Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Moderní technologie přenosu a zprac. dat v monitorování stavu strojů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura: Automatizace, regulace

Moderní technologie přenosu a zprac. dat v monitorování stavu strojů

Nové možnosti elektronických obvodů a informačních technologií umožňují konstrukci "inteligentních" diagnostických systémů pro technickou on-line diagnostiku strojního zařízení v průmyslu. Klesající cena prvků současně dává šanci jejich nasazení nejen na rozsáhlé agregáty, ale i na menší stroje.

Příkladem aplikace pokrokových elektronických řešení je koncepce modulového diagnostického systému strojů MMPS z vývoje a výroby a. s. AURA. S vývojem, výrobou a aplikacemi kompletních diagnostických systémů pro stroje a průmyslová zařízení má v Milevsku sídlící firma AURA více než desetileté zkušenosti. Ze statistiky aplikací vyplývá, že měřenými veličinami, které významně vypovídají o stavu stroje, jsou nejčastěji teploty pevných i pohyblivých dílů a kapalných médií a dále vibrace pohyblivých a pevných součástí stroje (mechanické pohyby za provozu).
Na základě tohoto zjištění se společnost významněji orientovala na technologicky náročnou a v českých zemích unikátní vlastní výrobu piezoelektrických snímačů vibrací - akcelerometrů patentově chráněné konstrukce DiscShare, které v širokém rozsahu aplikací používá ke kompletaci s monitory provozu strojů. Vlastní výroba snímačů vibrací umožňuje nabídnout zákazníkům velmi příznivou cenu za měřicí kanál vibrací při splnění vysokých nároků na přesnost a spolehlivost měření.
Monitory provozu strojů vyvinuté a aplikované firmou AURA nejsou koncipovány pouze jako monitory teplot a vibrací. Nabízejí komplexní řešení diagnostiky stroje, tj. sledování všech fyzikálních veličin a stavů, které mají vliv na jeho provozní stav. Uživateli přinášejí cenné informace, na jejichž základě se rozhoduje o provádění údržby, oprav nebo dokonce o bezpečnostním zastavení stroje. Snímače fyzikálních veličin, které společnost sama nevyrábí, jsou z produkce ověřených tuzemských nebo zahraničních výrobců.

Monitory předchozích generací

Na úvod připomeňme technická řešení předchozích generací monitorů provozu strojů. První generace monitorů stavu strojů, vyvinutá konstruktéry dnešní firmy AURA, pocházela z poloviny 80. let a byla řešena analogovou technikou bez použití mikropočítačového zpracování. Souviselo to také s obtížnými teplotními a provozními podmínkami, do kterých jsou monitory nasazovány. Signály ze snímačů se pomocí převodníků převáděly na standardizované úrovně stejnosměrného napětí tak, aby vyšší hodnotě napětí odpovídalo zhoršení provozního stavu - vyšší opotřebení, vyšší vibrace, vyšší teplota, vyšší tlak atp. V navazujícím analogovém měřicím modulu byla možnost nastavit komparační úrovně jednotlivých měřených veličin, zpoždění reakce, zobrazit stav jednotlivých veličin v pásmech OK-Alert-Alarm (dobrý stav - varování - havárie) a pomocí jednoduché logické funkce odvodit ze stavů jednotlivých měřicích kanálů stav celého stroje. Výstupem z měřicího modulu mohla být pouze stavová hodnota (kontakt relé), případně některá z měřených analogových hodnot. Vedení signálů od snímače až do místa měřicího modulu bylo provedeno analogovým signálovým vedením s nutností používat pro každý kanál samostatné vodiče, obvykle s nároky na stínění kabelů a na použití dalších opatření proti průmyslovému rušení. Rozsáhlejší monitorovací systémy první generace vyžadovaly použití silných svazků signálových kabelů se všemi souvisejícími problémy při instalaci a oživování. Rekalibrace měřicích kanálů (např. při výměně snímače s jinou citlivostí), ale i nastavení komparačních úrovní jednotlivých kanálů spočívaly u monitoru první generace v použití speciálních zdrojů signálu a pomůcek, které neměl uživatel běžně k dispozici a vyžadovaly téměř vždy odborný servis.
Ve druhé generaci monitorovacích systémů AURA (v polovině 90. let) byl analogový měřicí modul nahrazen tzv. centrální jednotkou, obsahující řídicí mikropočítač. A/D převodník centrální jednotky převáděl postupně všechny předzpracované stejnosměrné hodnoty úměrné měřeným veličinám do digitálního tvaru a prováděl periodické vyhodnocení jejich stavu a stavu celého stroje. Stejně jako monitor předchozí generace používal i tento analogové signály vedené od každého snímače k centrální jednotce a nemohl zpracovávat rychlé periodické signály, jakými jsou např. okamžité hodnoty vibrací (nemohl např. provádět FFT analýzu signálu). Přes toto omezení znamenalo nasazení monitoru 2. generace významné zvýšení uživatelského komfortu a zvýšení užitných vlastností. Nově přibyla možnost využít průmyslovou komunikační linku RS485 nebo s ethernetovým adaptérem připojit monitor k Intranetu a přenášet data z centrální jednotky k nadřízenému systému. Centrální jednotka byla vybavena uživatelským terminálem (displejem, klávesnicí), pomocí něhož bylo možné chování monitoru jak servisně, tak uživatelsky modifikovat, a to jak na straně vstupů (jednoduchá možnost rekonfigurace monitoru při změně měřené veličiny, výměně snímače s jinou citlivostí atp.), tak na straně výstupů (různé možnosti zobrazování měřených hodnot a stavů, historie hodnot, nastavitelnost pravidel pro vyhodnocení stavu stroje a komparačních úrovní, konfigurace dalších analogových výstupů nebo přenosu dat atp.).

