Датчики вибрации и IIoT

Анализ вибрации — ключевая технология в постоянно меняющемся мире IIoT и профилактического обслуживания.

Это может быть ключевая технология для оценки состояния вращающихся активов в промышленности и предоставления вашей организации раннего предупреждения об ухудшении состояния и надвигающемся отказе активов.

Это обеспечивает высокую доступность активов на протяжении всего жизненного цикла.

Но что это такое?

Основы вибрации

Проще говоря, вибрация — это колебание или движение актива или компонента вперед и назад от его положения покоя.

Представьте себе маятник, выпущенный из своей высшей точки.

Он будет раскачиваться взад-вперед, пока вся энергия вибрации не рассеется. А затем возвращается в исходное положение.

Единственная разница с вашими активами заключается в том, что вибрация прекращается только тогда, когда прекращается вращательная энергия актива. Основной источник энергии — обычно двигатель — должен остановиться, чтобы прекратилась вибрация.

Но может ли такое простое явление, как вибрация, сказать вам, что не так с вашими активами?

Да!

Измеренные параметры вибрации, такие как амплитуда , СКЗ и период позволяют рассчитать и увидеть механические силы, силы вращения и силы трения, действующие в ваших объектах.

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

Силы внутри актива или оборудования вызывают вибрацию, и она обычно измеряется в корпусе подшипника. Силы исходят от вращающихся элементов актива, таких как роторы, шестерни, валы, подшипники и рабочие колеса.

Не все силы и вибрации являются плохими новостями.

Но когда они есть, мы используем быстрое преобразование Фурье (БПФ), чтобы иметь возможность просматривать их во временной и спектральной областях.

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

Именно здесь мы можем увидеть их отдельные частоты и амплитуды — в ускорении или скорости — и связать их закономерности с конкретными неисправностями объекта.

Какие ошибка может ли он обнаружить <сильный>?

Существует множество потенциальных неисправностей, которые можно обнаружить с помощью анализа вибрации, вот лишь некоторые из них:

• Изношенные подшипники
• Кавитация насоса
• Несоответствие между активами
• Износ зубьев шестерни
• Структурные трещины в фундаменте объектов
• Отсутствие смазки
• Изношенные приводные ремни
• Резонанс

Причиняло ли что-либо из этого значительное время простоя или головную боль на вашем предприятии?

Мы держим пари, что они есть!

Преимущества анализа вибрации и технического обслуживания в зависимости от состояния в целом хорошо известны:

• Более высокая доступность объектов
• Увеличение объема производства
• Меньше незапланированных простоев
• Снижение затрат на техническое обслуживание и жизненный цикл
• Оптимизация человеческих ресурсов
• Сокращение инвазивных профилактических работ (капитальный ремонт и замена компонентов)
• Улучшенное планирование и составление графиков технического обслуживания
• Лучшее прогнозирование запасных частей
• Информация об анализе первопричин для устранения дефектов

Анализ вибрации — это зрелая технология профилактического обслуживания, которая используется практически во всех отраслях, о которых только можно подумать. Это технология прогнозирования в таких отраслях промышленности, как нефть и газ, продукты питания и напитки, целлюлозно-бумажная, сталелитейная, автомобильная, горнодобывающая, авиационная, ядерная, химическая и многих других.

Как насчет процесса мониторинга состояния и анализа вибрации?

Анализ вибрации

Процесс мониторинга состояния прост и может быть разделен на три части:обнаружение, диагностика и прогноз. Давайте посмотрим на них:

Обнаружить ион - Независимо от того, собираете ли вы данные вручную каждые четыре недели или по часам с помощью онлайн-системы, данные можно отслеживать. Что вас действительно интересует, так это тяжесть вибрации в корпусе подшипника.

Во-первых, рекомендуется установить базовые уровни для всех ваших активов. Это делается для того, чтобы мы знали их нормальные рабочие уровни — при условии, что они изначально в хорошем состоянии.

Как только вибрация превысит заданный уровень сигнала тревоги (например, в мм/с или g), наступит время для дальнейшего расследования. Существуют международные стандарты, которые могут помочь вам настроить уровни сигналов тревоги, такие как серия ISO 10816.

Диагностика является – Вопрос, который мы здесь задаем:что не так с машиной?

Теперь, хотя вы измеряете вибрацию в подшипнике, это не означает, что функция форсирования дефектов является результатом неисправного подшипника. Это может быть множество причин. Посмотрите здесь на некоторые типичные причины износа подшипников, которые можно обнаружить с помощью анализа вибрации:

• Износ подшипника из-за несоосности
• Износ подшипника из-за мягкой опоры
• Износ подшипников из-за дисбаланса
• Износ подшипника из-за разболтанности

И как вы их находите?

Ранее мы видели, как сложные сигналы вибрации можно рассматривать во временной или частотной области. Здесь проводится анализ. Оба домена содержат ценную информацию для диагностики общих неисправностей оборудования. Временная область показывает нам серьезность вибрации в зависимости от времени. Это полезно для диагностики неисправностей подшипников, кавитации, дисбаланса, биений и повреждений зубьев шестерен. Частотная область показывает нам отдельные частоты, составляющие сложную вибрацию. Он особенно хорош для диагностики неисправностей подшипников, а также ослабления крепления, дисбаланса, несоосности, проблем с ремнем, отсутствия смазки, мягкой опоры и многого другого.

Прогнозы является – Этот вопрос самый сложный из всех. Как долго он продержится, прежде чем выйдет из строя?

Машины часто бывают сложными и демонстрируют сложное механическое поведение. Нет двух одинаковых.

Оценить, как долго проработает двигатель или насос после обнаружения дефекта, очень сложно. Но это может быть основано на крутизне тренда вибрации. Насколько быстро растет интенсивность вибрации с течением времени? Как только вы обнаружите зарождающуюся неисправность, вы можете проводить более регулярные измерения вибрации, особенно на критически важном объекте. Вы также можете оценить оставшийся срок полезного использования, если у вас есть данные о предыдущих отказах или хорошее понимание конкретной кривой P-F (потенциальный отказ — отказ) для оборудования. Этап прогнозирования сложен, но если вы хорошо разбираетесь в данных и оборудовании, вы можете снизить риск неожиданного сбоя.

Ключевым моментом здесь является то, чтобы сосредоточить свое время на общих проблемах, встречающихся на вращающемся оборудовании. Те, о которых мы уже упоминали, такие как несоосность, износ подшипников, разболтанность и дисбаланс, являются наиболее распространенными. Не тратьте слишком много времени на экзотические и редкие проблемы.

Представьте, что вы едете на своей машине. Постепенно, в течение нескольких недель, он начинает трястись все больше и больше по мере того, как вы включаете передачи. Интенсивность вибрации увеличилась. Отнесешь в гараж, а там будут искать общие проблемы. Например, дисбаланс колес или низкое давление в шинах. Они не стали бы разбирать коробку передач и искать отсутствующие зубья или эксцентриковые шестерни.

В этом суть мониторинга состояния:сосредоточение внимания на общих проблемах.

И диагностировать их точно и быстро.

Беспроводные датчики вибрации

Датчики вибрации сильно изменились.

Ушли (или уйдут) тяжелые одноосевые акселерометры прошлого с внешним питанием и кабелем. В настоящее время вы, скорее всего, увидите беспроводные, Bluetooth, трехосевые датчики вибрации с питанием от батареи. Теперь вы обнаружите, что они могут быть регистраторами данных, «просыпаться» и записывать при нарушении определенных порогов вибрации, они будут иметь встроенные уровни тревоги ISO, и многие из них также могут записывать температуру оборудования.

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

Традиционные, более крупные поставщики услуг мониторинга состояния меняют свои продуктовые линейки и бизнес-модели по мере того, как мы вступаем в эпоху индустрии 4.0, и на рынке появляется много новых, более молодых участников, которые бросают вызов статус-кво и разрушают старые бизнес-модели.

В Ибрационный анализ:B до и А после

Итак, мы знаем, что мониторинг состояния — и, в частности, анализ вибрации — изменился, верно?

Но давайте посмотрим, как это изменилось с практической точки зрения.

До - Ручной труд был в порядке вещей. Во-первых, для доступа к некоторым активам могут потребоваться разрешения из-за рисков для безопасности. На большинстве заводов по всему миру это составляет от 15 до 30 минут вашего рабочего времени. Вернувшись в офис, технический специалист должен был загрузить «маршрут» в свой сборщик данных. Затем они выходили и ходили вокруг растений с подключенным акселерометром и сборщиком данных (обычно тяжелым!). Технический специалист посещал только высококритичные станки и измерял каждую ось (X, Y, Z) на каждом подшипнике отдельно. Они могут проводить от 5 до 15 минут у каждой машины. Уставшие ноги возвращались в офис и загружали данные в проприетарное программное обеспечение на отдельном компьютере. Это означало, что данные находились только на этом компьютере, и только люди с доступом могли их просматривать.

В облаке ничего.

Надеюсь, они не забыли подписать и техпаспорт.

