Công nghệ bảo trì dự đoán (PdM) sử dụng phân tích dữ liệu và học máy (ML) đóng một vai trò quan trọng trong Công nghiệp 4.0, vì nó cho phép quản lý thiết bị chủ động, tối ưu hóa hiệu quả, lập kế hoạch bảo trì và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, đảm bảo tính bền vững mạnh mẽ hơn. Thu thập dữ liệu kịp thời và chính xác là chìa khóa để triển khai thành công PdM.
Dữ liệu cũng cần phải có tính toàn vẹn. Bộ nguồn có thể giám sát điện áp DC (VDC) và dòng điện (IDC), dòng điện cực đại (IPEAK), thời gian vận hành và thời gian thay thế. Cần sử dụng thiết bị theo dõi trạng thái động cơ để theo dõi các thông số như độ rung, nhiệt độ, dòng điện và điện trở cách điện (lỗi chạm đất).
Nhiều thiết bị như bảng điều khiển điện áp cao, máy biến áp điện, thiết bị thủy lực, động cơ và vòng bi, hộp số, v.v. yêu cầu thiết bị giám sát trạng thái nhiệt và tất cả các nguồn điện, động cơ và thiết bị giám sát nhiệt này cần gửi dữ liệu qua công nghệ kết nối Ethernet/IP hoặc Modbus TCP để phân tích thời gian thực.
Bài viết này trước tiên giới thiệu ngắn gọn về PdM và vô số ưu điểm của nó, cũng như cách tích hợp nó vào kiến trúc hệ thống Công nghiệp 4.0. Sau đó, đi sâu vào nhiều thiết bị và phần mềm PdM do Omron cung cấp. Cuối cùng, hãy khám phá cách sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa hiệu suất PdM.
PdM là một trong ba phương pháp bảo trì thiết bị và cơ sở vật chất. Về mặt cân bằng chi phí môi trường và kinh doanh, phương pháp này nằm giữa bảo trì phản ứng và bảo trì phòng ngừa (Hình 1). Điều quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn giữa ba phương án này là làm thế nào để cân bằng tầm quan trọng tương đối giữa chi phí môi trường và chi phí thương mại.
PdM nằm giữa bảo trì phản ứng và bảo trì phòng ngừa
Hình 1: PdM nằm giữa bảo trì phản ứng và bảo trì phòng ngừa, cân bằng các yếu tố kinh doanh và môi trường. (Nguồn ảnh: Omron)
Bảo trì phản ứng là để xử lý các lỗi sau khi chúng xảy ra, điều này làm tăng cả chi phí kinh doanh và môi trường. Bảo trì phòng ngừa xác định các hư hỏng sắp xảy ra thông qua kiểm tra thủ công thường xuyên, ưu tiên chi phí môi trường thấp nhất, nhưng điều này có thể dẫn đến thời gian ngừng hoạt động của thiết bị kéo dài và chi phí kinh doanh quá cao. Phương pháp bảo trì này được coi là một hình thức bảo trì phản ứng khác, được thúc đẩy bởi các kế hoạch chủ quan và được thiết lập sẵn thay vì các lỗi thiết bị trực tiếp.
Sự xuất hiện của các cảm biến tiên tiến và các công cụ AI và ML đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ PdM. Công nghệ này có thể sử dụng các phương tiện công nghệ để cân bằng chi phí môi trường và kinh doanh.
Linh hoạt và có thể mở rộng
Công nghệ PdM không phải là sự lựa chọn phù hợp cho tất cả mọi người. Công nghệ PdM có khả năng mở rộng và linh hoạt, phù hợp để giám sát tập trung các thiết bị quan trọng, nhiều thiết bị hoặc toàn bộ cơ sở. Bằng cách này, doanh nghiệp có thể bắt đầu triển khai PdM ở quy mô nhỏ và dần dần mở rộng, giảm thiểu tình trạng ngừng sản xuất do trang bị thêm cơ sở hiện có càng nhiều càng tốt.
