Frekvensomformere kan fungere som sensorer og sensorhubs til at behandle, lagre og analysere data samt tilbyde mange tilslutningsmuligheder, og de spiller derfor en central rolle i moderne automatiseringssystemer og byggestyringssystemer (BMS). Med condition-based monitoring åbnes der op for blandt andet tilstandsbaseret vedligeholdelse.
Afspil video
Ved indgangen til det nuværende årtusinde har vi oplevet en gennemgribende teknologisk udvikling, der har ført til helt ny måder at arbejde på i en digitaliseret verden. Dette er den fjerde industrielle revolution. Den første industrielle revolution fandt sted i det 18. og 19. århundrede og markerede en mekanisk omvæltning, der blev udløst af opfindelsen af dampmotoren. I slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede fulgte den anden industrielle revolution med indførelsen af masseproduktion, elektrificering og nye kommunikationsformer. Denne periode kaldes også den elektriske revolution. Senere i det 20. århundrede medførte den tredje industrielle revolution fremskridt inden for halvledere, databehandling, automatisering og internettet. Denne fase kaldes også den digitale revolution.
Den fjerde industrielle revolution er opstået som et resultat af netværksforbundne computere, mennesker og enheder, drevet af data og maskinlæring. Selvom begrebet "Industry 4.0" er ret vagt, kan det defineres som den intelligente netværksforbindelse mellem mennesker, enheder og systemer, hvor alle mulighederne ved digitalisering udnyttes på tværs af hele værdikæden.
Indvirkningen af Industry 4.0 på motorsystemer og byggestyringssystemer er en migration fra "automatiseringspyramiden" til "netværkssystemer". Det betyder, at systemets forskellige elementer, såsom motorer, frekvensomformere, sensorer og styringer, er indbyrdes tilsluttet og forbundet til en sky – et datacenter, hvor data lagres, behandles, analyseres, og hvor beslutninger træffes.
I et automatiseringsnetværk er mængden af data fremtrædende. Da data hovedsageligt produceres af sensorer, stiger antallet af sensorer i moderne automatiseringssystemer. Motorer og drevne maskiner som f.eks. ventilatorer, pumper og transportbånd er ikke de mest indlysende deltagere i et datanetværk. Sensorer er derfor nødvendige for at indsamle data fra disse maskiner. Sensorerne er forbundet til datanetværket ved hjælp af forskellige metoder til at udnytte dataene. Under indførelsen af et avanceret tilstandsovervågningssystem ses de ekstra omkostninger til sensorer og tilslutningsmuligheder ofte som en barriere.
Moderne frekvensomformere med variabel hastighed åbner for nye muligheder i Industry 4.0-automatiseringsnetværket og i byggestyringssystemer. Frekvensomformere er traditionelt blevet betragtet som effektprocessorer til styring af hastigheden for motorer, ventilatorer, transportbånd og/eller pumper. I dag er frekvensomformere også en del af informationskæden, idet fordelene ved indbygget processorkraft, lagerkapacitet og kommunikationsgrænseflade i frekvensomformeren udnyttes.
I Industry 4.0-netværket spiller frekvensomformeren en vigtig rolle og er kendetegnet ved nogle aktiverende funktioner:
Oplysninger fra frekvensomformeren kan identificeres på følgende måde:
Teknikker til motorstrømssignaturanalyse gør det muligt for frekvensomformeren at overvåge motorens og applikationens tilstand. Metoden gør det potentielt muligt at eliminere fysiske sensorer eller udtrække tidlige fejlsignaturer, som måske ikke ville have været mulige at detektere. For eksempel gør brugen af metoden det muligt at opdage kavitations- og viklingsfejl på forhånd eller mekanisk belastningsexcentricitet.
Konceptet med frekvensomformeren som sensorhub indebærer tilslutning af eksterne sensorer til frekvensomformeren, hvilket sparer behovet for en gateway til tilslutning af den fysiske sensor til datanetværket. Vibrationssensorer, trykfølere og temperaturfølere er eksempler på sensorer, der kan tilsluttes frekvensomformeren. Fordelen ved konceptet er ikke kun relateret til omkostninger, men gør det også muligt at korrelere sensordata med forskellige typer data i frekvensomformeren. Et oplagt eksempel er sammenhængen mellem vibrationsniveauet fra en ekstern sensor og motorhastigheden, da vibrationen er hastighedsafhængig.
