. Het vertrouwde op seriële RS-485-communicatie met een scanner/site-server. Naarmate het systeem uitbreidde, vertraagden de bemonsteringsfrequenties en waren de meest recente gegevens niet tijdig beschikbaar.

Het gebruikte ook eigen sensoren, die de configureerbaarheid en flexibiliteit van de toepassing beperkten. Het systeem op de RT-molen, hoewel krachtig, was duur en was beperkt tot één gebruiker tegelijk vanwege het gebruik van VPN-technologie.

Vanaf eind 2004 en begin 2005 begon Nucor Hickman met de implementatie van draadloze technologie in de fabriek. De rechtvaardiging was verzending en voorraadtoepassingen, kranen en systemen in de hete molen, en om aan andere operationele vereisten te voldoen.

Tegelijkertijd kwam er verbeterde technologie voor bewaking op afstand op de markt met dezelfde draadloze protocollen. Deze nieuwe technologie voor bewaking op afstand, ontwikkeld door Azima DLI, maakte gebruik van commerciële off-the-shelf (COTS) sensoren, standaard netwerkprotocollen en was veel flexibeler in termen van software en toepassing.

De convergentie van draadloze technologie, de toepassing ervan in de fabriek en de beschikbaarheid van verbeterde technologie hebben allemaal geleid tot de uitbreiding van Nucor Hickman's monitoring van apparatuur op afstand.

Het is interessant om op te merken dat de draadloze implementatie en implementatie werd gerechtvaardigd door andere applicaties binnen de fabriek. De impact van de machinebewakingsgegevens op het netwerk is minimaal, en zelfs met de uitgebreide implementatie bij Nucor Hickman vertegenwoordigt dit een klein deel van het netwerkverkeer.

Nucor Hickman:grootste implementatie van externe bewaking in de VS

Vanaf de publicatie van dit artikel was de Nucor Hickman Sheet Mill de locatie van de grootste implementatie van dynamische signaalmonitoring op afstand in de Verenigde Staten.

Azima-technologie voor bewaking op afstand wordt gebruikt op alle koeltorens van de fabriek, alle ID-ventilatoren van het baghouse, alle reverse-luchtventilatoren van het baghouse, waterpompen voor gietvormen, sproeiwaterpompen voor casters, alle ontkalkingspompen, aspiratieventilatoren voor daktoevoer-fluxsystemen en luchtcompressoren voor de wals. /P>

De installatie van het systeem voor bewaking op afstand is aan de gang op noodgeneratorsets van de fabriek en is gepland voor de nabije toekomstige vormspanningsrollen in de koude molen. Ongeveer 280 sensoren worden op afstand bewaakt.

Het personeel van de fabriek heeft volledige toegang tot gegevens, waarschuwingsgeschiedenissen, alarmen en waarschuwingen, rapporten en rapport-/machinegeschiedenissen. Waarschuwingen worden verzonden via e-mail en/of sms-bericht per mobiele telefoon.

Het systeem dat momenteel bij Nucor Hickman wordt toegepast, communiceert via het fabrieksnetwerk via 802.11b draadloze technologie of via standaard Ethernet (in tegenstelling tot eerdere systemen, waarvoor seriële RS-485-communicatie nodig was).

Een enkele kleine siteserver (standaard-pc) bevindt zich in de fabriek om te fungeren als een gegevensgateway en een bufferapparaat. Als de connectiviteit buiten de standaard uitvalt, fungeert de siteserver als een gegevensopslagapparaat dat gegevens buffert totdat de connectiviteit is hersteld.

Een van de belangrijkste kenmerken is dat de bewakingstoepassing geen software op de doelclient-pc vereist - het enige dat nodig is, is internettoegang en een login voor het systeem.

Het systeem bestaat uit sensoren die op de doelmachine zijn gemonteerd en een sensorhub die de gegevens van de sensoren digitaliseert en aggregeert. Collected data is transmitted securely to the plant network via either 802.11b wireless or Ethernet. (Note that, although not currently employed at Nucor Hickman, the system also supports data transmission via a cellular interface, independent of the plant network.)