Giải pháp công nghệ có thể mở rộng được triển khai thông qua khả năng tương thích với nhiều thành phần, bao gồm cảm biến, bộ giám sát và bộ điều khiển có thể mở rộng và truy cập theo yêu cầu. Việc sử dụng các giao thức truyền thông công nghiệp như Ethernet/IP và Modbus TCP giúp đơn giản hóa việc tích hợp với các hệ thống hiện có và hỗ trợ nhiều tính năng nâng cao, chẳng hạn như giám sát từ xa đồng thời nhiều thiết bị.
Sử dụng phần mềm có khả năng mở rộng tương ứng để phân tích dữ liệu và quản lý thiết bị từ các vị trí khác nhau trong trung tâm điều khiển văn phòng tập trung hoặc địa điểm xưởng.
Các giải pháp này có thể được tích hợp với các thiết bị hiện có mà không cần sửa chữa lớn, nâng cao tính linh hoạt. Sau khi tối ưu hóa, các giải pháp này có thể được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp như thực phẩm và đồ uống, ô tô, sản xuất thiết bị y tế, chất bán dẫn và điện tử, quân sự và hàng không vũ trụ, hậu cần và kho bãi, v.v.
Tính linh hoạt này được hỗ trợ bởi nhiều loại thiết bị PdM, bao gồm các giải pháp đa chiều như giám sát nguồn điện, điều kiện vận hành động cơ (dòng điện, độ rung, nhiệt độ, điện trở cách điện) và điều kiện vận hành nhiệt động. Ngoài ra, các khối chức năng phần mềm tiêu chuẩn (FB) có thể được sử dụng để thu thập, liên lạc, xử lý và phân tích dữ liệu, đặt cảnh báo và gửi thông báo, ghi và báo cáo dữ liệu cũng như triển khai phân tích PdM tùy chỉnh dựa trên AI và ML.
Màn hình trạng thái thay thế các cảm biến đơn giản
Việc sử dụng bộ giám sát trạng thái thay vì các cảm biến đơn giản để theo dõi hiệu suất thiết bị và đạt được mục đích bảo trì chủ động là điểm khác biệt chính giữa PdM và các phương pháp khác. Giống như cảm biến, màn hình trạng thái cũng được cài đặt cùng với các thiết bị được giám sát.
Tuy nhiên, cảm biến có thể được triển khai thông qua các giao thức tương đối đơn giản như IO Link, trong khi trình giám sát trạng thái yêu cầu các công nghệ kết nối phức tạp hơn như EtherNet/IP hoặc Modbus TCP. Trình giám sát trạng thái có thể thực hiện xử lý dữ liệu cục bộ và thường hiển thị các trạng thái thường không liên quan đến cảm biến.
Thông qua một hoặc nhiều trung tâm truyền thông, bộ giám sát trạng thái có thể được kết nối với các thiết bị cấp cao hơn, chẳng hạn như giao diện người-máy (HMI) cho phép trực quan hóa dữ liệu tập trung hoặc với bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc hệ thống giám sát tập trung với dữ liệu toàn diện hơn các công cụ phân tích (bao gồm AI và ML) (Hình 2).
Bộ giải pháp Omron PdM có thể được triển khai riêng biệt (bấm vào để phóng to)
Hình 2: Bộ giải pháp PdM của Omron có thể được triển khai riêng biệt, bắt đầu bằng việc giám sát quy mô nhỏ các tài sản quan trọng và dần dần mở rộng sang toàn bộ cơ sở sản xuất hoặc hậu cần, cung cấp giải pháp toàn diện. (Nguồn ảnh: Omron)
Khám phá sâu sắc
Omron cung cấp nhiều loại thiết bị và phần mềm PdM. Ví dụ: bộ nguồn thông minh kết nối Ethernet S8VK-X có thể đo nhiều thông số hiệu suất, bao gồm Vout và Iout để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng cũng như IPEAK để xác định tình trạng quá tải.
Loại nguồn điện này có thể đo được thời gian hoạt động thực tế. Loại nguồn điện này cũng sử dụng phương trình Arrhenius để ước tính tuổi thọ còn lại của tụ điện, điều này cho thấy rằng cứ tăng nhiệt độ tụ điện lên 10oC thì tuổi thọ của nó sẽ giảm đi một nửa. Bằng cách kết hợp nhiệt độ vận hành thực tế của thiết bị, kết quả dự đoán cuối cùng sẽ được hiển thị dưới dạng số năm còn lại hoặc phần trăm tuổi thọ.