Følgende er forskellige typer vedligeholdelsesstrategier:
Korrigerende og forebyggende vedligeholdelse er fejlbaseret (hændelse) eller tidsbaseret. Derfor udføres vedligeholdelse i tilfælde af fejl (korrigerende) eller efter forudbestemte driftstimer (forebyggende). Disse vedligeholdelsestyper bruger ikke feedback fra den faktiske applikation.
Med introduktionen af Industry 4.0 og tilgængeligheden af sensordata er tilstandsbaseret og prædiktiv vedligeholdelse nu mulig. Sådanne vedligeholdelsesstrategier bruger faktiske sensordata til at bestemme udstyrets tilstand under drift (tilstandsbaseret vedligeholdelse) eller til at forudsige fremtidige fejl (prædiktiv vedligeholdelse).
Tilstandsbaseret vedligeholdelse er den nemmeste og mest intuitive vedligeholdelsesmetode baseret på data fra den faktiske applikation. De indsamlede data bruges til at overvåge udstyrets tilstand under drift. Til dette formål udvælges nøgleparametre som indikatorer for at identificere fejl, der er under udvikling. Tilstanden af en udstyrsdel forringes typisk over tid. Dette illustreres af P-f-kurven, som viser et typisk nedbrydningsmønster. Funktionsfejl opstår, når udstyret ikke udfører den tilsigtede funktion. Idéen med tilstandsbaseret vedligeholdelse er at opdage potentielle fejl, før en faktisk fejl opstår.
En integreret del af tilstandsbaseret vedligeholdelse omfatter overvågning af udstyrets tilstand. I applikationer med variabel hastighed afhænger applikationens tilstand ofte af hastigheden. Vibrationsniveauerne har f.eks. tendens til at blive højere ved højere hastigheder, selvom dette forhold ikke er lineært. Der kan forekomme resonanser ved bestemte hastigheder, som forsvinder, når hastigheden øges.
Brug af et uafhængigt system til at overvåge tilstanden i en applikation med variabel hastighed kompliceres af behovet for at kende hastigheden og den korrelerende overvågede værdi med hastigheden. Brug af frekvensomformere til tilstandsovervågning ("frekvensomformer som sensor" eller "frekvensomformer som sensorhub") er en fordelagtig løsning, da oplysningerne om applikationshastighed allerede findes i frekvensomformeren. Desuden er oplysninger om belastning/motormoment og acceleration let tilgængelige i frekvensomformeren.
For et effektivt tilstandsovervågningssystem er det første vigtige trin at bestemme og definere de normale driftsbetingelser. Etablering af en baseline betyder, at der defineres normale driftsbetingelser for applikationen, som kaldes baseline. Der er flere måder at bestemme baselineværdierne på.
Manuel baseline: Når baselineværdierne defineres ved hjælp af tidligere erfaring, programmeres de kendte værdier ind i frekvensomformeren.
Baselinekørsel: Baseline kan bestemmes under idriftsættelsen. Ved hjælp af denne metode udføres et hastighedssweep gennem det relevante hastighedsområde, der bestemmer tilstanden i hvert hastighedspunkt. I visse scenarier under idriftsættelseer det dog muligt, at applikationen ikke kører ved fuld kapacitet, eller der kan være behov for en indkøringsperiode. I disse situationer skal baselinekørslen udføres efter indkøringsperioden for at registrere en driftstilstand, der er så tæt på normal drift som muligt.
Online baseline: Dette er en avanceret metode, der registrerer baselinedata under normal drift. Dette er nyttigt i situationer, hvor en baselinekørsel ikke kan udføres, fordi applikationen ikke tillader udforskning af hele hastighedsområdet.
Efter etablering af baseline er næste trin at generere tærskelværdier for advarsler og alarmer. Tærskelværdierne angiver applikationens tilstand, hvor brugeren skal underrettes. Der er forskellige måder at angive udstyrets tilstand på, og en af de mest populære i branchen er en trafiklysstatus med fire farver, som er beskrevet i VDMA-specifikation 24582 Fieldbus neutral reference for tilstandsovervågning i fabriksautomatisering.
Farverne har følgende betydning:
Følgende metoder anvendes til at definere tærskelværdier:
Faktiske overvågede værdier kan aflæses fra frekvensomformeren via LCP'et, fieldbus-kommunikation eller IoT-kommunikation. Desuden kan digitale udgange konfigureres til at reagere på specifikke advarsler og alarmer. Nogle frekvensomformere har en indbygget webserver, som også kan bruges til at aflæse tilstandsstatus.
