Trillings- en IIoT-sensoren

Trillingsanalyse is een sleuteltechnologie in de steeds veranderende wereld van IIoT en voorspellend onderhoud.

Het kan de . zijn sleuteltechnologie om de gezondheid van roterende activa in de industrie te beoordelen en uw organisatie vroegtijdig te waarschuwen voor verslechtering en dreigend falen van activa.

Het zorgt voor een hoge beschikbaarheid van activa gedurende de levenscyclus.

Maar waar gaat het allemaal over?

Basisprincipes van trillingen

Om het simpel te houden, vibratie is de trilling of beweging van een activum of onderdeel heen en weer vanuit zijn rustpositie.

Denk aan een slinger die vanaf zijn hoogste punt wordt losgelaten.

Het zal heen en weer zwaaien totdat alle trillingsenergie is verdwenen. En dan keert het terug naar zijn ruststand.

Het enige verschil met uw assets is dat de trilling pas stopt wanneer de rotatie-energie van de asset stopt. De primaire energiebron - meestal de motor - moet stoppen om de trilling te stoppen.

Maar kan zo'n eenvoudig fenomeen als trillingen u vertellen wat er mis gaat in uw vermogen?

Ja!

Gemeten trillingsparameters zoals amplitude , RMS , en periode kunt u de mechanische, rotatie- en wrijvingskrachten die in uw activa plaatsvinden, berekenen en bekijken.

Bron:https://www.motioncontroltips.com/how-is-machine-vibration-defined/

De krachten in het activum of de apparatuur veroorzaken trillingen en dit wordt meestal gemeten bij het lagerhuis. De krachten komen van de roterende elementen in het activum, zoals de rotoren, tandwielen, assen, lagers en waaiers.

Niet alle krachten en trillingen zijn slecht nieuws.

Maar als ze dat wel zijn, gebruiken we een Fast Fourier Transform (FFT) om ze in de tijd- en spectrale domeinen te kunnen bekijken.

Bron:https://www.motioncontroltips.com/how-are-fast-fourier-transforms-used-in-vibration-analysis/

Hier kunnen we hun individuele frequenties en amplitudes zien - in versnelling of snelheid - en hun patronen relateren aan specifieke activafouten.

Welke soorten fout kan het detecteren ?

Er zijn veel potentiële fouten die door trillingsanalyse kunnen worden opgespoord, hier zijn er slechts een paar:

• Versleten lagers
• Pompcavitatie
• Verkeerde uitlijning van activa tot activa
• Tandwielen slijten
• Structurele scheuren in funderingen van activa
• Gebrek aan smering
• Versleten aandrijfriemen
• Resonantie

Heeft een van deze u aanzienlijke uitvaltijd of hoofdpijn veroorzaakt in uw fabriek?

We wedden dat ze dat hebben!

De voordelen van trillingsanalyse en conditiegebaseerd onderhoud in het algemeen zijn bekend:

• Hogere beschikbaarheid van activa
• Verhoogde productie-output
• Minder ongeplande uitvaltijd
• Lagere onderhouds- en levenscycluskosten
• Geoptimaliseerde human resources
• Verminderde invasieve PM's (revisies en vervanging van componenten)
• Verbeterde onderhoudsplanning en -planning
• Betere voorspelling van reserveonderdelen
• Hoofdoorzaakanalyse-informatie voor het elimineren van defecten

Trillingsanalyse is een volwassen technologie voor voorspellend onderhoud en wordt in bijna alle denkbare industrieën gebruikt. Het is een go-to voorspellende technologie in verticale sectoren zoals olie en gas, voedsel en drank, papier en pulp, staalproductie, auto's, mijnbouw, luchtvaart, nucleair, chemicaliën en nog veel meer.

Hoe zit het met het proces van conditiebewaking en trillingsanalyse?