Công suất định mức của bộ nguồn S8VK-X là từ 30 W đến 480 W, với điện áp đầu ra là 5 VDC, 12 VDC và 24 VDC. Loạt bộ nguồn này cũng cung cấp các mẫu có màn hình tích hợp, chẳng hạn như bộ nguồn S8VK-X48024A-EIP, có điện áp định mức 24 VDC và công suất 480 W; hoặc các mẫu không có màn hình tích hợp, chẳng hạn như bộ nguồn S8VK-X03005-EIP, có điện áp định mức 5 VDC và công suất 30 W.
Giám sát trạng thái động cơ là một khía cạnh quan trọng của công nghệ PdM và màn hình bảo trì động cơ K6CM của Omron phù hợp với tất cả các loại máy bơm nước cũng như động cơ trong HVAC, nông nghiệp, thang cuốn và hầu hết các ứng dụng động cơ khác.
Bộ theo dõi bảo trì động cơ có thể được sử dụng để theo dõi độ rung và nhiệt độ, điện trở cách điện và dòng điện của động cơ. Ngoài ra, còn có các model phù hợp với nguồn điện đầu vào ba pha từ 100 V đến 240 VAC, 24 VAC hoặc 24 VDC.
K6CM-VBMD-EIP có thể theo dõi độ rung và nhiệt độ thông qua điện áp 24 VAC/VDC. Tất cả các thiết bị theo dõi nhiệt độ đều được sử dụng cùng với cảm biến rung và nhiệt độ K6CM-VB1, bao gồm đầu cảm biến nằm trên động cơ và bộ tiền khuếch đại kết nối nó với màn hình.
Sự kết hợp giữa máy biến dòng không dòng K6CM-ISMD-EIP và K6CM-ISZBI52 và cảm biến chuyển đổi điện trở cách điện (IRT) hoạt động ở điện áp 24 VAC hoặc 24 VDC có thể theo dõi tình trạng sức khỏe của điện trở cách điện. Chức năng ZCT được sử dụng để đo dòng điện rò rỉ trong mạch động cơ ba pha, trong khi chức năng IRT được sử dụng để đo điện trở cách điện giữa cuộn dây động cơ và mặt đất.
Sự kết hợp giữa K6CM-CIMA-EIP với điện áp làm việc từ 100 VAC đến 240 VAC và cảm biến dòng điện K6CM-CICB400 với dòng điện định mức 400 A cũng có thể phát hiện trạng thái động cơ của động cơ cảm ứng ba pha. Cũng có thể sử dụng các mẫu cảm biến dòng điện khác có phạm vi dòng điện từ 5 A đến 600 A.
Những màn hình này sử dụng công nghệ chẩn đoán dòng điện hoàn chỉnh của Omron, có thể phát hiện các tình trạng bất thường như túi khí hoặc ô nhiễm không khí bằng cách định lượng độ lệch giữa sóng hình sin lý tưởng và dạng sóng dòng điện đo được. Bằng cách phân tích các thành phần tần số của dạng sóng dòng điện đo được, có thể định lượng được độ lệch, mất cân bằng tải hoặc độ bám dính của vật thể lạ.
Hệ thống giám sát trạng thái nhiệt K6PM có thể được sử dụng để triển khai công nghệ PdM trên nhiều thiết bị công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như bảng điều khiển điện áp cao, máy biến áp, thiết bị thủy lực, trung tâm dữ liệu, vòng bi, hộp số, v.v. Hệ thống này bao gồm bộ điều khiển hình ảnh nhiệt K6PM-THS3232 và cảm biến hồng ngoại (IR) hình ảnh nhiệt K6PM-THMD-EIP, có thể theo dõi nhiệt độ từ 0 ° C đến +200 ° C.
Bộ điều khiển trạng thái nhiệt K6PM có thể giám sát tới 31 cảm biến hồng ngoại. Phần mềm giám sát PC miễn phí bao gồm thuật toán phát hiện nhiệt độ bất thường và cảnh báo nhiệt độ ba cấp độ. Phần mềm này cũng hỗ trợ các ngưỡng cảnh báo do người dùng xác định.