Overvågningen udføres med kontinuerlig sammenligning med tærskelværdierne. Under normal drift sammenlignes de faktiske værdier med tærskelværdien. Når de overvågede parametre overskrider en tærskelværdi i et foruddefineret tidsrum, aktiveres en advarsel eller alarm. Timeren er konfigureret til at fungere som et filter, så korte transienter ikke udløser advarsler og alarmer.
I dag er frekvensomformere mere end simple effektprocessorer. Frekvensomformere er i stand til at fungere som sensorer og sensorhubs til at behandle, lagre og analysere data, de indeholder mange tilslutningsmuligheder, og de er derfor vitale elementer i moderne automatiseringssystemer.
Frekvensomformere er ofte allerede til stede i automatiseringsinstallationer og udgør derfor en stor mulighed for at opgradere til Industry 4.0.
Dette gør det muligt at udføre vedligeholdelse på nye måder, f.eks. tilstandsbaseret vedligeholdelse (condition-based monitoring). Funktionerne er allerede tilgængelige i nogle frekvensomformere, og tidlige brugere er allerede begyndt at bruge frekvensomformeren som en sensor.
Overvågning af motorens ydeevne ved hjælp af tilstandsovervågning er en enkel og omkostningseffektiv måde at indhente maskindata på, så der kan tages intelligente beslutninger om vedligeholdelse.
Prædiktiv vedligeholdelse har vist sig at være et effektivt værktøj til at optimere udstyrets ydeevne, øge oppetiden og reducere vedligeholdelsesomkostningerne.
Fjernovervågning giver brugerne mulighed for at få adgang til realtidsdata, reagere tidligt for at undgå afbrydelser, optimere ydeevnen og træffe velinformerede beslutninger.
Sammen med statorviklingsovervågning og belastningsområde omfatter tilstandsovervågningsfunktionen, der er integreret i frekvensomformere fra Danfoss, vibrationsovervågning.
Denne solide FC 102-frekvensomformer forbedrer pumpe- og ventilatorapplikationer i bygningsstyringssystemer og kører udendørs i de fleste klimaer.
FC 103 er dedikeret til styring af kompressorer, pumper og ventilatorer for at give betydelige energibesparelser i køleanlæg.
VLT® AutomationDrive FC 301 / FC 302 er konstrueret til variabel hastighedsstyring af alle asynkrone motorer og permanente magnetmotorer. Den findes i en standardversion (FC 301) og i en avanceret højdynamisk version (FC 302) med yderligere funktioner.
VLT® AQUA Drive FC 202 styrer alle typer pumper og leveres udstyret med en kaskadestyreenhed.
Dedikeret funktionalitet, der forbedrer flowstyring og sparer energi i industrielle pumpe- og ventilatorapplikationer.
Designet til en lang række krævende applikationer med fokus på højere effektstørrelser og frekvensomformere til systemer.
Frekvensomformermoduler og kapslede frekvensomformere, der nemt integreres i alle store styringssystemer.
Frekvensomformere, der køles med luft og væske, og som er specifikt konstrueret til energilagring og applikationer til håndtering af marineenergi.
Velegnet til applikationer, hvor luftkvalitet er kritisk, plads er begrænset og effektiv varmeoverførsel er påkrævet.
Tilstandsovervågning er opstået på baggrund af Danfoss’ fortid med første innovationer. Frekvensomformere fra Danfoss adskiller sig fra andre frekvensomformere på markedet med intelligente funktioner indbygget i frekvensomformeren, så antallet af eksterne komponenter reduceres.
Mere om frekvensomformere fra Danfoss
ITALIEN: Hos Rivoira Group hjælper VLT®-drev med indbygget tilstandsbaseret overvågning med at bevare frugten perfekt ved at sikre en yderst pålidelig køling.
Læs casen (engelsk)
DANMARK: En førende global medicinalvirksomhed søgte en intelligent HVAC-løsning, der kunne minimere nedetid gennem realtidsovervågning og skræddersyede øjeblikkelige alarmer. Samtidig skulle løsningen understøtte virksomhedens ambitiøse digitaliseringsstrategi. Løsningen: Danfoss VLT® HVAC Drive FC 102 med integreret tilstandsbaseret overvågning.
HOLLAND: For at imødekomme efterspørgslen skal HEINEKENs produktionslinje køre problemfrit, hvor alle anlæg leverer en stabil, pålidelig og førsteklasses performance. På bryggeriet i Den Bosch skabte det krævende arbejdsmiljø flere udfordringer. Løsningen: en opgradering med frekvensomformere med integreret tilstandsbaseret overvågning.