Trillingsanalyse

Het proces van conditiebewaking is eenvoudig en kan in drie delen worden opgesplitst:detectie, diagnose en prognose. Laten we ze eens bekijken:

Detecteren ion - Of je nu handmatig elke vier weken data verzamelt of per uur met een ‘online’ systeem, de data kunnen trending zijn. Wat je echt trending is, is de ernst van de trillingen bij het lagerhuis.

Ten eerste is het een best practice om basisniveaus in te stellen voor al uw activa. Dit is zodat we hun normale operationele niveaus kennen - ervan uitgaande dat ze in het begin in goede staat zijn.

Zodra de trilling een vooraf ingesteld alarmniveau overschrijdt (in mm/s of Gs bijvoorbeeld), is het tijd om verder te onderzoeken. Er zijn internationale normen die u kunnen helpen bij het instellen van uw alarmniveaus, zoals de ISO 10816-serie.

Diagnose is – De vraag die we ons hier stellen is:wat is er mis met de machine?

Nu, hoewel u trillingen aan het lager meet, betekent dit niet dat de defecte forcerende functie het gevolg is van een defect lager. Het kan een veelvoud aan oorzaken zijn. Bekijk hier enkele typische redenen voor lagerslijtage die u kunt detecteren met trillingsanalyse:

• Lagerslijtage door verkeerde uitlijning
• Lagerslijtage door zachte voet
• Lagerslijtage door onbalans
• Lagerslijtage door loszitten

En hoe vind je ze?

Eerder zagen we hoe complexe trillingssignalen kunnen worden bekeken in het tijdsdomein of het frequentiedomein. Hier wordt de analyse uitgevoerd. Beide domeinen bevatten waardevolle informatie voor het diagnosticeren van veelvoorkomende apparatuurstoringen. Het tijdsdomein toont ons de ernst van trillingen ten opzichte van de tijd. Dit is handig voor het diagnosticeren van lagerfouten, cavitatie, onbalans, slagtrillingen en schade aan de tandwielen. Het frequentiedomein toont ons de individuele frequenties waaruit de complexe vibratie bestaat. Het is ook bijzonder goed voor het diagnosticeren van lagerfouten, losheid, onbalans, verkeerde uitlijning, riemproblemen, gebrek aan smering, zachte voet en nog veel meer.

Prognos is – Deze vraag is de moeilijkste van allemaal. Hoe lang duurt het voordat het mislukt?

Machines zijn vaak complex en vertonen complex mechanisch gedrag. Geen twee zijn hetzelfde.

Inschatten hoe lang een motor of pomp meegaat nadat een defect is gedetecteerd, is een hele uitdaging. Maar het kan gebaseerd zijn op de steilheid van de trillingstrend. Hoe snel stijgt de ernst van de trillingen in de loop van de tijd? Zodra u een beginnende storing ontdekt, kunt u regelmatiger trillingsmetingen uitvoeren, vooral bij kritieke installaties. U kunt ook de resterende gebruiksduur schatten als u gegevens heeft over eerdere storingen of als u een goed begrip heeft van de specifieke P-F-curve (Potential Failure – Failure) voor de apparatuur. De prognosefase is lastig, maar als u over goede kennis van data en apparatuur beschikt, kunt u de kans op een onverwachte storing verkleinen.

De sleutel hier is om uw tijd te besteden aan het concentreren op de veelvoorkomende problemen bij roterende apparatuur. Degenen die we al hebben genoemd, zoals verkeerde uitlijning, lagerslijtage, losheid en onbalans, komen het meest voor. Besteed niet te veel tijd aan exotische en zeldzame problemen.

Stel je voor dat je in je auto rijdt. Geleidelijk, gedurende een aantal weken, begint het meer en meer te trillen naarmate je door de versnellingen accelereert. De ernst van de trillingen is toegenomen. Je gaat ermee naar de garage en zij gaan op zoek naar de veelvoorkomende problemen. Dingen zoals wielonbalans of lage bandenspanning. Ze zouden de versnellingsbak niet demonteren en zoeken naar ontbrekende tandwieltanden of excentrische tandwielen.

Dat is waar condition monitoring om draait:focussen op de veelvoorkomende problemen.

