La maintenance conditionnelle permet de prévenir les immobilisations imprévues des systèmes de transport

Les systèmes de transport comme les escalators, les convoyeurs à bande, les convoyeurs et les carrousels de stockage ou les transstockeurs ne doivent pas tomber en panne. Un système de maintenance conditionnelle adaptée peut prévenir les immobilisations involontaires en amont ; des analyses conventionnelles des vibrations ne sont toutefois pas adaptées aux vibrations à très basse fréquence dans ces systèmes. HARTING et Formsmedia GmbH ont élaboré un nouveau concept de maintenance conditionnelle qui a déjà fait ses preuves dans la pratique.

Les temps d'immobilisation imprévus sont un fléau récurrent et coûteux dans les systèmes de transport. Les systèmes de convoyage monorail utilisés dans la production automobile en sont une excellente illustration. Les structures de support transportent des composants lourds ou des châssis entiers de véhicules. L'ensemble de la charge est portée par des roues dotées d'un revêtement en plastique. A certains endroits, le revêtement se détachera des roues et le convoyeur monorail subira un dommage au niveau des roues. La production est interrompue et la réparation du convoyeur monorail prend beaucoup de temps.

Ausfälle in Transport-Systemen kann zum Stillstand kompletter Betriebsabläufe führen. Ein Condition Monitoring System auf Basis des Edge Computers MICA® erkennt Verschleiß frühzeitig und verhindert so ungeplante Ausfälle.

La maintenance conditionnelle d'un système de convoyage monorail est également proposée comme rétrofit

Les analyses des vibrations des machines ou des transmissions fonctionnant à des vitesses élevées ont prouvé leur fiabilité comme outils de monitoring depuis plus de 20 ans. Les systèmes de transport à déplacement lent comme les convoyeurs monorail nécessitent une détection considérablement plus sensible des vibrations de l'ordre du milli-G en raison de l'usure et des vibrations à très basse fréquence. Formsmedia, une société spécialisée dans les technologies de mesure, l'analyse des impulsions et des données, a développé une solution de maintenance conditionnelle avec HARTING pour répondre à ces exigences :

  • Des boîtiers de capteurs à haute sensibilité équipés d'accéléromètres MEMS permettent de capter le mouvement du système de transport de façon capacitive et de détecter les vibrations au niveau des roues, de collecter les données relatives au courant et à la température des moteurs.
  • Les données des capteurs sont collectées et transmises via Modbus assigné au système d'ordinateur avancé MICA fourni par HARTING. Le système MICA est un mini-ordinateur sécurisé et dotés de capacités réseau fonctionnant sous Linux et proposant un environnement virtualisé d'applications consistant en des conteneurs Linux.
  • Pour assurer la maintenance conditionnelle du système de transport, le système MICA utilise un logiciel d'analyse de Formsmedia pour agréger, stocker et visualiser les données des capteurs y compris localement sur site. MICA est adapté pour procéder à l'analyse rapide des données directement sur le site de façon à éviter toute révision de données inutiles.
  • La transformation de Fourier rapide (FFT) est utilisée pour analyser le spectre des vibrations et évaluer également les vibrations non-harmoniques.
  • Le système de maintenance conditionnelle peut également être rajouté comme rétrofit pour les systèmes de transport comportant des composants à déplacement lent.
  • Les données sont transmises aux systèmes de contrôle SCADA du niveau supérieur ou aux plateformes IdO basé sur un système afin d'assurer une maintenance conditionnelle pour différents systèmes et fournir des fonctionnalités étendues, comme la maintenance prédictive.

La maintenance conditionnelle dans les environnements difficiles

La maintenance conditionnelle des systèmes de transport doivent fréquemment être installées dans des environnements difficiles. Souvent, l'espace disponible est insuffisant, les distances à parcourir sont importantes ou la présence de poussière, de chaleur et d'humidité compliquent les choses. Les boîtes de capteurs et MICA peuvent peuvent être utilisées dans un environnement difficile et sont également protégés contre les les charges CEM lourdes en bénéficiant d'une protection IP 65/67.

