Giám sát rung chấn tiên tiến để bảo trì dự đoán thiết bị trong nhà máy thép

Trong quá trình sản xuất, nếu bất kỳ động cơ nào gặp sự cố hoặc hỏng hóc, toàn bộ dây chuyền sản xuất sẽ dừng lại và các sản phẩm chưa hoàn thiện phải bị loại bỏ. Điều này dẫn đến giảm năng suất chung, tăng chi phí và nguy cơ tiềm ẩn tại nơi làm việc. Để giảm thiểu những rủi ro này, khách hàng đặt mục tiêu chủ động theo dõi độ rung của ổ trục và bảo trì sớm thiết bị để giảm thiểu tổn thất và đảm bảo an toàn cho dây chuyền sản xuất.

Bài viết giải thích cách khách hàng sử dụng giải pháp giám sát độ rung chấn thiết bị và bảo trì dự đoán của ICP DAS để đạt được mục tiêu giám sát độ rung thiết bị theo thời gian thực. Khách hàng là một nhà máy thép với nhiều thiết bị phức tạp được sử dụng trong quá trình vận chuyển nguyên liệu thô, sản xuất thép và cán nóng và cán nguội.

Giải pháp giám sát rung động thiết bị và bảo trì dự đoán của ICP DAS​

Để xác định sớm các vấn đề tiềm ẩn và lập kế hoạch bảo trì hoặc thay thế thiết bị, khách hàng sử dụng cảm biến đo rung chấn (gia tốc) iSN-701-F15-L030 và máy ghi dữ liệu máy đo gia tốc AR-400 của ICP DAS để đo và lưu trữ dữ liệu rung. Dữ liệu này được gửi qua giao thức Modbus RTU đến Màn hình HMI cảm ứng VPD-130-H để hiển thị dữ liệu thời gian thực và cài đặt ngưỡng của các tính năng rung. Ngoài ra, dữ liệu được truyền qua Modbus TCP (Ethernet) đến mô-đun I/O Ethernet ET-7224. Kênh đầu ra kỹ thuật số (DO) của ET-7224 kết nối với mô-đun cảnh báo MP3 ALM-06-WF, mô-đun này phát ra âm thanh báo động trong trường hợp khẩn cấp để cảnh báo cho nhân viên. Kênh đầu ra tương tự (AO) của ET-7224 liên kết với PLC tại chỗ hiện có, cho phép chuyển đổi dòng điện trở lại thành các tính năng rung. Sơ đồ kiến trúc hệ thống được hiển thị bên dưới:

Thiết bị trong hệ thống

Cảm biến đo rung chấn (gia tốc)
iSN-701-F15-L030 được thiết kế để đo độ rung, với phạm vi ±80g và đáp ứng tần số từ 0,5Hz đến 15kHz.
Trong trường hợp này, khách hàng đã lắp đặt một cảm biến iSN-701-F15-L030 ở mỗi đầu ổ trục động cơ. Bằng cách so sánh tốc độ rung ở cả hai đầu, họ có thể xác định xem động cơ có vấn đề gì không. Dữ liệu rung thu thập được sau đó được gửi đến bộ ghi dữ liệu máy đo gia tốc AR-400.

Accelerometer data logger
Bộ ghi dữ liệu gia tốc kế AR-400 cung cấp 1 kênh đầu vào kỹ thuật số và 4 kênh đầu vào tương tự. Nó có thể thu thập dữ liệu từ 4 máy đo gia tốc IEPE cùng lúc và tính toán các tính năng rung động cùng với các giá trị dòng điện tương ứng (4-20mA). Mỗi kênh đầu vào tương tự hỗ trợ tốc độ lấy mẫu tối đa là 125 kHz. Tất cả các tín hiệu được ghi lại đều được lưu vào thẻ Micro SD 4~32GB để phân tích ngoại tuyến.
Với phần mềm tiện ích do ICP DAS cung cấp, người dùng có thể thiết lập nhiều kích hoạt thu thập dữ liệu khác nhau như nút nhấn, theo lịch trình, ngưỡng, đầu vào kỹ thuật số và kích hoạt từ xa. Phần mềm cũng cho phép tùy chỉnh tốc độ lấy mẫu và thời lượng.

Ethernet I/O module
ET-7224 có 4 kênh đầu ra tương tự, 5 kênh đầu vào/đầu ra kỹ thuật số và 2 cổng Ethernet, cho phép cấu hình cấu trúc Daisy-chain. Nó cung cấp các tùy chọn đầu ra tương tự có thể lập trình (+/-5 V, +/-10 V, 0-20 mA và 4-20 mA), có thể được thiết lập thông qua cài đặt jumper. Mô-đun hỗ trợ các giao thức truyền thông Modbus TCP/UDP và Web Server và Web HMI tích hợp sẵn. Nó cũng cung cấp chức năng I/O Pair-Connection.
Trong trường hợp này, ET-7224 nhận các giá trị dòng điện, được tính toán bởi bộ ghi dữ liệu gia tốc kế AR-400, thông qua giao thức Modbus TCP và xuất các giá trị này tương ứng với các tính năng rung động đến PLC thông qua kênh AO. Ngoài ra, khi các giá trị rung động vượt quá ngưỡng, mô-đun ET-7224 nhận lệnh từ bộ ghi dữ liệu AR-400 và kích hoạt mô-đun cảnh báo ALM-06-WF MP3 thông qua kênh DO.

Màn hình cảm ứng HMI
Màn hình HMI VPD Series có màn hình cảm ứng màu độ phân giải cao, kích thước 3,5, 4,3 hoặc 7 inch. Thiết bị này đi kèm với các giao diện truyền thông tích hợp, bao gồm RS-232/RS-485 và Ethernet (PoE) và hỗ trợ các giao thức Modbus TCP/RTU. Điều này cho phép tích hợp liền mạch với nhiều thiết bị khác nhau
Trong trường hợp này, VPD-130-H được lắp đặt bên ngoài tủ điều khiển để hiển thị dữ liệu rung động được thu thập bởi bộ ghi dữ liệu gia tốc kế AR-400, chẳng hạn như gia tốc đỉnh-đỉnh và vận tốc RMS. Nó cũng cho phép thiết lập ngưỡng rung động. Khi các giá trị được ghi lại vượt quá các ngưỡng này, bộ ghi dữ liệu AR-400 sẽ kích hoạt mô-đun cảnh báo ALM-06-WF MP3 thông qua mô-đun I/O Ethernet ET-7224 để đưa ra cảnh báo.

Mô-đun cảnh báo MP3
ALM-06-WF có 6 kênh đầu vào kỹ thuật số riêng biệt, 1 kênh đầu ra rơle, 1 đầu ra đường âm thanh MP3 và 8 chế độ báo động. Nó bao gồm một thẻ nhớ microSD tích hợp (TFlash) để lưu trữ dữ liệu an toàn.
Trong trường hợp này, ALM-06-WF MP3 nhận tín hiệu DO từ ET-7224 và phát ra âm thanh báo động khi giá trị rung động bất thường, cảnh báo nhân viên quản lý hành động. Người dùng cũng có thể điều chỉnh cài đặt ALM-06-WF thông qua thiết bị di động được kết nối với Wi-Fi.

Giải pháp trực quan hóa dữ liệu đám mây của ICP DAS​

Trong trường hợp này, bộ điều khiển biên IIoT thông minh WISE-2241M của ICP DAS có thể được thêm vào để thực hiện điện toán biên, giảm bớt khối lượng công việc trên hệ thống điều khiển trung tâm. Khi được sử dụng kết hợp với phần mềm quản lý đám mây IoTstar IIoT, WISE-2241M sẽ gửi dữ liệu đến cơ sở dữ liệu, sau đó được trực quan hóa trên bảng điều khiển, đạt được khả năng trực quan hóa dữ liệu hiệu quả.
Bộ điều khiển biên IIoT thông minh dòng WISE được sử dụng rộng rãi để điều khiển và giám sát logic biên trên nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau. Các bộ điều khiển này cung cấp các khả năng như tính toán toán học, lập lịch và gửi tin nhắn cảnh báo qua email và các nền tảng như Line/WeChat/SMS. Câu lệnh IF-THEN-ELSE tích hợp của chúng đảm bảo thực hiện ổn định và hiệu quả các tác vụ tự động.


WISE-2241M sử dụng cơ chế IF-THEN-ELSE để điều khiển thiết bị theo thời gian thực. Khi phát hiện giá trị rung động bất thường, bộ điều khiển có thể ngay lập tức kích hoạt hoặc hủy kích hoạt thiết bị có liên quan, ngay cả khi thiết bị không được kết nối với phần mềm giám sát nền. Nó cũng sẽ gửi thông báo báo động và truyền dữ liệu tại chỗ trở lại trung tâm điều khiển qua Modbus TCP để quản lý tập trung.

IoTstar là phần mềm quản lý đám mây IIoT do ICP DAS phát triển. Phần mềm này cho phép giám sát và quản lý từ xa các bộ điều khiển IoT dòng WISE/PMC/PMD của ICP DAS, cùng với các mô-đun I/O, thiết bị và thiết bị được kết nối với các bộ điều khiển này. IoTstar có thể được cài đặt trên các nền tảng đám mây riêng chạy trên HĐH Windows, cũng như trên các nền tảng đám mây công cộng như Microsoft Azure, IBM Bluemix, Google Cloud hoặc Amazon Web Services. Ngoài ra, IoTstar còn cung cấp các dịch vụ báo cáo và truy vấn cho các giá trị của các kênh mô-đun I/O (hoặc đồng hồ đo công suất) được kết nối với các bộ điều khiển dòng WISE/PMC/PMD. Các báo cáo này có thể được xuất ra dưới dạng tệp PDF hoặc Excel.

Kết luận
Bằng cách chủ động phân tích dữ liệu rung động của máy, có thể thực hiện quản lý và bảo trì sớm, kéo dài tuổi thọ của thiết bị và ngăn ngừa tình trạng ngừng hoạt động và hư hỏng bất ngờ. ICP DAS cung cấp hệ thống giám sát rung động cho phép khách hàng liên tục giám sát tình trạng rung động trong khi vẫn giữ nguyên cấu trúc thiết bị hiện có. Điều này cho phép nhân viên tại chỗ chủ động sắp xếp chuẩn bị vật liệu, bảo trì và thay thế phụ tùng trước khi các vấn đề leo thang, đảm bảo tính ổn định và liên tục của sản xuất.