Zwiększ dostępność i żywotność maszyny poprzez monitoring jej stanu

Działania rozwojowe ze strony inżynierów mechaników skutkują stałym zwiększaniem wydajności oraz funkcjonalności maszyn produkcyjnych. Oznacza to, że potrzeba mniej maszyn do wyprodukowania produktów o tej samej ilości i złożoności, co obniża koszty produkcji i zwiększa konkurencyjność maszyn wytwórczych.

Z drugiej jednak strony wzrost wydajności czyni producentów bardziej zależnymi od pojedynczych maszyn. Zwiększona zdolność produkcyjna powoduje, że każda godzina przestoju staje się coraz droższa. Każdy, kto kiedykolwiek obsługiwał maszynę, wie, że nie ma możliwości całkowitego uniknięcia przestojów.

ZMIANA STRATEGII KONSERWACJI MASZYN

Fot. 1. B&R zaprezentowała innowacyjne moduły do monitoringu stanu maszyny już na targach SPS/IPC/Drives 2011; moduł X20CM4810 przelicza dane dotyczące drgań, tworząc nową standardową funkcjonalność zintegrowanego monitoringu drgań w produkcji maszyn

Tradycyjne strategie utrzymania ruchu mają jedną cechę wspólną - zapewnienie maksymalnej dostępności maszyny generuje wysokie koszty. Stwierdzenie to jest prawdziwe w przypadku konserwacji spowodowanej wystąpieniem awarii, gdzie komponenty wymieniane są dopiero wtedy, gdy ulegną uszkodzeniu.

W takim przypadku jedyną możliwością utrzymania maszyny w ruchu jest posiadanie stałego zapasu części zamiennych, zatrudnienie wykwalifikowanej załogi oraz dostępność niezbędnych narzędzi do przeprowadzenia naprawy. Najbardziej rozpowszechnioną strategią utrzymania ruchu są jednak remonty planowe, przeprowadzane w określonych, doświadczalnie wyznaczonych odstępach czasu.

Pomimo, że to podejście ma istotną zaletę uczynienia postojów bardziej określonymi w czasie, nie jest jednak lekarstwem na wszystkie problemy i niesie ze sobą finansowe ryzyko. Z jednej strony części są wymieniane, pomimo tego, że nie minął całkowity czas ich życia, z drugiej strony zaś nadal nie ma pewnej ochrony przed nieplanowym postojem maszyny.

Minimalizacja czasu przestoju i odpowiednie planowanie prac konserwacyjnych, których nie można uniknąć - to zadania dla odpowiedzialnego menedżera, który troszczy się nie tylko o koszty zakupu maszyny, ale bierze również pod uwagę te związane z jej użytkowaniem.

Jedyną metodą znaczącego obniżenia kosztów zakupionego urządzenia jest maksymalne wydłużenie czasu pracy przy jednoczesnym obniżeniu kosztów utrzymania. Jest to dostatecznie dobry powód, aby przemyśleć ogólną strategię przeprowadzanych remontów.

KWESTIA INTERPRETACJI

Fot. 2. "Żywotność maszyny i jej dostępność może być znacz nie wydłużona poprzez przyłożenie do niej ucha po to, aby dostosować obsługę i zaplanować konserwację" - mówi Werner Paulin, menedżer międzynarodowej sprzedaży B&R w Chinach. "Poza analizą drgań mechanicznych B&R oferuje szeroką gamę rozwiązań do rejestrowania i obróbki sygnałów odnoszących się do obecnego stanu indywidualnych komponentów maszyny".

Najlepszą metodą na zoptymalizowanie współczynnika dostępności maszyny do kosztów konserwacji jest zmiana metody z planowych przestojów w stałych okresach na konserwację predykcyjną zależną od stanu maszyny. Wymaga to planowania serwisu w zależności od zmian monitorowanych parametrów wskazujących na możliwość wystąpienia awarii.

Dzięki takiemu postępowaniu części maszyny mogą pracować do stanu znacznie bliższego rzeczywistej żywotności, co zazwyczaj następuje dużo później niż podczas planowanych remontów. Może to odbywać się bez zakłóceń planowania, gdyż wymagana konserwacja może być wykonywana podczas zaplanowanych przestojów w produkcji.

Ryzyko utrzymywania magazynu części zamiennych jest minimalizowane, gdyż jedynie uszkodzone elementy muszą być wymieniane. Jest to również metoda na uniknięcie awarii spowodowanych zaniedbaniami przy konserwacji maszyny. Tam, gdzie to jest możliwe, stan parametrów całej maszyny musi być monitorowany w sposób ciągły, a dane muszą być przeliczane poprawnie, aby określić, które części wymagają naprawy.

"Może to bazować na prostych sygnałach i zmierzonych wartościach, takich jak temperatura lub ciśnienie, odbieranych za pomocą modułów wejść-wyjść X20 i X67" - wyjaśnia Bernhard Eder, business manager w B&R. "Ponadto, B&R oferuje specjalizowane moduły, takie jak moduły do kontroli zaworów ze zintegrowanym pomiarem czasu przełączenia oraz funkcjami oscyloskopowymi".

Niezliczone opcje diagnostyki sygnałów stanu są standardowo zintegrowane w systemach automatyki B&R, włączając w to np. serwonapędy ACOPOS z wbudowanym monitorowaniem silnika oraz komputery przemysłowe Automation PC, które wyposażone są w układy diagnostyczne. Najnowszym produktami w tej dziedzinie są moduły z serii X20 do analizy drgań.

"Technologia czujników użytych do pomiaru sygnałów jest istotna, jednak sam czujnik nie wystarczy" - wyjaśnia Werner Paulin, który od roku 1997 zdobywał doświadczenia jako międzynarodowy inżynier aplikacyjny, a obecnie jest menedżerem międzynarodowej sprzedaży B&R w Chinach.

"Kluczem do planowania właściwych terminów postoju na wymianę zużytych komponentów jest poprawna interpretacja zarejestrowanych sygnałów. Jest to jedyna metoda precyzyjnego przewidywania problemów".

OPCJA STAJE SIĘ STANDARDEM

Fot. 3. System Diagnostics Manager B&R jest potężnym narzędziem, które zapewnia mobilny dostęp do monitorowania stanu maszyny dla operatorów, inżynierów i nadzoru

Istnieją powody, dla których monitorowanie stanu maszyny - które tak naprawdę jest znane od dziesiątek lat - było dość słabo zauważane w tradycyjnej produkcji maszyn. Skomplikowany aparat matematyczny związany z monitoringiem stanu wymaga zastosowania wydajnych i kosztownych systemów komputerowych, które muszą być zaprogramowane przez ekspertów z dziedzin takich jak inżynieria materiałowa czy mechanika drgań.

Powyższe wymagania ograniczały użycie monitoringu stanu do systemów, których uszkodzenie wiązać się mogło ze znacznymi stratami finansowymi. Zmniejszające się rozmiary urządzeń elektronicznych wyeliminowały konieczność stosowania drogiego okablowania. Moduł analogowy B&R X20AI2636 ma standardowo komparator z histerezą.

Z kolei moduł monitorowania stanu maszyny X20CM4810, który obecnie jest zaimplementowany w pilotażowych aplikacjach u klientów, konwertuje sygnały odczytane przez akcelerometry na ponad 70 różnych wartości. Producenci maszyn mogą łatwo skonfigurować, który współczynnik powinien być monitorowany w zintegrowanym narzędziu programistycznym B&R Automation Studio - bez wiedzy o rozbudowanych matematycznych funkcjach, co rozwiązuje wiele problemów dotyczących oprogramowania i interfejsów.

Podczas wykonywania programu odpowiednie wartości są wysyłane do sterownika PLC za pomocą sieci POWERLINK, a następnie mogą być natychmiast użyte w aplikacji. "Po raz pierwszy producenci maszyn mają możliwość zaoferowania monitoringu stanu maszyny nie jako opcję, ale jako w pełni zintegrowaną standardową funkcjonalność" - stwierdza Werner Paulin. "W rezultacie, mogą oni dać klientom gwarancję dostępności, ponosząc przy tym minimalne ryzyko".

DŁUGOWIECZNOŚĆ W PAKIECIE

Operatorzy maszyn mogą czerpać korzyści dzięki integracji monitoringu stanu maszyny z wewnętrznym systemem logistyki w firmie. W momencie gdy układ nadzorujący pracę maszyny wykryje potrzebę serwisu, może on np. automatycznie wygenerować przypomnienie lub zamówienie na wymagane części.

Dzięki temu dostępność wymaganej części będzie zagwarantowana bez potrzeby utrzymywania wysokiego stanu w magazynie części zamiennych. Utrzymanie ruchu nie jest jedynym obszarem, w którym dostęp do wstępnie przetworzonych danych stanu maszyny otwiera nowe możliwości. Rejestrowane parametry mogą być użyte w celu zapewnienia dodatkowej funkcjonalności.

"Może to pozwolić na dostosowanie prędkości napędów w celu wydłużenia okresu pomiędzy remontami lub do skompensowania luzów lub opóźnienia załączenia w celu utrzymania optymalnych warunków pracy maszyny" - mówi Bernhard Eder.

"Ten rodzaj adaptacyjnego działania może mieć wpływ na zwiększenie dostępności oraz wydłużenie żywotności - które w ostatecznym rozrachunku oznaczają bardziej wydajne wykorzystanie środków i zmniejszone koszty jednostkowe" - dodaje.

B&R Automatyka Przemysłowa
www.br-automation.com