Durum izleme, taşıma sistemlerindeki beklenmedik arızaları önler

Yürüyen merdivenler, taşıma bantları, monoray konveyörler ve depolama/alma makineleri gibi taşıma sistemlerinin arızalanmaması gerekir. Uygun durum izleme sistemleri istenmeyen duraklamaları ilk aşamada önleyebilir; bununla birlikte geleneksel titreşim analizleri, bu sistemlerin çok düşük frekanslı titreşimleri için uygun değildir. HARTING ve Formsmedia GmbH, durum izlemesi için uygulamada kendini  kanıtlamış olan yeni bir konsept geliştirdi.

Beklenmedik arızalar, taşıma sistemlerinde tekrarlayan ve maliyetli sıkıntılardır. Otomobil üretiminde kullanılan monoray konveyör taşıma sistemleri, bunu mükemmel şekilde göstermektedir. Destekleyici yapılar ağır parçaları veya tüm araç gövdelerini taşımaktadır. Tüm yük, plastik kaplı tekerleklere binmektedir. Belli bir noktada tekerleklerin kaplaması çıkar ve monoray konveyörde tekerlek hasarı oluşur. Üretim kesintiye uğrar ve monoray konveyörün onarımı zaman alır.

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.

Monoray konveyör taşıma sistemine yönelik durum izleme işlevi bir güçlendirme seçeneği olarak da sunulmaktadır

Yüksek devirli motorlara veya dişli kutularına yönelik titreşim analizi, yaklaşık 20 yıldır güvenilir bir izleme aracı olarak kendini kanıtlamıştır. Monoray konveyörler gibi yavaş hareket eden taşıma sistemleri, zayıf ve çok düşük frekanslı titreşimlerden dolayı milli-G aralığında çok daha hassas titreşim algılaması gerektirir. Bir ölçüm teknolojileri, pals ve veri analizi firması olan Formsmedia, HARTING ile birlikte bu ihtiyaca yönelik bir izleme çözümü geliştirdi:

  • MEMS ivme sensörleri içeren oldukça hassas sensör kutuları taşıma sisteminin hareketini kapasitif olarak elde eder ve tekerleklerdeki titreşimleri algılar; motor akımı ve sürücülerin sıcaklıkları hakkında veri toplar.
  • Sensör verileri toplanır ve atanmış Modbus üzerinden HARTING'in Edge Computing System MICA'sına iletilir. MICA, Linux tabanlı işletim sistemi barındıran ağa bağlanabilir ve güvenli bir mini bilgisayar ve Linux konteynerleri içeren bir sanal uygulama ortamıdır.
  • Taşıma sistemlerinin durumunu izlemek için MICA, Formsmedia'nın analiz yazılımını kullanarak sahada elde edilen sensör verilerini toplar, kaydeder ve görselleştirir. MICA verileri doğrudan yerinde hızlı bir şekilde değerlendirmek için uygundur, bu nedenle gereksiz veri aktarımına ihtiyaç kalmaz.
  • Titreşim spektrumunu analiz etmek ve harmonik olmayan titreşimleri de değerlendirmek için hızlı Fourier dönüşümü (FFT) kullanılır.
  • Durum izleme sistemi yavaş hareket eden parçalar içeren taşıma sistemlerine bir güçlendirme seçeneği olarak da eklenebilir.
  • Veri, birkaç sistemin durum izlemesini yapmak ve öngörücü bakım gibi genişletilmiş fonksiyonlar sağlamak için daha yüksek seviyeli SCADA kontrol sistemlerine veya bulut tabanlı IoT platformlarına aktarılır.

Zor ortam koşulları için durum izleme

Taşıma sistemlerinin durum izleme sistemleri sıklıkla zorlu ortam koşullarında monte edilmek zorundadır. Ya yeterince yer yoktur ve birbirine bağlanması gereken mesafeler uzundur ya da toz, ısı ve nem vardır. Sensör kutuları ve MICA, sert ortamlarda kullanılabilir ve IP 65/67 koruma sınıfı uyarınca ağır EMC yüklerine karşı korumalıdır.

