По мере общей цифровизации и взаимосвязи промышленного оборудования Индустрия 4.0 получила свое воплощение и способствует трансформации средств производства. Она как бы меняет правила игры, делая производственную цепочку более гибкой, поддерживая производство индивидуальной продукции при сохранении рентабельности. Кроме того, цифровые и промышленные подключения к Интернету вещей приносят большую пользу для технического обслуживания. Благодаря использованию датчиков, в частности кварцевых акселерометров, можно анализировать рабочее состояние машины, а не заменять изношенные детали через регулярные промежутки времени. В рамках предиктивного обслуживания операторам необходимо вмешиваться только при появлении некоторых симптомов раннего предупреждения. Такой анализ состояния машины называется мониторингом состояния (CbM), который позволяет контролировать затраты на техническое обслуживание по сравнению с систематическим обслуживанием, основанным на обычно очень консервативном фиксированном графике. Помимо более гибкого плана технического обслуживания, он позволяет выявлять проблемы на ранней стадии, что позволяет операторам соответствующим образом планировать время простоя машины. Это, безусловно, гораздо лучше, чем простои вне производственной линии.
Анализ вибрации: важность датчиков
Для определения времени начала технического обслуживания производитель использует целый ряд параметров, включая вибрацию, шум, измерение температуры и т.д. Среди измеряемых физических величин измерение спектра вибрации может дать наибольшую информацию для выявления первопричин проблем во вращающихся машинах (двигателях, генераторах и т.д.). Аномальная вибрация может быть вызвана разрушением шарикоподшипника, отклонением вала, дисбалансом, чрезмерным ослаблением и т.д. Каждая проблема имеет свои уникальные симптомы, например, источник вибрации вращающихся машин.
Измерение вибрации с помощью акселерометра
Измерение вибрации может осуществляться с помощью акселерометра, размещаемого вблизи контролируемого элемента. Такой датчик может быть пьезоэлектрическим или МЭМС. Последний имеет больше преимуществ. Он не только обеспечивает лучший отклик на низких частотах, но и имеет небольшие размеры.
При разрушении шарикоподшипника каждый раз, когда шарик задевает трещину или касается дефектного места внутреннего или наружного кольца, он ударяется, вызывает вибрацию и даже приводит к небольшому смещению вращающегося вала. Частота ударов определяется скоростью вращения, а также количеством и диаметром шарика.
Но это еще не все! При возникновении неисправности упомянутый удар иногда вызывает слышимый звук, а именно ударную волну, которая характеризуется низкой энергетической спектральной составляющей и относительно высокой частотой, обычно превышающей 5 кГц и всегда значительно превышающей основную частоту вращения. Измерить линию спектра, соответствующую первому сигналу неисправности, могут только малошумные и высокополосные акселерометры. Такие акселерометры могут дать некоторую ценную информацию для проблем, которые не могут быть обнаружены приборами с низкой частотной характеристикой или высоким уровнем шума. По мере усугубления проблемы низкоэнергетические спектральные составляющие продолжают увеличиваться. На более поздней стадии акселерометр начального уровня может обнаружить вибрацию, но в это время устранение неисправности становится срочным, и группе технического обслуживания необходимо реагировать в короткие сроки. Чтобы не быть застигнутым врасплох, очень важно использовать малошумные акселерометры с высокой пропускной способностью для обнаружения начальных аномалий.