Figure 1. How the Azima DLI Remote Monitoring System Works at Nucor Hickman

Data is sent via the plant network to the local site server and then out over the Internet to Azima DLI’s remote servers. Plant personnel, analysts or other authorized parties can then access the system via a secure Web portal.

Access and privileges are controlled by double password, and depending on privileges, a user can have rights to view data, edit system settings, analyze data and/or issue reports. All data, alerts and alert histories, and reports generated by analysts are maintained on the Web portal.

Histories of reports generated can be sorted and searched by plant area, date, machine, fault type and other criteria.

While the number of remotely monitored machines continues to expand at Nucor Hickman, many less critical machines remain under manual surveillance by operators on rounds once a month.

These machines include those in the balance of plant (hydraulic pumps, roll stand cooling pumps, furnace cooling pumps, and so forth). This monthly data is fed into the Azima DLI system and displayed via the same secure Web interface as the remotely collected data.

This means that a mill-wide view of equipment health – from all monitored machines, regardless of collection method – is visible via a single platform.

Azima analysts are responsible for monitoring and analyzing all posted to the Web interface.

What’s Involved in Getting Remote Monitoring Started

One of the most attractive features of the remote monitoring system at Hickman is that it is comprised primarily of low-cost, commercially available components (for example, COTS sensors) combined with advanced software and specialized sensor hubs. Careful planning and forethought is needed to ensure a successful remote monitoring deployment. Some of the lessons learned include:

• Careful thought should be given as to which machines are to be monitored and in what manner. In the case of Hickman, although the condition monitoring contractor had overall responsibility for the implementation and operation of the system, and for disseminating the analysis and results there from, each individual mill area had to decide what was to be monitored and how. Reporting relationships, access and other issues were all discussed and defined well ahead of the installation of monitoring equipment. There was a clear list of which equipment would benefit from automated remote monitoring and which could be sufficiently monitored by conventional methods.

• Number of points per machine to be monitored is an important consideration. Simply mimicking what would have been done in a manual monitoring program (multiple points and measurements per bearing) is usually unnecessary and adds cost while delivering small incremental value.

• If wireless transmission is to be employed, determine the best protocol for the site:802.11b/g, ZigBee, or 900 megahertz. In the case of Hickman, 802.11b was the preferred choice and that has been universally true in other applications as well. It offers the widest selection of available devices, and can cover a wide area with just a few access points. The 802.11b protocol has proven to be very reliable and is immune to RF interference, even in the melt shop area.

• Involve IT early. Agreement needs to be reached on security, protocols, etc. well before the installation of a remote monitoring system. What are the mill’s security expectations and policies? Within the plant, is traditional Local Area Network (LAN) acceptable, or is a Virtual Local Area Network (VLAN) necessary? IT support during deployment is crucial to successful and efficient startup. Connectivity must be verified, etc.

How Remote Monitoring Benefits Nucor Hickman

The initial deployment of the current generation of remote machinery monitoring technology commenced in July 2005. The installation and commissioning of Azima’s remote monitoring system is continuing to expand.

The hybrid approach of monitoring critical machines in parallel with traditional manual walk-around monitoring of balance-of-plant equipment, all reported via a common Web-based portal, has provided solid value to Nucor Hickman personnel. Several case studies demonstrating this value are briefly detailed below.

Case Study 1:Failure Caught Without Site Visit or Increased Costs
In the spring of 2006, a 1,500 HP baghouse fan induction motor failed due to a sudden stator short failure. All of the baghouse fans were equipped with remote monitoring hubs and were under surveillance.

The motor was replaced with a rebuilt spare. Immediately on restart of the fan, much higher vibration levels were noted by the remote monitoring analyst (who was not on site). Mill environmental department personnel, who were responsible for the baghouse and its equipment, were notified of the increased vibration.

Further examination of the data identified the problem as an outer race defect on the inboard (drive end) bearing of the motor. Mill personnel requested an evaluation as to the likelihood of the motor continuing in service until the next maintenance outage.