Kurulum için sensör kutusunu ve MICA'yı önceden yapılandırmak üzere tüm lokal gereksinimler bir konsept kanıtlama çalışmasında ayrıntılı olarak kaydedilir. Sensörlerin montajı da, zayıf titreşimlerin güvenilir şekilde kaydedilmesini sağlamak için mekanik uygunluğa karşı kontrol edilir. İşletmeye alma sırasında tüm ön ayarlı fonksiyonları ikinci kez kontrol etmek ve doğru ölçüm aralıkları sağlamak için bir Modbus kontrol programı kullanılabilir. Başka bir ifade ile, yanlış alarmlar büyük ölçüde ortadan kaldırılabilir.

Ortama bağlı olarak ön işlemden geçirilmiş veri, MICA'nın ağ geçidi fonksiyonu kullanılarak, MQTT veya OPC UA alış veriş formatında, kablolu veya kablosuz olarak daha yüksek seviyeli IT sistemlerine aktarılabilir. MICA'nın kablosuz versiyonu, monoray konveyör taşıma sistemlerinde her bir mobil taşıma şasisindeki sensör değerlerini doğrudan değerlendirmek ve bunları WLAN üzerinden aktarabilmek için kullanılır.

Erken uyarı mesajı tesisin durma sürelerini kısaltır

Sensör verilerini değerlendirmek için eşik değerler kullanılır, böylece üretim mühendisliği departmanı erken bakım ihtiyacı hakkında bir mesaj alır. Uygulamada Modbus RTU (Uzak Terminal Ünitesi) üzerinden MICA'ya bağlı bir saha monitörü monte edilmesinin yardımcı olduğu görülmüştür. Mevcut karakteristik değerler ve kritik sistem durumları monitörde trafik ışığı şeklinde görsel olarak görüntülenir. Eşik değerler aşıldığında seçili alıcılara da alarm mesajı gönderilir. İlaveten sahadaki çalışanların ara verme, arıza veya eksik malzeme gibi olayları tek bir düğmeye dokunarak MICA'ya gönderme olanağı vardır. Başka bir ifade ile, sensör değerleri gerçek operasyonel olaylara bağlanabilmektedir.

Durum izleme çözümü, bir sonraki bakım servisinin ne zaman gerekeceğini belirlemek için öngörücü bakım maksadıyla makine öğrenimi eklenecek şekilde genişletilebilir. Geçmiş ve mevcut verilerin gerekli analizleri için genellikle bulut hizmetleri kullanılır. Tekerleklerin titreşimleri, motor akımındaki dalgalanmalar ve sürücülerdeki sıcaklık artışları hakkında toplanan veriler kullanılarak bu maksatla makine öğrenme algoritmaları geliştirilmekte ve öğretilmektedir. Öngörücü bakım sensör verilerindeki küçük değişiklikleri anomali olarak tanıyabilmekte olup mevcut durum hakkında bir sonuca varabilmekte ve gelecek durumlar hakkında tahminde bulunabilmektedir.

Öngörücü bakım gibi konular için veri analizi konusunda deneyimli ve kullanıcı gereksinimlerine göre ayrı ayrı algoritmalar, kurallar ve göstergeler geliştiren ve bunları mevcut kontrol ve ERP sistemlerine entegre edebilen uzman IT sistemleri firmaları ile işbirliğine gitmeniz önerilir. MICA.network, bu maksatla HARTING tarafından IT firmalarıyla kurulmuştur.

Kendini hızlı amorti eden durum izleme çözümü

Durum izleme sistemi kendini nispeten hızlı bir şekilde amorti eder. Standart durum izleme konsepti sayesinde planlama, sistem ve kurulum maliyetleri düşüktür, sistem kullanıcılarına sağladığı avantajlar yüksektir. Başka bir ifade ile kritik parçaların aşınması erken algılanabilir ve böylece taşıma sistemi arızası engellenebilir. Bu, sistem kullanılabilirliğini ve toplam ekipman verimliliğini artırır. Ek olarak daha az onarım ve gerektiğinde bakım yapılarak bakım giderlerini azaltır. Bu da nihayetinde ilgili müşterilere/kullanım alanlarına verilen hizmeti iyileştirir.

Durum izleme sisteminin ilave bir etkisi, bir güçlendirme çalışması durumunda görülebilir. Dijital izleme sayesinde eski tesisler yeniden modern bir duruma dönüştürülebilir. Ürün ömrü nedeniyle aksi takdirde daha sık olan bakım döngüleri, gerekli olan gerçek bakım aralığına kadar indirilebilir, bu şekilde tesisin kullanım süresini uzatır.

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.