Manteniment predictiu de màquines giratòries amb vibracions i Thingspeak: 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Les màquines giratòries com les turbines eòliques, les turbines hidràuliques, els motors d’inducció, etc. s’enfronten a diferents tipus de desgast i llàgrima. La majoria d’aquestes falles i desgast causades per les vibracions anormals del dispositiu. Aquestes màquines solen funcionar en condicions de treball pesades i amb un temps d'inactivitat mínim. Les principals falles que es produeixen en aquestes són les següents

• Forces irregulars radials i tangencials.
• Comportament mecànic irregular.
• Fallades del coixinet, barra del rotor i anell final en cas d’inducció de la gàbia d’esquirol
• Falles de l’estator del motor i excentricitat de la separació d’aire en els rotors.

Aquestes vibracions irregulars poden provocar una degradació més ràpida de la màquina. Soroll i pot afectar el comportament mecànic de la màquina. L’anàlisi de la vibració de la maquinària i el manteniment predictiu proporciona un examen detallat de la detecció, la ubicació i el diagnòstic de fallades en maquinària giratòria i alternativa mitjançant anàlisi de vibracions. En aquesta instrucció utilitzarem un sensor de vibració sense fils per superar aquest problema. Aquests sensors són sensors de grau industrial i s’han implementat amb èxit en moltes aplicacions com ara Anàlisi estructural d’infraestructures civils, anàlisi de vibracions de turbines eòliques, anàlisis de vibracions de la turbina hidràulica. Visualitzarem i analitzarem les dades de vibracions a Thing Speak. Aquí demostrarem el següent.

• Sensors de vibració i temperatura sense fils.
• Anàlisi de vibracions mitjançant aquests sensors.
• Recopilació de dades mitjançant un dispositiu de passarel·la sense fils
• Enviament de dades de vibracions a la plataforma IoT Thing Speak mitjançant l'API Thing Speak MQTT.

Pas 1: especificacions de maquinari i programari

Especificació de programari

• Un compte de ThingSpeak
• IDE Arduino

Especificació de maquinari

• ESP32
• Sensor de temperatura i vibració sense fils
• Receptor Zigmo Gateway

Pas 2: directrius per comprovar la vibració a les màquines giratòries

Com es va esmentar a l'últim instructiu "Anàlisi de vibracions mecàniques de motors d'inducció". Hi ha certes pautes que s'han de seguir per segregar la falla i la vibració que identifica la falla. Per a la breu velocitat de rotació, la freqüència és un d'ells. Les freqüències de velocitat de rotació són característiques de diferents falles.

• 0,01 g o menys - Excel·lent estat: la màquina funciona correctament.
• 0,35 g o menys: bon estat. La màquina funciona bé. No cal fer cap acció a menys que la màquina faci soroll. Hi pot haver una falla d’excentricitat del rotor.
• 0,75 g o més - Condició rugosa - Cal comprovar el motor, pot haver-hi un error d'excentricitat del rotor si la màquina fa massa soroll.
• 1 g o més - Estat molt rugós - Pot haver-hi un defecte greu en un motor. La falla pot ser deguda a un defecte del rodament o al doblegament de la barra. Comproveu si hi ha soroll i temperatura
• 1,5 g o més - Nivell de perill - Necessitat de reparar o canviar el motor.
• 2,5 g o més - Nivell sever - Apagueu la maquinària immediatament.

Pas 3: Obtenir els valors del sensor de vibració

Els valors de vibració que obtenim dels sensors són en milis. Consisteixen en els següents valors.

Valor RMS: arrel mitjana dels valors quadrats al llarg dels tres eixos. El valor de pic a pic es pot calcular com

valor de pic a pic = valor RMS / 0,707

• Valor mínim: valor mínim al llarg dels tres eixos
• Valors màxims: valor màxim a màxim al llarg dels tres eixos. El valor RMS es pot calcular mitjançant aquesta fórmula

Valor RMS = valor màxim a màxim x 0,707

Abans, quan el motor estava en bon estat, obteníem els valors al voltant de 0,002 g. Però quan el vam provar amb un motor defectuós, la vibració que vam examinar va ser d’entre 0,80 i 1,29 g. El motor defectuós estava sotmès a una alta excentricitat del rotor. Per tant, podem millorar la tolerància a fallades del motor mitjançant els sensors de vibració.

Pas 4: configurar Thing Speak

Per publicar els valors de temperatura i humitat al núvol, utilitzem l'API ThingSpeak MQTT. ThingSpeak és una plataforma IoT. ThingSpeak és un servei web gratuït que us permet recopilar i emmagatzemar dades del sensor al núvol. MQTT és un protocol comú utilitzat en sistemes IoT per connectar dispositius i sensors de baix nivell. MQTT s’utilitza per transmetre missatges curts a i des d’un corredor. ThingSpeak ha afegit recentment un broker MQTT perquè els dispositius puguin enviar missatges a ThingSpeak. Podeu seguir el procediment per configurar ThingSpeak Channel des d'aquesta publicació

Pas 5: publicació de valors al compte de ThingSpeak

MQTT és una arquitectura de publicació / subscripció que es desenvolupa principalment per connectar amplada de banda i dispositius amb restricció de potència a través de xarxes sense fils. És un protocol senzill i lleuger que s’executa a través de sockets TCP / IP o WebSockets. MQTT mitjançant WebSockets es pot protegir amb SSL. L’arquitectura de publicació / subscripció permet enviar missatges als dispositius client sense que el dispositiu hagi de fer una consulta contínua del servidor.

Un client és qualsevol dispositiu que es connecta al corredor i pot publicar o subscriure's a temes per accedir a la informació. Un tema conté la informació d’encaminament del corredor. Cada client que vol enviar missatges els publica a un tema determinat i cada client que vulgui rebre missatges es subscriu a un tema determinat

Publiqueu i subscriviu-vos mitjançant ThingSpeak MQTT

• Publicació als canals de canal d'informació / "canalID" / publicació / "WriteAPIKey"

• Publicació en un camp concret

  canals /

  "canalID" / publish / fields / "fieldNumber" / "fieldNumber"

• Subscriviu-vos al camp del canal

  canals /

  "canalID" / subscripció / "format" / "APIKey"

• Subscriviu-vos al canal de canal privat

  canals /

  canalID

  / subscribe / fields / "fieldNumber" / "format"

• Subscriviu-vos a tots els camps d’un canal. canals /

  "canalID" /

  subscripció / camps /

  fieldNumber

  / "apikey"

Pas 6: visualització de les dades del sensor a ThingSpeak

Pas 7: Notificació per correu electrònic per a l'alerta de vibració

Estem utilitzant miniaplicacions IFTTT per donar una notificació meteorològica en temps real a l’usuari amb una notificació per correu electrònic. Per obtenir més informació sobre la configuració d’IFTTT, podeu visitar aquest bloc. Per tant, l’hem implementat a través de ThingSpeak. Enviem una notificació per correu electrònic a l'usuari sempre que es produeixi un canvi de temperatura en una màquina. S'activarà una notificació per correu electrònic "Quin dia tan bonic". Cada dia cap a les 10:00 del matí (IST) rebrem una notificació per correu electrònic

Pas 8: Codi general

El firmware d'aquesta configuració es pot trobar en aquest dipòsit de GitHub