Наблюдение за состоянием предотвращает незапланированные простои в транспортировочных системах

Такие транспортировочные системы, как эскалаторы, ленточные конвейеры, монорельсовые конвейеры и складские транспортировочные тележки не должны выходить из строя. Соответствующее наблюдение за состоянием может предотвратить нежелательные простои на ранней стадии, однако традиционный анализ вибрации не подходит для вибраций с очень низкой частотой в этих системах. HARTING и Formsmedia разработали новую концепцию наблюдения за состоянием, которая уже доказала свою эффективность на практике.

Незапланированные простои – периодическая и дорогостоящая неприятность в транспортировочных системах. Монорельсовые конвейерные транспортные системы, применяемые в автомобилестроении, являются наглядным примером этого. Опорные конструкции транспортируют тяжелые компоненты или целые кузова. Вся нагрузка приходится на покрытые пластмассой колеса. В какой-то момент покрытие сходит с колес, и монорельсовый конвейер получает повреждение колес. Производство прерывается, и ремонт монорельсового конвейера занимает некоторое время.

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.

Наблюдение за состоянием монорельсовой конвейерной транспортировочной системы также доступно в рамках модернизации

Анализ вибрации быстроходных двигателей или трансмиссий доказывает себя надежным инструментом для наблюдения уже около 20 лет. Тихоходные транспортировочные системы, такие как монорельсовые конвейеры, требуют значительно более чувствительного определения вибрации в миллиметровом G-диапазоне из-за слабых вибраций с очень низкой частотой. Компания Formsmedia, занимающаяся технологиями измерений, анализом импульсов и данных, вместе с HARTING разработала решение для наблюдения с учетом этих требований:

  • Высокочувствительные блоки датчиков с датчиками ускорения MEMS выполняют емкостный захват движений транспортировочной системы и определяют вибрацию на колесах, собирают данные о токе двигателя и температуре приводов.
  • Данные от датчиков собираются и передаются через шину Modbus к периферийной вычислительной системе MICA от HARTING. MICA – подключенный к сети надежный мини-компьютер с основанной на Linux ОС и виртуальными контейнерами Linux.
  • Для наблюдения за состоянием транспортировочной системы в MICA применяется аналитическое программное обеспечение от Formsmedia для локального сбора, хранения и визуализации данных от датчиков. MICA предназначен для быстрой оценки данных на месте, поэтому не требуется передавать куда-либо ненужные данные.
  • Для анализа спектра вибраций, а также оценки негармонизированных вибраций применяется быстрое преобразование Фурье.
  • Системой наблюдения за состоянием в рамках модернизации можно также оснастить транспортировочные системы с тихоходными компонентами.
  • Данные передаются к системам управления более высокого уровня SCADA или облачным платформам Интернета вещей для наблюдения за состоянием нескольких систем и выполнения дополнительных функций, таких как предупредительное техническое обслуживание.

Наблюдение за состоянием для сложных условий окружающей среды

Часто систему наблюдения за состоянием транспортировочных систем требуется установить в сложных условиях окружающей среды. Либо недостаточно места, либо требуется перекрыть большое расстояние, либо на месте установки очень пыльно, жарко или влажно. Благодаря степени защиты IP 65/67 блоки датчиков и MICA можно эксплуатировать в суровых условиях окружающей среды, и они защищены от сильных электромагнитных нагрузок.

Все локальные требования подробно записываются в подтверждении концепции, чтобы предварительно сконфигурировать блок датчиков и MICA для установки. Крепление датчиков также проверяют на механическую совместимость, чтобы надежно записывать слабые вибрации. Программу проверки Modbus можно использовать для двойной проверки всех предустановленных функций на месте во время запуска и убедиться в верности диапазонов измерения. Таким образом можно исключить большую часть ложных тревог.

В зависимости от окружающей среды предварительно обработанные данные можно передавать к ИТ-системам по проводной или беспроводной связи в коммуникативных форматах, таких как MQTT или OPC UA, с помощью функциональности шлюза MICA. Беспроводную версию MICA применяют в монорельсовой конвейерной транспортировочной системе для прямого анализа значений датчиков в каждой мобильной транспортировочной стойке и передачи этих значений по WLAN.

Раннее предупреждение предотвратило простой предприятия

Для оценки данных от датчиков определены пороговые значения, поэтому отдел инженерного обеспечения производства заранее получит сообщение о том, что требуется техническое обслуживание. На практике полезно установить на месте монитор, подключенный к MICA через дистанционный терминальный блок Modbus. Текущие нормативные значения и критические состояния системы показываются на мониторе в форме светофора. Выбранные приемники также отправляют тревожное сообщение при превышении пороговых значений. Кроме того, сотрудники на месте могут касанием сенсорной кнопки отправить к MICA такие события, как перерывы, сбои или отсутствие материала. Таким образом значения от датчиков можно связать с реальными эксплуатационными событиями.

Решение для наблюдения за состоянием можно дополнить машинным обучением предупредительному техническому обслуживанию, чтобы предсказывать, когда требуется следующее обслуживание. Для необходимого анализа ретроспективных и текущих данных обычно применяют облачные службы. Здесь разрабатывают и задают алгоритмы машинного обучения с помощью собранных данных о вибрациях колес, колебаниях тока в двигателе и изменениях температуры приводов. Предупредительное техническое обслуживание способно определить небольшие изменения в данных от датчиков в качестве аномалий, сделать выводы о текущем состоянии и предсказать будущее состояние.

В случае с предупредительным техническим обслуживанием рекомендуется обратиться к специализированным системотехническим ИТ-компаниям, имеющим опыт в анализе данных, разрабатывающим алгоритмы, правила и панели управления согласно индивидуальным требованиям заказчиков и способным интегрировать их в имеющиеся системы управления или ERP. Для этого компания HARTING вместе с ИТ-компаниями основала сеть MICA.network.

Быстрая амортизация решения для наблюдения за состоянием

Затраты на запуск системы наблюдения за состоянием окупаются относительно быстро. Благодаря стандартизированной концепции наблюдения за состоянием расходы на планирование, саму систему и ее установку низки, а преимущества для операторов системы значительны. Так можно заранее определить износ критически важных компонентов и избежать сбоя транспортировочной системы. Это повышает доступность системы и общую производительность оборудования. Кроме того, меньшее количество ремонтов и техническое обслуживание лишь по мере надобности сокращают расходы на обслуживание. В конечном счете это повышает качество обслуживания заказчиков/областей применения.

Дополнительный эффект от наблюдения за состоянием заметен в ситуации с модернизацией. Благодаря цифровому наблюдению старые предприятия снова будут соответствовать последнему слову техники. Циклы технического обслуживания, которые в противном случае более часты из-за срока службы оборудования, можно сократить до лишь действительно необходимых, увеличив время эксплуатации предприятия.

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.