Frequentieregelaars zijn essentieel voor moderne automatisering en gebouwbeheer. Ze fungeren als sensoren en datahubs, verwerken en analyseren gegevens en bieden connectiviteit. Dankzij geïntegreerde condition-based monitoring worden nieuwe onderhoudsmethoden, zoals condition-based onderhoud, mogelijk.
Video afspelen
Tijdens de overgang naar het huidige millennium hebben we een sterke verandering in technologie gezien, die heeft geleid tot een geheel nieuwe manier van werken in een digitale wereld. Dit is de vierde industriële revolutie. De eerste industriële revolutie, die plaatsvond in de 18e en 19e eeuw, was een mechanische revolutie, door de uitvinding van de stoommachine. Aan het eind van de 19e en het begin van de 20e eeuw vond de tweede industriële revolutie plaats, met de komst van massaproductie, elektrificatie en veranderingen op het gebied van communicatie. Die periode wordt ook wel de Elektrische revolutie genoemd. Later in de 20e eeuw bracht de derde industriële revolutie ontwikkelingen op het gebied van halfgeleiders, informatica, automatisering en het internet. Deze fase staat ook wel bekend als de Digitale revolutie.
De vierde industriële revolutie is ontstaan onder invloed van netwerkcomputers, mensen en apparaten die werken op basis van data en machinaal leren. Hoewel de term 'Industry 4.0' tamelijk vaag is, is er een definitie die Industry 4.0 beschrijft als het intelligent netwerken van mensen, apparaten en systemen door gebruik te maken van alle mogelijkheden van digitalisatie in de volledige waardeketen.
De impact van Industry 4.0 op systemen voor motoren en gebouwbeheer is een migratie van de 'automatiseringspiramide' naar 'netwerksystemen'. Dat houdt in dat de diverse elementen van het systeem, zoals motoren, frequentieregelaars, sensoren en besturingen, onderling zijn verbonden via een cloud – een datacentrum waar gegevens worden opgeslagen, verwerkt en geanalyseerd en waar beslissingen worden genomen.
In een automatiseringsnetwerk is er een aanzienlijke hoeveelheid data. Omdat alle data hoofdzakelijk wordt geleverd door sensoren, neemt het aantal sensoren in moderne automatiseringssystemen toe. Motoren en aangedreven machines zoals ventilatoren, pompen en transportbanden zijn niet de meest vanzelfsprekende deelnemers in een datanetwerk. Er zijn daarom sensoren nodig om de data van deze machines te verzamelen. De sensoren zijn op diverse manieren met het datanetwerk verbonden om de gegevens te kunnen gebruiken. Bij de introductie van een geavanceerd conditiebewakingssysteem worden de extra kosten voor sensoren en connectiviteit vaak als een obstakel gezien.
Moderne frequentieregelaars met een variabel toerental bieden nieuwe mogelijkheden in het Industry 4.0 automatiseringsnetwerk en systemen voor gebouwbeheer. Voorheen werden frequentieregelaars vaak gezien als vermogensprocessoren voor het regelen van het toerental van motoren, ventilatoren, transportbanden en/of pompen. Tegenwoordig maken frequentieregelaars ook deel uit van de informatieketen, dankzij hun ingebouwde rekenkracht, opslagcapaciteit en communicatie-interface.
In het Industry 4.0 netwerk speelt de frequentieregelaar (drive) een belangrijke rol, dankzij een aantal nuttige kenmerken:
Informatie vanuit de drive kan als volgt worden geïdentificeerd:
Op basis van signatuuranalysetechnieken voor de motorstroom kan de drive de conditie van de motor en de toepassing bewaken. De technieken maken fysieke sensoren bijna overbodig en maken het mogelijk om vroegtijdig foutsignalen op te merken, die anders niet zouden zijn ontdekt. Zo maakt deze techniek het bijvoorbeeld mogelijk om cavitatie en wikkelfouten van tevoren te detecteren, evenals excentrische mechanische belastingen.
Het concept van de frequentieregelaar als sensorhub omvat het aansluiten van externe sensoren op de drive, waardoor er geen gateway nodig is om de fysieke sensor aan het netwerk te koppelen. Trillingssensoren, druksensoren en temperatuursensoren zijn voorbeelden van sensoren die op de drive kunnen worden aangesloten. Het voordeel van het concept heeft niet alleen betrekking op de kosten maar ook op de mogelijkheid om verbanden te leggen tussen sensorgegevens en andere typen gegevens die in de drive beschikbaar zijn. Een duidelijk voorbeeld is de correlatie tussen het trillingsniveau van een externe sensor met het motortoerental, aangezien trillingen afhankelijk zijn van het toerental.