Toutes les exigences locales sont enregistrées en détail dans une démonstration de faisabilité pour préconfigurer le boîtier de capteurs et le système MICA en vue de son installation. La fixation des capteurs est également vérifiée par rapport à sa robustesse mécanique de façon à pouvoir enregistrer les vibrations faibles en toute fiabilité. Un logiciel Modbus de contrôle peut être utilisé pour procéder à une double vérification de l'ensemble des fonctions prédéfinies sur site lors de la mise en place afin d'assurer que les plages de mesure soient correctes. Ceci permet d'éviter la plupart des fausses alertes.

En fonction de l'environnement, les données prétraitées peuvent être transmises aux systèmes informatiques des niveaux supérieurs par une liaison sans fil ou par câble via des formats d'échange, comme MQTT ou OPC UA, en utilisant la fonctionnalité passerelle de MICA. La version sans fil de MICA est utilisée pour les systèmes de convoyage monorail pour évaluer directement les valeurs des capteurs dans chacun des cages de transport mobiles et permettre leur transmission par réseau WLAN.

Un message d'alerte en amont permet de prévenir les temps des installations

Des valeurs limites sont définies pour l'évaluation des données des capteurs de façon à ce que le service d'ingénierie de production reçoivent un message l'informant d'un besoin de maintenance dans un délai rapproché. Dans la pratique, il s'est avéré utile d'installer un système de monitoring sur site qui soit connecté au système MICA via Modbus RTU (Remote Terminal Unit). Les valeurs caractéristiques actuelles et les états critiques des systèmes soient affichés visuellement à l'écran sous la forme d'un feux tricolore. Des récepteurs sélectionnés sont également configurés pour envoyer un message l'alerte lorsque ces valeurs limites sont dépassées. En outre, les employés sur site ont la possibilité, en appuyant sur un bouton, d'envoyer un message au système MICA en cas d'incidents comme des interruptions, des dysfonctionnements ou un manque de matière. Ceci signifie que les valeurs des capteurs peuvent être reliées aux évènements opérationnels réels.

La solution de maintenance conditionnelle peut être étendue pour inclure le machine learning afin de pourvoir à une maintenance prédictive et prédire ainsi le moment où la prochaine intervention de maintenance sera nécessaire. Les services cloud sont généralement utilisés pour procéder à l'analyse nécessaire de l'historique et des données actuelles. Les algorithmes de machine learning sont développés et entraînés pour cela en utilisant les données collectées relatives aux vibrations des roues, aux fluctuations du courant de moteur et l'évolution de la température des entraînements. La maintenance prédictive est également capable de détecter de légères modifications des données des capteurs, comme les anomalies, et capable de tirer des conclusions à partir des conditions actuelles et de prédire les conditions futures.

Pour les sujets comme la maintenance prédictive, il est recommandé d'engager une coopération avec des établissements spécialisés en systèmes informatiques qui disposent d'ue expérience dans le domaine de l'analyse des données qui développent des algorithmes, des règles et des tableaux de bord personnalisés en fonction des besoins et des exigences des clients et sont capables d'intégrer ces éléments dans des systèmes de contrôle ou ERP existants. C'est pour cela que HARTING a créé le réseau MICA.network avec des entreprise spécialisée en informatique.

Amortissement rapide de la solution de maintenance conditionnelle

Les coûts de la mise en place d'un système de maintenance conditionnelle sont rapidement amortis. Grâce à un concept standardisé de maintenance conditionnelle, la planification, les coûts du système et de son installation sont faibles alors que les bénéfices pour les opérateurs des systèmes sont élevés. Ceci signifie que l'usure des composants critiques peut être détectée en amont permettant d'éviter les défaillances du système de transport. Ceci permet d'accroître la disponibilité du système et le taux de rendement global (TRG) des équipements. De plus, la réduction des opérations de réparation et de maintenance à réaliser d'urgence permettent de réduire les coûts de maintenance. En fin de compte, ceci permet d'améliorer le service fourni aux clients concernés sur le terrain.

Un autre effet bénéfique supplémentaire d'une maintenance conditionnelle peut être la situation en termes de rétrofit. Grâce au monitoring numérique, les équipements plus anciens peuvent être modernisé pour révenir à l'état actuel de l'art. Les cycles de maintenance qui autrement sont plus fréquents en raison du cycle de vie du produit, peuvent être réduits pour atteindre le niveau actuel d'exigences, tout en augmentant le temps d'utilisation de ces équipements.