En ze nauwkeurig en snel te diagnosticeren.

Draadloze trillingssensoren

Trillingssensoren zijn veel veranderd.

Verdwenen (of gaan) zijn de zware, bekabelde, extern aangedreven, enkelassige versnellingsmeters uit het verleden. Tegenwoordig zie je vaker draadloze, Bluetooth, batterijgevoede, 3-assige trillingssensoren. Je zult nu merken dat ze dataloggers kunnen zijn, 'wakker' kunnen worden en opnemen wanneer bepaalde trillingsdrempels worden overschreden, ze zullen ISO-alarmniveaus ingebouwd hebben en velen kunnen ook de temperatuur van activa registreren.

Bron:https://www.machinesentry.com/products/hardware/msf-1

De traditionele, grotere leveranciers van conditiebewaking veranderen hun productlijnen en bedrijfsmodellen naarmate we het tijdperk van industrie 4.0 ingaan, en er zijn veel nieuwe, jongere toetreders op de markt die de status-quo uitdagen en oude bedrijfsmodellen verstoren.

V ibratie-analyse:de B voor & Een na

Dus we weten dat conditiebewaking - en meer specifiek trillingsanalyse - is veranderd, toch?

Maar laten we eens kijken naar hoe het is praktisch veranderd.

Vroeger - handenarbeid was aan de orde van de dag. Ten eerste kunnen vanwege veiligheidsrisico's vergunningen nodig zijn om toegang te krijgen tot bepaalde activa. In de meeste fabrieken wereldwijd is dat 15 tot 30 minuten van uw tijd. Terug op kantoor zou een technicus een 'route' naar zijn dataverzamelaar moeten downloaden. Ze zouden dan naar buiten gaan en rond planten lopen met een bekabelde versnellingsmeter en een gegevensverzamelaar (meestal een zware!). De technicus zou alleen machines met een hoge kriticiteit bezoeken en elke afzonderlijke as (X, Y, Z) bij elk lager afzonderlijk meten. Ze kunnen 5 tot 15 minuten aan elke machine besteden. Met vermoeide voeten gingen ze dan terug naar kantoor en uploadden de gegevens naar propriëtaire software op een zelfstandige computer. Dit betekende dat de gegevens alleen op die computer stonden en dat alleen mensen met toegang ernaar konden kijken.

Niets op de wolk.

Hopelijk zouden ze ook niet vergeten de veiligheidsvergunning af te tekenen.

De trillingsanalist zou dan tonnen gegevens doorzoeken, de gegevens handmatig analyseren en hun Excel-spreadsheet of Word-document bijwerken. Zodra dit was gebeurd, e-mailden ze hun aanbevelingen en rapporten naar onderhoudsplanners en supervisors.

En hopen op het beste!

Na 4 weken zouden ze deze cyclus dan opnieuw herhalen.

(4 weken heeft altijd was de standaardcyclus voor de meeste vibratieanalisten om gegevens te verzamelen . Er is nooit veel over nagedacht waarom.)

Maar dingen veranderen nu…

Na – Het hele proces is nu een stuk meer geautomatiseerd.

Geen veiligheidsvergunningen, en weinig of geen rondlopen!

Draadloze trillingssensoren met drie assen zijn permanent op het activum geïnstalleerd (met een magneet, lijm of noppen) en de batterij moet mogelijk om de drie jaar worden vervangen. Gegevens worden verzonden naar een lokaal gemonteerd gateway-apparaat dat is verbonden met het wifi-signaal van de fabriek. Het gateway-apparaat stuurt de gegevens vervolgens naar cloudgebaseerde software waartoe iedereen met een login overal ter wereld toegang heeft. In plaats van gegevens die om de 4 weken worden verzameld, is het configureerbaar - indien nodig vaak tot slechts elke 60 seconden.