Analysis of the data and the rate of change indicated that it was likely that the unit would indeed continue to run. In an attempt to increase the likelihood of a successful outcome, attempts at relubrication of the motor bearing were undertaken. Unfortunately, the relubrication actually increased the vibration, and the rate of deterioration increased dramatically.

Mill personnel were advised of the change, and monitoring surveillance increased (frequency of data collection can be increased remotely via the Azima system’s interface).

The unit continued to deteriorate and, by the weekend, had reached a stage wherein continued operation was questionable. A recommendation was made to remove the unit from service at the first opportunity. After mutual viewing of the data and trends by plant personnel in conference with the remote analyst, plant personnel decided to remove the unit from service.

A spare fan was placed in service while the motor replacement was undertaken. The spare fan also was equipped with sensors that reported to the Azima system.

Prior to beginning disassembly of the failed fan, the spare was restarted and vibration and performance data was reviewed by the remote analyst, who confirmed that the spare fan was running well and could be expected to give reliable service while the failed fan was repaired. Only after the confirmation of the health of the spare was the failed fan removed from service.

It should be noted that at no time during this episode was the equipment analyst on site at the mill. Problem detection, confirmation of the problem and diagnostics (including the condition assessment of the spare fan) were all conducted remotely with no site visits and no costs incurred.

In the case of the confirmation of the condition of the spare fan, the contractor analyst was in an airport hundreds of miles away and was still able to serve the mill.

It is unlikely that this level of detection, service and continued operation could have been achieved with conventional once/month survey method. Using conventional methods, it is likely that several site visits would have been required with extra costs incurred.

Figure 2. Trend Graph Showing Vibration Increase

Case Study 2:Air Compressor Runs the Last Mile
A centrifugal induction motor-driven air compressor had suffered from poor reliability for some time. Beginning in the spring of 2006, it was equipped with remote monitoring technology. Immediately upon installation of the system, dramatic variations in motor vibration level with compressor load were noted.

Remotely acquired and analyzed vibration data indicated that bearing fits were in poor condition, and that the spacer gear coupling associated with this compressor was partially locked up. A recommendation was made to not yet remove the unit from service, but rather to continue to run and monitor it while preparations for a repair were made.

Data also was provided to the motor repair vendor. The motor repair vendor concurred that the vibration data indicated a problem but that it was likely confined to the coupling.

The recommendation was made by the motor repair vendor to disconnect the coupling, run the motor solo, and take manual measurements to confirm the coupling problem. The coupling was disconnected, the motor was run solo and manual vibration measurements were undertaken.

The motor was actually worse in the uncoupled condition, and before the vibration measurements could be completed, the motor failed catastrophically.

When the motor repair was completed and the unit returned to service, the remote monitoring system was recommissioned and was able to confirm that the motor and compressor were in good condition and suitable for continued service. This condition persisted for several months, with the unit running well and remote monitoring continuing.

Unfortunately, following a mill outage, the compressor motor vibration exhibited a small but unmistakable increase in overall vibration on the motor. The melt shop personnel were notified and the recommendation was made to continue to run the compressor.

Monitoring frequency was increased and alert thresholds adjusted to compensate for the changes. No site visits were required and the increased monitoring and adjustments were accomplished remotely via the system’s interface.

A few weeks later, the adjusted alert levels were exceeded, and automated alerts were issued. No other changes were made.

Within a few more weeks, the steady trend upward in motor vibration continued. Plant personnel were continuously advised as to the deteriorating condition of the unit, as was the motor repair vendor. Finally, the deterioration reached a level where the remote analyst recommended removing the unit from service at the convenient opportunity.

The motor repair vendor sent personnel to the site to take manual vibration measurements on the motor. The manual measurements confirmed the problem and the unit was removed from service and sent out for repair.

A coupling issue and deterioration of the inboard motor bearing was confirmed. Again, no site visits by analysis personnel were required and the plant was able to “run the unit the last mile” without incurring catastrophic failure or mill outages.

Figure 3. Vibration Trend on Compressor Drive Motor

Case Study 3:Remote Monitoring Enables System-Wide Process Optimization
A remote monitoring system can, as in the cases above, greatly expand on the capabilities of conventional rotating machinery vibration analysis. What many do not realize is that remote monitoring technology can also contribute in ways that are not possible with conventional manual monitoring.

The baghouse fans at NUCOR Hickman are vital to the plant. Maintenance of plant productivity, while still staying within permitted emission limits, is essential to plant profitability. Operating costs (in terms of power consumption) for several thousand horsepower of fan drives is significant.

The monitoring system, as applied to the baghouse fans at Hickman, incorporates vibration measurements along with load current measurements. Sampling rates are very rapid, and the baghouse fans at Hickman have an essentially unity power factor. The fan motors are not individually metered at the MCCs.

With the rapid sampling of the remote monitoring system, however, it became possible to get a reasonably accurate measure of fan load and operating cost.

Soon after commissioning the baghouse fan remote monitoring system, is was seen that variations in fan load and fan vibration were, not surprisingly, directly related to tap-to-tap cycles of the EAFs. All of the fans take suction from a common plenum, which is in turn fed by the furnace and canopy ducts.

Data collected by the remote monitoring system allowed observation of the dynamics of fan load as the melt shop underwent normal operation cycles. The ability to average and integrate the load data unexpectedly revealed that significant variation in fan HP load existed not only during furnace cycles but from one fan to another.

The data indicated a several-thousand-dollars-per-month variation in the operating cost of the fans. After data review, it became apparent that there was significant temperature (and thus density and mass flow) variation from one fan to the next.

The variation in load was confirmed by temperature measurements and infrared thermographic observation of the change in duct temperatures over time. Poor distribution in the plenum has been partially corrected by installing turning vanes in the plenum and adjusting damper control strategy.

Material improvements in fan efficiency have been realized as a result of these actions. The remote monitoring system allowed quantification of these issues and the ability to directly measure the effects of corrective action. This would not have been possible with conventional machinery monitoring techniques.

Samenvatting

Nucor Hickman is embracing new remote monitoring technologies and integrating them with its existing manual data collection process. By determining the most effective monitoring method for each machine – based on level of criticality, history of problems, and so forth – Nucor has established a comprehensive monitoring program that delivers increased uptime, reduced safety risks, and lower maintenance costs.

By choosing the Azima DLI monitoring and diagnostics system, Nucor has installed a flexible system that supports the integration of data collected both by automated system and manual rounds.

All data is presented via a single, secure Web interface. This enables mill-wide alerts to potential problems and delivers critical data to remotely located Azima analysts for review, analysis and advice.

In addition to providing more comprehensive monitoring, Azima’s remote monitoring solution has reduced the demand on existing resources at Nucor Hickman and frees them up to focus on maintenance rather than data collection. The program has been successful to date at Hickman, with clear successes and benefits, and further expansion is expected.

Erkenningen
As with most technological pursuits the real reason for success is people. We wish to offer sincerest thanks to the team at Nucor Hickman. The manager of the environmental department, Wayne Turney, and the department supervisor, Dan Bullock, have been particularly instrumental in the ongoing implementation. Dave DaVolt, Rod Wycoff, Claude Riggin, Justin Smith, Ashley Tippet, Tom Wright and Lou Incrocci in the hot mill, cold mill and melt shop have all contributed to the successful demonstration of these technologies. Likewise, success would have been impossible without the support, expert advice and consultation from the Nucor Hickman IT group. Rudy Moser, department manager, and Jim Walmsley, network support, were essential in making the implementation a success.

On the part of Azima DLI, Dr. Ed Futcher and his development team created the tools to make the systems possible, and Heather De Jesús and Dave Geswein, Azima engineering, deployed the system at the mill. Nelson A. Baxter, vice president of diagnostics for Azima, was invaluable in technical support and expertise. Elsa Anzalone, account manager for Azima, made the case for what has been achieved in this project, and her contributions have been invaluable.

For more information on these and other condition monitoring technologies, visit the Azima DLI Web site at www.azimadli.com.