Durch die Schutzart IP 65/67 sind die Sensorboxen und die MICA auch im rauen Umfeld einsetzbar und außerdem gegen hohe EMV-Belastungen geschützt.

Die vorverarbeiteten Daten können je nach Umfeld drahtlos oder drahtgebunden über die Gateway-Funktionalität der MICA in Austauschformaten wie MQTT oder OPC UA an übergeordnete IT-Systeme übertragen werden. Für das Hängebahn-Transportsystem wurde die Wireless-Version der MICA verwendet, um die Sensorwerte in jedem mobilen Transportgestell direkt auszuwerten und per WLAN übertragen zu können.

Frühzeitige Warnmeldung verhindert den Anlagenstillstand

Für die Auswertung der Sensordaten werden Schwellwerte festgelegt, die der Betriebstechnik frühzeitig eine Meldung über den Wartungsbedarf geben. In der Praxis hat es sich als hilfreich erwiesen, wenn vor Ort ein Monitor installiert wird, der per Modbus RTU (Remote Terminal Unit) mit der MICA verbunden ist. Auf dem Monitor werden die aktuellen Kennwerte und kritische Systemzustände optisch in Form einer Ampelfunktion angezeigt. Zusätzlich erhalten ausgewählte Empfänger eine Alarmmeldung, wenn Schwellwerte überschritten werden. Ergänzend haben Mitarbeiter vor Ort die Möglichkeit, per Touch-Button Ereignisse wie Pausen, Störungen oder fehlendes Material an die MICA senden. So können die Sensorwerte mit echten Betriebsereignissen verknüpft werden.

Die Condition-Monitoring-Lösung kann durch Machine Learning zu Predictive Maintenance erweitert werden, um zeitliche Voraussagen über den nächsten Wartungseinsatz machen zu können. Die dafür notwendige Analyse historischer und aktueller Daten findet in der Regel mit Unterstützung von Cloud-Services statt. Hier werden Machine-Learning-Algorithmen entwickelt und mit den gesammelten Daten über die Vibrationen der Laufräder, den Schwankungen im Motorstrom sowie der Temperaturentwicklung der Antriebe trainiert. Predictive Maintenance ist damit in der Lage, schleichende Veränderungen in den Sensordaten als Anomalien zu erkennen und Schlussfolgerungen über den aktuellen und Voraussagen über den künftigen Zustand zu treffen.

Bei Themen wie Predictive Maintenance empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit spezialisierten IT-Systemhäusern, die Erfahrung im Bereich Datenanalyse haben und Algorithmen, Regeln und Dashboards individuell für den Bedarf des Anwenders entwickeln und auch die Integration in bestehende Leit- oder ERP-Systeme übernehmen. HARTING hat dafür gemeinsam mit IT-Unternehmen das MICA.network gegründet.

Schnelle Amortisation der Condition-Monitoring-Lösung

Die Einführung von Condition Monitoring rechnet sich relativ schnell. Die Planungs-, System- und Installationskosten sind durch das standardisierte Condition-Monitoring-Konzept gering und der Nutzen für die Anlagenbetreiber hoch. So lässt sich der Verschleiß von kritischen Bauteilen frühzeitig erkennen und ein Ausfall des Transportsystems vermeiden. Dadurch erhöhen sich die Anlagenverfügbarkeit und die Gesamtanlageneffektivität (OEE). Weniger Reparaturen und die bedarfsgerechte Wartung verringern außerdem die Instandhaltungskosten. Schließlich verbessert sich der Service für die betroffenen Kunden / Einsatzbereiche.

Ein weiterer Effekt von Condition Monitoring zeigt sich beim Retrofit. Durch die digitale Überwachung werden Altanlagen auf den aktuellen Stand der Technik gebracht. Die aufgrund des Product Lifecycle sonst häufigeren Wartungszyklen können auf den tatsächlichen Bedarf reduziert und die Nutzungszeit der Anlage verlängert werden.