Nové technické řešení - MMPS

Třetí generace monitorů přináší zásadní změnu pohledu na zpracování, přenos měřených informací a uspořádání prvků monitoru. Koncepce monitoru, označovaného MMPS, je důsledně modulová a základním prvkem systému je modul (mechanicky koncipován na lištu DIN), který obsahuje dva nezávislé vstupně/výstupní (V/V) kanály. Podle typu a počtu měřených fyzikálních veličin a podle požadovaných výstupů je celý monitor MMPS sestaven z jednotlivých modulů.
K modulům jsou pomocí V/V kanálů připojeny přímo snímače fyzikálních veličin, výstupní analogové a ovládací prvky, případně inteligentní komunikující zařízení pro dálkový přenos dat a jejich zpracování v nadřízeném řídicím systému. Všechny informace vstupující do modulů pomocí V/V kanálů jsou důsledně v každém modulu převedeny do číslicové podoby. Výměna informací mezi moduly monitoru MMPS probíhá výhradně po průmyslové komunikační sběrnici standardu CAN.
Součinnost modulů MMPS řídí jeden z nich, tzv. master sestavy, který zajišťuje požadované funkce monitoru - zejména vyhodnocuje stav stroje na základě měřených hodnot podle zadaných kritérií a zajišťuje přenos informací pomocí komunikace nebo stavových výstupů na V/V kanálu některého modulu k nadřízenému systému. K modulu master bývá zpravidla připojen i operátorský panel, který umožňuje monitor uživatelsky nastavovat a má možnost vizualizace všech měřených hodnot celé sestavy monitoru.
Hlavní výhoda modulového uspořádání monitoru třetí generace spočívá v možnostech variability technického řešení a rozmístění prvků monitoru. V blízkosti snímačů jsou místěny moduly, které umožňují všechny měřené veličiny převést do číslicové podoby a další přenos informací o měřených veličinách probíhá výhradně po průmyslové komunikační sběrnici. Konfigurace monitoru se tak stává záležitostí softwarového nastavení namísto složitého propojování kabelových svazků od snímačů k centrální jednotce, jako tomu bylo u monitorů předchozích generací.
Další výhodou v novém řešení je použití výkonného mikroprocesoru v každém modulu. Modul tak může samostatně měřit nejen statické hodnoty (jako v případě měření teplot a jiných, pomalu se měnících fyzikálních veličin), ale i rychlé dynamické jevy (např. okamžité hodnoty vibrací). Z okamžitých hodnot modul vypočítá jednak integrální veličiny (efektivní hodnotu, střední hodnotu, dvojvýchylku atp.), jednak je také schopen předat množinu okamžitých hodnot jako časový vzorek nebo FFT spektrum signálu, případně spočítat vektorové veličiny z okamžitých hodnot obou vstupních kanálů modulu. Tato vlastnost modulu MMPS spolu s možností synchronizace měření ve více kanálech monitoru (např. od otáček stroje) nabízí nové možnosti v měření dynamických signálů a významně zvyšuje užitné vlastnosti monitoru MMPS, zejména směrem k vyhodnocení absolutních i relativních vibrací.

Průmyslové plug & play...

Vlastní inteligence modulů umožňuje nejen podstatně zvýšit komfort uživatelské i servisní obsluhy, ale také snížit nároky na kvalifikaci a vybavení pracovníků. Modul sám v sobě nese informace o vlastní konfiguraci, kalibrační parametry, převodní konstanty připojených snímačů a všechny nezbytné informace, které jsou nutné pro vyhodnocení měřených veličin. Při přidávání nebo odebírání modulu jsou tyto informace automaticky přeneseny k masteru sestavy, a ten jednoduše zařadí modul do sestavy nebo jej z ní vyřadí. Jedná se tedy o funkční obdobu známé techniky pro bezproblémovou instalaci prvků PC, aplikovanou v průmyslových podmínkách.

... a komunikace

Monitor MMPS nabízí podstatně širší možnosti komunikace s nadřazenými systémy. Kromě toho, že podporuje běžné komunikační standardy na sběrnicích RS485, RS422, RS232, je nabízena i možnost připojení pomocí ethernetového rozhraní do sítě Intranet, kde se monitor MMPS obsluhuje jako WWW server pomocí protokolu TCP/IP. Nezanedbatelnou výhodou je i možnost připojení monitoru MMPS k GSM bráně, pomocí níž je možné provádět obousměrný přenos dat, a tedy bezdrátovou údržbu a bezdrátový přenos naměřených hodnot pomocí sítě GSM. Dálkově lze nejen sledovat historický vývoj hodnot, ale také měnit režim sledování hodnot, např. pro spektrální analýzu kmitání stroje. Otevírají se tak široké možnosti pro dálkový servis strojů prováděný z odborného pracoviště dodavatele bez časového zpoždění a bez nutnosti nákladného cestování odborných pracovníků.

Další články

Automatizace, regulace

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: