Inteligentné ovládacie prvky s predikciou poruchy? Dnes už realita...

Dnešné stále zložitejšie a náročnejšie technológie kladú dôraz na precíznosť riadenia, merania a ovládania technologických častí. Tieto požiadavky majú za následok výrobu stále zložitejších a náročnejších meracích zariadení a idú ruka v ruke so zvyšovaním nárokov na obsluhu, údržbu či vedomosti údržby. Na druhej strane zákazník kladie dôraz na dlhodobú bezporuchovosť, nízkonákladovú a nenáročnú údržbu. Tieto požiadavky zákazníkov sú opodstatnené, pretože sa prejavujú v prevádzkových nákladoch. Prostredníctvom inteligentních snímačov a ovládacím prvkom sme schopní vyhovieť obom požiadavkám a dokonca priniesť aj ďalšie výhody.
Inteligentné ovládacie prvky s predikciou poruchy? Dnes už realita...

Je všeobecne známe, že najnáročnejšími zariadeniami na údržbu sú tie, ktoré obsahujú elektronické časti a zároveň i mechanické pohyblivé prvky. Ide napr. o polohové servopohony a elektro-pneumatické pozicionéry, ktoré sa vyskytujú prakticky vo všetkých oblastiach priemyslu.

Práve na poli akčných členov prišlo v poslednom období k prevratnému vývoju diagnostických funkcií. Hovorím o zariadeniach, ktoré pohybujú riadeným alebo aktívnym prvkom (napr. klapkou alebo ventilom) v závislosti od požiadavky riadeného procesu. Informácie o požadovanej polohe prichádzajú z riadiaceho systému alebo od operátora. Servopohon využíva k svojmu pohybu elektromotor, pozicionér stlačený vzduch.

Aktívne prvky sú v súčasnosti schopné upozorniť na blížiacu sa poruchu, a to vďaka zisteniu neštandardných drobných odchýliek v chovaní častí celej sústavy pohonu. Na chybu upozorní i v prípade, že sa sústava javí na prvý pohľad „bezchybne“.

Čo, prečo a ako sa meria?

Po inštalácii sústavy akčného člena, mechanicky spojeného s riadeným prvkom, údržba spustí prvotný test. Ten uskutoční vlastnú kontrolu elektronickej časti a otestuje všetky prevádzkové a bezpečnostné funkcie sústavy. Základnou úlohou je kontrola koncových polôh. Prečo? Vplyvom zanášania ventilov pevnými časticami, prípadne z dôvodu začínajúcej korózie procesných častí, nastáva niekedy situácia, kedy nie je možné dostať ventil do svojich koncových polôh. Systém potom vykazuje netesnosti.
Ďalej sa zisťuje čas potrebný na prestavenie aktívneho, ale tiež pásmo necitlivosti (tzv. mŕtve pásmo). Zistené informácie sa zapisujú do pamäti aj behom prevádzky, kedy riadiaca elektronika pohonu vyhodnocuje a porovnáva rozdiely v nameraných hodnotách, respektíve sleduje vývoj a priebeh zmien jednotlivých parametrov. Z analýzy získaných údajov je možné indikovať napr. prasknuté vratné pružiny, vôľu v čapoch, kĺboch alebo koróziu pohyblivých prvkov.

Rýchlostný test zaznamenáva aktuálnu rýchlosť posunu naprieč celým rozsahom ovládania v oboch smeroch. V rámci skúšky sa zisťujú okamžité hodnoty trecích síl, ktoré môžu detekovať poškodenie mechanickej časti koncového prvku alebo samotného servopohonu.

Šikovné nadstavby

Na scénu nastupuje tzv. adaptabilná funkcia, ktorá porovnáva aktuálne namerané priebehy s hodnotami uloženými v pamäti behom prevádzky. Následne stanovuje optimálne sily riadenia v každej polohe ventilu či klapky. Vďaka tejto adaptabilnej funkcii sa zvyšuje precíznosť a presnosť riadenia.

Elektro - pneumatické pozicionéry sú naviac vybavené čidlami, ktoré kontrolujú statické a posuvné trenie ventilov s hysteréziou ventilov. Ďalej zaznamenávajú priebehy tlakov vzduchu v jednotlivých komorách, čo prispieva k diagnostike aktuálneho stavu mechanických častí a detekcii prípadných netesností vzduchových rozvodov.

Všetko spomenuté vyššie má pozitívny vplyv na plánovanie odstávok a údržbu. Minimalizujú sa tým nepredvídané náklady na opravu či výmenu jednotlivých dielov alebo celých častí zariadenia. To so sebou prináša aj zníženie nárokov na veľkosť skladu náhradných dielov a v neposlednom rade aj plánovanie objednávok. Inteligenciou sa tak predchádza značným finančným stratám.

Spoločnosť ABB je jedným z lídrov výroby servopohonov a pozicionérov. Ako príklad uvádzam jeden z inteligentných pozicionérov EDP 300 , ktorý všetky zmieňované funkcie využíva. Je to softvérovo konfigurovateľný elektro - pneumatický pozicionér určený pre montáž na otočné alebo pákové ventily, vybavený komunikačným rozhraním HART alebo PROFIBUS. Jeho výhodou sú veľmi malé a kompaktné rozmery, modulárna konštrukcia s excelentným pomerom ceny a výkonu. Vyznačuje sa plne automatickým nastavením riadiacich parametrov, automatickou adaptáciou na konečný riadiaci element znižujúci časovú náročnosť pri uvádzaní do prevádzky a optimálnu regulačnou odozvu.

Frekvencia uskutočňovania údržby a s tým spojené náklady

Výrobcovia elektro-mechanických zariadení (servopohonov, pozicionérov) odporúčajú stanoviť frenkvenciu údržby podľa zaťaženia a počtu pracovných cyklov daného zariadenia. Napríklad v prípade servopohonov existuje nepísané pravidlo, ktoré určuje priemerný interval realizácie servisu na zariadení v záujme zabezpečenia vysokej pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky. Pokiaľ uskutočňuje servopohon priemerne 700 operačných cyklov za hodinu, tak sa odporúča údržba raz za pol roka.

Dvojročný cyklus údržby potom vyžaduje, aby zariadenie pracovalo v zaťažení max. 125 až 250 operačných cyklov za hodinu. Kontrolné alogoritmy mnohých procesných kontrolných systémov sú navrhnuté tak, aby strážili počet operačných cyklov a po prekročení požadovali odborný servis. Toto má za následok vysoké náklady na údržbu, ktoré často prekračujú cenu samotného zariadenia. Využitím diagnostických funkcií je možné významne redukovať počet realizácií údržby a s tým spojené finančné náklady. Pri vyššie spomenutých servopohonoch dosiahneme cca 3600 operačných cyklov za hodinu bez obmedzenia životnosti a zvyšovania frekvencie údržby.

autor

O autorovi

Marek Skřička pracuje v ABB na pozícii technickej podpory predaja inštrumentácie a analýzy. Zákazníkovi navrhuje najvhodnejší spôsob merania fyzikálnych veličín, analýzu plynov a kvapalín, sieťových komponentov priemyselných zberníc, prevodníky fyzikálnych veličín a v neposlednom rade aktívnych ovládacích prvkov ako sú pozicionéry a servopohony. Jeho úlohou je zákazníkovi navrhovať stabilné, dlhodobé a spoľahlivé riešenie jednotlivých meraní či celkov s dôrazom na kvalitu výstupného signálu.

Pozicionéry a pneumatické prevodníky

Elektro-pneumatické pozicionéry

Elektro-pneumatický pozicionér EDP300 

ABB, s.r.o.

www.abb.com