Correctief en preventief onderhoud zijn gebaseerd op fouten (gebeurtenissen) of tijd. Dat betekent dat er onderhoud wordt uitgevoerd als er een of meer fouten optreden (correctief) of na een vooraf ingesteld aantal bedrijfsuren (preventief). Deze typen onderhoud vereisen geen terugkoppeling vanuit de feitelijke toepassing.
Dankzij de introductie van Industry 4.0 en de beschikbaarheid van sensorgegevens behoren condition-based onderhoud en predictief onderhoud nu tot de mogelijkheden. Dergelijke onderhoudsstrategieën gebruiken actuele sensorgegevens om de conditie van de apparatuur tijdens bedrijf te bepalen of om toekomstige fouten te voorspellen.
Condition-based onderhoud is de eenvoudigste en meest intuïtieve onderhoudstechniek op basis van gegevens vanuit de feitelijke toepassing. De verzamelde gegevens worden gebruikt om de gezondheid van de apparatuur tijdens bedrijf te bewaken. Daarvoor worden belangrijke parameters geselecteerd als indicator voor het identificeren van fouten die zich ontwikkelen. De conditie van een apparaat verslechtert gewoonlijk na verloop van tijd. Dat wordt geïllustreerd door de P-f-curve die een typisch degradatiepatroon laat zien. Een functionele fout treedt op wanneer de apparatuur de beoogde functie niet kan uitvoeren. Condition-based onderhoud dient om de potentiële fout te detecteren voordat deze daadwerkelijk optreedt.
Het bewaken van de conditie van de apparatuur vormt een integraal onderdeel van Condition-based onderhoud. In toepassingen met variabel toerental hangt de conditie van de toepassing vaak af van het toerental. Zo zijn trillingsniveaus doorgaans hoger bij hogere toerentallen, hoewel die relatie niet lineair is. Het is zelfs zo dat resonantie kan optreden bij bepaalde toerentallen en kan verdwijnen wanneer het toerental verder wordt verhoogd.
Het gebruik van een onafhankelijk systeem om de conditie van een toepassing met variabel toerental te bewaken, wordt bemoeilijkt doordat het toerental en de daaraan gerelateerde gecontroleerde waarde met toerental bekend moeten zijn. Het inzetten van drives voor conditiebewaking ('frequentieregelaar als sensor' of 'frequentieregelaar als sensorhub') is een gunstige oplossing, aangezien de informatie over het toerental van de toepassing al in de drive beschikbaar is. Daarnaast is ook informatie over belasting/motorkoppel en acceleratie al beschikbaar in de drive.
Voor een efficiënt conditiebewakingssysteem is de eerste, belangrijke stap de normale bedrijfscondities bepalen en vastleggen. Het bepalen van een referentiewaarde heeft betrekking op het definiëren van de normale bedrijfscondities voor de toepassing. Dat is de referentiewaarde. Er zijn diverse manieren om de referentiewaarden te bepalen.
Handmatige referentie: Wanneer de referentiewaarden worden bepaald op basis van eerdere ervaringen, worden de bekende waarden in de frequentieregelaar geprogrammeerd.
Referentiemeting: De referentiewaarden kunnen bij de inbedrijfstelling worden bepaald. Met deze methode wordt er een toerentalsweep uitgevoerd in het relevante toerentalbereik, waarbij de conditie bij elk toerentalpunt wordt bepaald. Bij bepaalde scenario's tijdens de inbedrijfstelling kan het echter gebeuren dat de toepassing niet op vol vermogen werkt of dat er een inloopperiode nodig is. In dergelijke situaties moet de referentiemeting na de inloopperiode worden uitgevoerd om een bedrijfsstatus vast te leggen die het normale bedrijf zo dicht mogelijk benadert.
Online referentie: Dit is een geavanceerde methode waarbij de referentiegegevens tijdens normaal bedrijf worden verzameld. Dat is nuttig in situaties waarbij een referentiemeting niet kan worden uitgevoerd omdat de toepassing het verkennen van het volledige toerentalbereik niet toestaat.
Als de referentiewaarden zijn bepaald, is de volgende stap drempelwaarden voor waarschuwingen en alarmen definiëren. De drempelwaarden geven de conditie van de toepassing aan waarbij de gebruiker moet worden gewaarschuwd. Er zijn diverse manieren om de conditie van de apparatuur aan te geven. Een van de gangbaarste manieren in de industrie is een verkeerslichtstatus met vier kleuren, zoals beschreven in VDMA specification 24582 Fieldbus neutral reference for condition monitoring in factory automation.