Bron:https://www.pruftechnik.com/en-GB/Products-and-Services/Condition-Monitoring-Systems/Online-Condition-Monitoring/

Er is nog steeds de mogelijkheid om de gegevens van de draadloze sensoren handmatig te uploaden met een Bluetooth-verbonden apparaat zoals een tablet of mobiele telefoon. Het voordeel hiervan is dat een monteur rond kan lopen en indien nodig tegelijkertijd een visuele inspectie van het activum kan uitvoeren, evenals foto's kan maken en inspectienotities kan maken.

De sensor kan zelfs 'mobiel' zijn en tijdelijk naar andere activa worden verplaatst voor probleemoplossing.

Alarmniveaus kunnen worden ingesteld op ISO-normen of worden geconfigureerd voor individuele activa. Wanneer alarmen worden geschonden, worden geautomatiseerde e-mails verzonden naar belangrijke belanghebbenden om te waarschuwen voor dreigende problemen of de noodzaak van trillingsanalyse of analyse van grondoorzaken.

Gezien de schaalvoordelen kunnen veel meer activa worden gecontroleerd dan in het traditionele model, niet alleen kritieke activa.

Handmatige analyse van de gegevens is nog steeds gebruikelijk, maar naarmate we dieper ingaan op de digitale transformatie van industrie 4.0 en het IIoT, gaan we meer richting voorspellend onderhoud, machine learning en algoritmen die een sleutelrol spelen in de analyse.

Laten we nu kijken naar een eenvoudige indeling van twee soorten sensoren:scansensoren en screeningsensoren.

S conservensensoren

Dit zijn de duurdere trillingssensoren die geschikt zijn voor de kritieke activa van een bedrijf. Deze sensoren bevatten doorgaans zelfdiagnose en validatie van trillingsmetingen. Ze hebben een zekere mate van intelligentie en voeren een grote hoeveelheid gegevensverwerking uit. Dit komt omdat ze na gegevensvalidatie de tijd- en frequentiedomeininformatie naar de gateway en cloudgebaseerde software sturen voor verdere analyse. Normaal gesproken gaat u niet naar de kosten om deze te installeren op minder kritieke en nutsvoorzieningen. Ze hebben ook vaak ingebouwde temperatuursensoren, zodat de temperatuur op de lange termijn naast trillingen kan worden weergegeven.

S creening-sensoren

Deze sensoren zijn veel goedkoper en worden toegepast om de kriticiteit en nutsvoorzieningen te verlagen. Maar ze passen goed bij de IIoT-aanpak. Ze registreren vaak alleen algemene trillingswaarden en piektrillingen - dat wil zeggen, niet de tijd- en frequentiedomeininformatie. Hierdoor wordt een laag datavolume overgedragen. Maar de sleutel is dat ze, gezien de lage kosten, op veel meer activa kunnen worden gebruikt dan scansensoren. Ze zullen gegevens vastleggen over de activa die vaak worden verwaarloosd en genegeerd, maar waarvan het falen nog steeds kan leiden tot productieverliezen, verspilde kosten en organisatorische problemen.

Wat is de werkstroom ?

Hoewel we snel de digitale transformatie en IIoT ingaan, is de workflow voor vibratiemonitoring in wezen hetzelfde. Wat is veranderd, is dat er minder tijd wordt verspild aan onnodige analyse en dat de kosten aanzienlijk zijn gedaald. Dit is de typische workflow die we vandaag zien:

Met deze eenvoudige workflow kunt u uw middelen concentreren waar ze nodig zijn.

Krijg meer waar voor je geld!

De grote kostenbesparingen worden behaald door geautomatiseerde gegevensverzameling en het uitfilteren van gezonde activa. Dit is waar moderne, activa-intensieve en operationeel efficiënte bedrijven aanzienlijke vooruitgang boeken op hun reis naar uitmuntendheid, connectiviteit en het industriële internet der dingen.

Wees competitief.

En maak deel uit van die moderne, datagedreven reis naar lagere kosten, lagere risico's en betere activa- en bedrijfsprestaties.

Lees volgende:Uitgebreide gids voor IIoT in onderhoud