Затем аналитик вибрации просматривал тонны данных, анализировал данные вручную и обновлял свою электронную таблицу Excel или документ Word. После этого они отправляли свои рекомендации и отчеты специалистам по планированию технического обслуживания и руководителям по электронной почте.

И надеяться на лучшее!

Через 4 недели они снова повторяли этот цикл.

(4 недели всегда был цикл по умолчанию для большинства виброаналитиков для сбора данных <я>. Мало кто задумывался, почему.)

Но теперь все меняется…

После – Весь процесс теперь намного более автоматизирован.

Нет разрешений на безопасность, и мало или совсем нет прогулок!

Трехосевые беспроводные датчики вибрации постоянно устанавливаются на оборудование (с помощью магнита, клея или шпилек), и батарея может нуждаться в замене каждые три года или около того. Данные отправляются на локально установленный шлюз, который подключен к заводскому сигналу Wi-Fi. Затем шлюзовое устройство отправляет данные в облачное программное обеспечение, доступ к которому может получить любой пользователь, вошедший в систему, из любой точки мира. Данные собираются не каждые 4 недели, а настраиваются — часто до 60 секунд, если это необходимо.

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

По-прежнему существует возможность вручную загружать данные с беспроводных датчиков с помощью устройства, подключенного по Bluetooth, например планшета или мобильного телефона. Преимущество здесь в том, что технический специалист может ходить и одновременно проводить визуальный осмотр актива, если это необходимо, а также делать фотографии и делать записи об осмотре.

Датчик может даже быть «мобильным» и временно перемещаться на другие активы для устранения неполадок.

Уровни тревоги могут быть установлены в соответствии со стандартами ISO или настроены для отдельных активов. При нарушении сигналов тревоги ключевым заинтересованным сторонам отправляются автоматические электронные письма, чтобы предупредить о надвигающихся проблемах или необходимости анализа вибрации или анализа основных причин.

Учитывая экономию за счет масштаба, можно отслеживать гораздо больше активов, чем в традиционной модели, а не только критически важные активы.

Ручной анализ данных по-прежнему распространен, но по мере того, как мы углубляемся в цифровую трансформацию индустрии 4.0 и IIoT, мы все больше движемся к профилактическому обслуживанию, машинному обучению и алгоритмам, играющим ключевую роль в анализе.

Давайте теперь рассмотрим простую классификацию двух типов датчиков:сканирующие датчики и экранирующие датчики.

С датчики консервирования

Это более дорогие датчики вибрации, которые подходят для критически важных активов компании. Эти датчики обычно содержат средства самодиагностики и подтверждения измерения вибрации. Они обладают определенной степенью интеллекта и выполняют большой объем обработки данных. Это связано с тем, что после проверки данных они отправляют информацию о временной и частотной областях на шлюз и в облачное программное обеспечение для дальнейшего анализа. Обычно вы не тратите средства на их установку на менее важных и служебных активах. Они также часто имеют встроенные датчики температуры, поэтому долгосрочную температуру можно отслеживать вместе с вибрацией.

С экранирующие датчики

Эти датчики намного дешевле и применяются для менее важных и полезных активов. Но они хорошо подходят для подхода IIoT. Они часто записывают только общие значения вибрации и пиковую вибрацию, то есть не информацию во временной и частотной областях. Это передача небольшого объема данных. Но ключ в том, что, учитывая низкую стоимость, их можно использовать на гораздо большем количестве активов, чем сканирующие датчики. Они будут собирать данные об активах, которыми часто пренебрегают и игнорируют, но выход из строя которых все же может привести к производственным потерям, напрасным затратам и организационным проблемам.

Что такое рабочий процесс ?

Несмотря на то, что мы быстро движемся к цифровому преобразованию и IIoT, рабочий процесс мониторинга вибрации практически не меняется. Что изменилось, так это то, что меньше времени тратится на ненужный анализ, а затраты значительно сократились. Вот типичный рабочий процесс, который мы видим сегодня:

Этот простой рабочий процесс позволит вам сосредоточить свои ресурсы там, где они необходимы.

Получите большую отдачу от своих денег!

Значительная экономия достигается за счет автоматизированного сбора данных и фильтрации полезных активов. Именно здесь современные, ресурсоемкие и эффективные компании добиваются значительных успехов на пути к совершенству, возможностям подключения и промышленному интернету вещей.

Будьте конкурентоспособны.

И станьте частью этого современного пути, основанного на данных, к снижению затрат, снижению рисков и повышению эффективности активов и бизнеса.

Читать дальше:полное руководство по IIoT в обслуживании