De kleuren geven het volgende aan:
De volgende methoden worden gebruikt om drempelwaarden te definiëren:
Actuele gecontroleerde waarden kunnen vanuit de frequentieregelaar worden uitgelezen via het LCP, veldbuscommunicatie of IoT-communicatie. Bovendien kunnen digitale uitgangen worden geconfigureerd om op specifieke waarschuwingen en alarmen te reageren. Sommige frequentieregelaars zijn uitgerust met een ingebouwde webserver die ook kan worden gebruikt voor het uitlezen van de conditiestatus.
De bewaking wordt uitgevoerd door middel van continue vergelijking met de drempelwaarden. Tijdens normaal bedrijf worden de actuele waarden vergeleken met de drempelwaarde. Wanneer de bewaakte parameters een drempelwaarde gedurende een vooraf ingestelde tijd overschrijden, wordt er een waarschuwing of een alarm gegenereerd. De timer wordt geconfigureerd om als een filter te werken, zodat kortstondige transiënten geen waarschuwingen en alarmen veroorzaken.
Tegenwoordig zijn frequentieregelaars meer dan enkel eenvoudige vermogensprocessoren. Dankzij hun vermogen om als sensoren en sensorhubs te fungeren en om gegevens te verwerken, op te slaan en te analyseren, in combinatie met hun connectiviteitsmogelijkheden, zijn drives vitale elementen in moderne automatiseringssystemen.
Frequentieregelaars zijn vaak al aanwezig in automatiseringsinstallaties en bieden daarom een uitgelezen kans om te upgraden naar Industry 4.0.
Dat biedt nieuwe manieren om onderhoud uit te voeren, zoals CBM. De functies zijn al beschikbaar in bepaalde frequentieregelaars en early adopters zijn al begonnen om de drive als sensor te gebruiken.
Het bewaken van de motorprestaties met behulp van condition-based monitoring (CBM) biedt een eenvoudige en kosteneffectieve manier om machinegegevens te verkrijgen voor slimme beslissingen over onderhoud.
Predictief onderhoud is een krachtig hulpmiddel geworden om de prestaties van apparatuur te optimaliseren, de uptime te verhogen en de onderhoudskosten te verlagen.
Bewaking op afstand stelt gebruikers in staat om toegang te krijgen tot realtime gegevens, vroegtijdig te reageren om onderbrekingen te voorkomen, prestaties te optimaliseren en geïnformeerde beslissingen te nemen.
Naast de bewaking van de statorwikkeling en het belastingsbereik omvat de CBM-functionaliteit die in Danfoss drives is geïntegreerd, trillingsbewaking.
De FC 103 is specifiek bedoeld voor het regelen van compressoren, pompen en ventilatoren, voor aanzienlijke energiebesparingen in koelinstallaties.
Deze robuuste en slimme FC 102 frequentieregelaar verbetert de werking van pomp- en ventilatortoepassingen in gebouwbeheersystemen en kan in de meeste buitenklimaten werken.
De VLT® AQUA Drive FC 202 bestuurt en regelt alle typen pompen en wordt geleverd inclusief een cascaderegelaar.
De VLT® AutomationDrive FC 301 / FC 302 is ontworpen voor de toerenregeling van alle asynchrone motoren en permanentmagneetmotoren. Er is een standaardversie (FC 301) en een geavanceerde, hoogdynamische versie (FC 302) met extra functies.
Geconfigureerd en gemonteerd om aan uw behoeften te voldoen voor het regelen van een of meerdere motoren.
Lucht- en watergekoelde frequentieregelaars die speciaal ontworpen zijn voor energieopslag en maritieme energiebeheertoepassingen.
Brengt in veeleisende situaties de voordelen met zich mee van waterkoeling in gemeenschappelijke DC-bussystemen. Er zijn configuraties leverbaar met active front-end (NXA), niet-regeneratief front-end (NXN), remchopper (NXB) en inverter (NXI).
Bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij de luchtkwaliteit cruciaal, de ruimte beperkt en een efficiënte warmteoverdracht vereist is. Er zijn configuraties leverbaar met active front-end (NXA), niet-regeneratief front-end (NXN), remchopper (NXB) en inverter (NXI).
Stelt systeemintegrators, machinebouwers en OEM's in staat om efficiënte industriële frequentieregelaarsystemen te ontwerpen en te bouwen. Er zijn configuraties leverbaar met active front-end (NXA), niet-regeneratief front-end (NXN), remchopper (NXB) en inverter (NXI).
CBM is ontstaan uit de geschiedenis van Danfoss' eerste innovaties. Danfoss frequentieregelaars onderscheiden zich van andere frequentieregelaars op de markt door intelligente functies die in de frequentieregelaar zijn ingebouwd, zodat er minder externe componenten nodig zijn.
Drives
Binnenkort verkrijgbaar...