Jak wybrać najbardziej odpowiedni czujnik dla systemu predykcyjnego utrzymania ruchu?

Wstęp

Monitorowanie stanu maszyn (ang. Condition-based Monitoring, CbM) oznacza pomiar za pomocą czujników ich aktualnego stanu. Z kolei termin Predictive maintenance (PdM) zawiera w sobie kombinację takiej techniki jak CbM, uczenie maszynowe oraz analizy, nakierowanie na przewidywanie nadchodzących awarii. W zakresie monitoringu stanu maszyn, szczególnego znaczenia nabiera wybór najbardziej odpowiedniego typu czujnika, zapewniającego wykrycie, zdiagnozowanie i – jeśli się uda - przewidzenie usterki. Istnieje obecnie wiele czujników, wykrywających awarie maszyn rotujących, których celem jest uniknięcie nieplanowanego przestoju. Ustalenie ich rankingu jest bardzo trudne, jako że stosowanych jest wiele technik PdM, dostosowanych do różnorodnych maszyn rotujących (silniki, przekładnie, pompy, turbiny) lub nierotujących (zawory, wyłączniki, kable).

Wiele silników, stosowanych w przemysłach energetycznym, chemicznym czy spożywczym, jest projektowanych do nieprzerwanej pracy nawet przez 20 lat, jednak niektóre z nich nie dożywają takiego wieku. Przyczynami mogą być nieodpowiednie warunki pracy, brak programów serwisowych, brak inwestycji w programy PdM lub nawet ich zupełny brak. PdM umożliwia służbom utrzymania ruchu zaplanowanie napraw i uniknięcie nieplanowanych przestojów. Wczesne przewidzenie przyszłej awarii przy pomocy PdM pozwala też służbom na identyfikację i naprawę nieefektywnie pracujących silników, co poprawia efektywność, produktywność, dostępność zasobów oraz wydłuża okres użytkowania maszyn. 

Najlepszą strategią PdM jest zastosowanie tak wielu czujników czy technik, jak to tylko możliwe, po to aby wykryć nieprawidłowości możliwe najwcześniej i z możliwie dużą dozą pewności. W efekcie, nie ma jednego czujnika, który pasowałby wszędzie. Celem tego artykułu jest odpowiedź na pytanie dlaczego dobór czujnika jest tak istotny, jak również opis wad i zalet ich poszczególnych typów.  

Awaria systemu: ciąg zdarzeń

Rysunek 1 pokazuje ciąg zdarzeń od instalacji nowego silnika elektrycznego do jego awarii wraz z rekomendowanymi na poszczególnych etapach środkami predykcyjnego utrzymania ruchu. Gdy nowy motor zostanie zainstalowany, jest na gwarancji. Po kilku latach, kiedy gwarancja wygasa, należy coraz częściej stosować metody inspekcji manualnej.  

Rysunek 1. Etapy użytkowania silnika elektrycznego.

© Analog Devices

Jeśli pomiędzy zaplanowanymi kontrolami wystąpi awaria, spowoduje ona nieplanowany przestój. Szczególnego znaczenia nabiera w takiej sytuacji wybór czujnika, który wykryje nieprawidłowości tak wcześnie, jak to tylko możliwe. Niniejszy artykuł skupi się na czujnikach wibracji oraz akustycznych. Analiza wibracji uważana jest jako doskonały punkt startu do budowy systemu PdM2. 

Czujniki dla predykcyjnego utrzymania ruchu

Tak jak pokazano to na rysunku 1, niektóre czujniki mogą wykryć pewne usterki – przykładowo zły stan łożysk – wcześniej niż inne. Akcelerometry oraz mikrofony są czujnikami, które są w stanie wykryć nieprawidłowości możliwie wcześnie. Tabela 1 przedstawia typy sensorów, wraz z ich zasadniczą specyfikacją oraz typami nieprawidłowości, jakie są w stanie wykrywać. Jako że większość systemów PdM obejmuje jedynie niektóre z tych czujników, ważną kwestią jest identyfikacja krytycznych zagrożeń i wybór takich czujników, które będę wykrywać je najwcześniej.  

© Analog Devices

Tabela 1: Zestawienie typów czujników stosowanych w systemach predykcyjnego utrzymania ruchu.