Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Sledování stavu pro každého

Preventivní údržba vycházející z údajů získávaných trvalým sledováním stavu stroje nebo strojního celku je častým tématem diskusí. Ve strojírenství je však zatím realizována jen zřídka, protože konvenční systémy jsou velmi drahé. Společnost B&R nyní rozšířila svůj systém I/O modulů X20 o modul pro vyhodnocování signálu vibrací. Nový modul s vnitřní inteligencí eliminuje potřebu přídavného hardwaru a softwaru. Sledování stavu by se díky němu mohlo stát standardní funkcí u každého stroje.

 Funkce sledování stavu obecně umožňuje neustále sledovat podmínky panující ve sledovaných částech stroje či strojního celku. Z údajů získaných při sledování stavu lze odvodit požadavky na údržbu příslušného zařízení. „Společnost B&R již tradičně nabízí v oblasti monitorování stavu mnoho různých prostředků,“ říká Andreas Waldl, technický ředitel divize Customized Solutions ve společnosti B&R. „Pro tyto účely se používají např. vstupní moduly pro měření teploty nebo elektrického proudu či funkce pro sledování motorů v měničích řady Acopos.“

 Vibrace jako kritérium

Při své práci v útvaru pro zakázkovou výrobu byl Andreas Waldl postaven před náročné požadavky známého výrobce točivých strojů. „Pro tuto skandinávskou společnost jsme vyvinuli modul, který vyhodnocuje signál ze snímače zrychlení, převádí shromažďovaná data o vibracích do specifického formátu a předává je k dalšímu zpracování,“ říká Andreas Waldl. Zvláštní přitom bylo, že sledování stavu strojů nebylo pro tohoto zákazníka ničím novým – nabízel je jako volitelné vybavení již patnáct let – a k dosažení kompatibility se zavedeným vyhodnocovacím zařízením bylo tudíž nutné signály převést do daného specifického formátu. Použití modulu od B&R zákazníkovi umožnilo eliminovat nákladné externí obvody, takže nyní může monitorování stavu nabízet jako základní funkci svých strojů, a nikoliv jen jako volitelný doplněk za příplatek. Vědomí toho, že takové sledování stavu bylo dříve nemyslitelné bez použití rozměrných a nákladných externích zařízení, bylo impulzem k vývoji standardního modulu pro sledování stavu na základě měření vibrací stroje.

Modul systému X20 pro vyhodnocování signálu vibrací převratně změnil situaci v oblasti přístrojového vybavení pro sledování mechanického stavu strojů. Je kompaktní, ke své činnosti nevyžaduje externí počítač a lze ho bez jakýchkoliv problémů začlenit do automatizačních systémů B&R – umožňuje tudíž standardně optimálně vyřešit mnoho úloh monitorování stavu ve strojírenství.

Vyvinuto se zákazníkem a pro zákazníka

„Během přípravné fáze projektu jsme intenzivně diskutovali a také měřili vibrace na mnoha strojích rozličného určení,“ říká Andreas Waldl. „Výsledky těchto diskusí a experimentů a zpětná vazba od zákazníků se staly východiskem při vlastním vývoji nových modulů B&R pro monitorování stavu ve strojírenství.“ Jako první ze zařízení nové řady bylo na veletrhu SPS/IPC/Drives v listopadu 2011 představen modul pro měření a vyhodnocování vibrací X20CM4810. Modul má šířku dvou slotů a obsahuje čtyři kanály pro připojení snímačů zrychlení přes standardizované rozhraní ICP (Integrated Circuit Piezoelectric), které současně zajišťuje napájení snímačů (obr. 1). Signály z jednotlivých snímačů jsou vzorkovány s frekvencí 51,6 kHz a u každého z nich je přímo v modulu za provozu sledováno celkem více než 70 parametrů.

Z celkového počtu sledovaných parametrů jich 32 přestavuje nastavitelné tzv. frekvence poškození, z nichž se vynásobením aktuální frekvencí otáčení sledované hřídele stanoví frekvence, na níž se případný nesoulad či poškození projeví ve frekvenčním spektru příslušného signálu vibrací nárůstem amplitudy. Například nevyvážení má přidělenu frekvenci poškození č. 1, nesouosost frekvenci č. 2 apod. Vyšší frekvence závisejí na geometrii systému a určují je např. výrobci převodovek či valivých ložisek (obr. 2). Zbývajících asi 40 parametrů jsou pevné hodnoty jednak typu např. strmosti či přepočítávacího koeficientu amplitudy, jednak související se sledováním hodnot rychlosti vibrací a kategorizací vibrací podle rizika podle normy ISO 10816.

Kompaktní systém bez speciálního inženýrinku

Díku velkému počtu kritérií, která je možné nastavit a vyhodnocovat, lze v jednom kanálu sledovat i velmi složité módy kmitání vyskytující se např. u převodovek. Hlavní rozdíl mezi novým uspořádáním a zavedenými konvenčními systémy je v tom, že nově je signál vibrací vyhodnocován přímo v modulu a údaje o stavu stroje i hodnoty provozních veličin jsou současně dostupné na tomtéž rozhraní uvnitř systému. Díky integraci není nutný externí počítač naprogramovaný speciálně pro danou úlohu sledování stavu a zatížení sběrnice a procesoru řídicího systému je menší. „Potřeba výpočetního výkonu závisí na úloze a nedoporučuje se ji podceňovat,“ říká Andreas Waldl. Pokud jde o projektování automatizačního systému, provedený krok směrem k nastavování parametrů algoritmu zpracování signálu vibrací a reakcí na jeho výsledky ve vývojovém prostředí Automation Studio minimalizuje náklady na software i problémy s kompatibilitou rozhraní mezi zařízeními.

Zkoušky alfa prototypů nového modulu probíhají u vybraných zákazníků od září 2011 (obr. 3). Pokročilé prototypy by měly být k dispozici od druhého a sériové výrobky od třetího čtvrtletí 2012. „Při vývoji těchto modulů jsme si předsevzali, že především musí být snadno použitelné jako součást celkového automatizačního systému, a to bez expertních znalostí v oboru mechanického kmitání. Musí stačit zkonfigurovat modul a řídicí jednotka stroje pak na základě hodnot předávaných z úrovně modulů X20 zajistí patřičnou odezvu,“ vysvětluje Andreas Waldl.

(B+R automatizace, spol. s r. o.)

Obr. 1. Modul X20CM4810 s čelními rozměry 25 × 99 mm je jedním z nejmenších čtyřkanálových modulů pro sledování stavu zařízení na světě

Obr. 2. Jedna z funkcí modulu X20CM4810: poškození vnějšího kroužku ložiska (a) se typicky projeví ve frekvenčním spektru signálu zrychlení vibrací (b)

Obr. 3. Dekantační odstředivky nové generace Aldeg G2 od firmy Alfa Laval využívající sledování stavu technikou B&R mají až o 40 % menší celkovou spotřebu energie