Hoe leert een frequentieregelaar?
Aflevering 1
Toestandsafhankelijk systeemonderhoud: wanneer de drive leert en er geen fouten meer optreden
In de industrie worden slechts enkele aandrijfsystemen bewaakt met hoogwaardige software voor conditiebewaking – omdat dit vaak te duur is. Als een dergelijk systeem wordt gebruikt, is dat meestal op kritieke plaatsen. Engineers Jörg Dannehl en Holger Schmidt van Danfoss Drives willen daar verandering in brengen. Zij hebben meegewerkt aan de ontwikkeling van de zogenaamde Condition-based Monitoring (CBM), waarmee veel storingen in de aandrijfsystemen snel en betrouwbaar worden opgespoord. Nu is er vooral één vraag: Hoe leert een drive eigenlijk? En wat is Condition-based Monitoring precies?
Dit kan zeer kort als volgt worden uitgelegd: De frequentieregelaar krijgt een nieuwe stuurkaart en bestuurt dus niet meer alleen de aandrijving, maar detecteert ook fouten. Het is belangrijk dat de regelaar na de inbedrijfstelling de typische patronen van de installatie leert kennen. Getraind met voldoende gegevens, begint het dan te controleren. Vanaf dat moment waarschuwt een stoplichtsysteem de gebruiker in real time wanneer zich fouten voordoen. In de eerste aflevering van Torque – The Drive Podcast leggen de deskundigen uit wie baat heeft bij de CBM-toepassing, hoe de inbedrijfstelling werkt en waarom zij zweren bij de Edge. Luistert u mee?
Dit sluit ook de cirkel naar andere afleveringen van de drive podcast: In aflevering 11 hoort u van gebruikers en softwareontwikkelaars hoe CBM-gegevens worden gebruikt om de prestaties van fabrieken te verbeteren.
Het doel: optimalisering van de onderhoudstermijnen
Een typische dag in het voorjaar van 2020. Het is rustig in het kantoor van Erwin Schroter. De kalenderpagina staat nog op maart, de kantoorplant is eenzaam. Hij doet zijn gezichtsmasker niet af om me te begroeten, want hij moet meteen weer naar buiten. Zijn controledrift is zichtbaar. Hij stapt op de fiets en fietst door de productiehal. De fabrieken staan bijna stil, de collega’s van onderhoud komen nu in actie. Gereedschapskisten staan onder het transportsysteem, verder zie je de benen van de monteur.
Schroter groet als hij langsrijdt. Zijn collega’s zijn thuis – minder overwerk, vakantie en werktijdverkorting. Het coronavirus dwingt de industrie op veel plaatsen de productie te staken. De gelukkigen, als Schroter het zo mag noemen, zijn de onderhoudswerkers. De interne teams profiteren van de gedwongen pauze – net als veel dienstverleners. Maar zullen uitgebreide onderhoudsafspraken in de toekomst überhaupt nog nodig zijn? Corona is een speciale situatie, zegt Schroter, maar hij zou graag eenvoudiger systemen zien om de aandrijvingen te controleren. Leveranciers zijn immers al jaren bezig met toepassingen voor conditiebewaking en voorspellend onderhoud. Het hoofd onderhoud heeft de termen vele malen gehoord op handelsbeurzen en congressen en heeft er altijd nieuwe definities uitgehaald. Het heeft hem nog niet veel gebracht. Hij is sceptisch.
De weg: frequentieregelaars als dataplatforms in de fabriekshal
In de industrie zijn tot nu toe slechts weinig aandrijfsystemen bewaakt met high-end condition monitoring software – omdat deze vaak te duur zijn, zoals het geval is bij Schroter. Als een dergelijk systeem wordt gebruikt, dan alleen op kritieke locaties. Danfoss engineers Jörg Dannehl en Holger Schmidt willen dat veranderen. Zij hebben samen met hun collega’s een toepassing ontwikkeld die snel en betrouwbaar dreigende storingen in de aandrijfsystemen opspoort. Condition-based Montioring is de naam van de oplossing – een middenweg tussen bewaking en voorspelling, zou Schroter het waarschijnlijk noemen.
Het idee is even eenvoudig als geniaal: de frequentieregelaar wordt dankzij nieuwe ontwikkelingen steeds slimmer en stuurt al lang niet meer alleen de aandrijving, maar detecteert ook storingen. Na de inbedrijfstelling leert de drive de typische patronen van de installatie, definieert hij de normale toestand en begint hij te bewaken wanneer hij met voldoende gegevens is getraind. Het systeem vergelijkt vervolgens de modellen uit de leerfase met de werkelijke werking en geeft in geval van twijfel een alarm. Een verkeerslichtsysteem waarschuwt de gebruiker in real time voor optredende fouten.
Dit maakt de frequentieregelaar tot een dataplatform in productie, omdat er veel gegevens en signalen in beschikbaar zijn. Tegelijkertijd kunnen externe sensoren worden geïnstalleerd voor trillingsbewaking en, dankzij de computer- en opslagcapaciteit, kunnen de gegevens worden geanalyseerd en geëvalueerd – direct "on the Edge".
"Sensoren leveren ruwe gegevens: stromen, spanningen en inwendige temperaturen. Hiermee kunnen we het debiet van de machines, het koppel of de snelheid berekenen. Tegelijkertijd bestuurt de drive de aandrijving en verzamelen we besturingssignalen die meer informatie geven over de toestand van de machine," legt Jörg Dannehl uit. De ontwikkelaar heeft het over sampling rates in het milliseconden bereik. Het systeem kan dan uit de gegevens frequentiespectra berekenen aan de hand waarvan uitspraken kunnen worden gedaan over de toestand van de machine.
De gewetensvraag: "On the Edge" en in de Cloud
Veel gebruikers schrikken terug voor complexe installaties en leerfasen die gepaard gaan met IT-implementatie. De Danfoss engineers stellen ons gerust. De bewaking loopt via de drive, ingebed, en de bediening kan via het display van de drive of via het display.
"We kunnen ook verbinding maken met de cloud via monitoring op afstand. Sommige klanten willen, kunnen of mogen deze weg nog niet inslaan vanwege gegevensbeveiligingsaspecten. Maar ik geloof in hybride scenario’s," zegt Holger Schmidt. "De installatie is eenvoudig," verzekert hij. Afhankelijk van de toepassing zijn er twee mogelijkheden. In het eerste geval leert de frequentieregelaar automatisch gedurende een bepaalde tijd en parallel met de werking. Bij de tweede optie voert de industriële gebruiker een identificatierun uit. Dit betekent dat de drive de machine door het gehele snelheidsbereik leidt en vervolgens een model vormt voor de bewaking.
"Overigens kunnen ook oudere drives zonder problemen passend worden gemaakt," voegt Schmidt toe. Bestaande installaties kunnen ook worden bewaakt door middel van een vrij eenvoudige upgrade.
Tot slot: Condition-based Monitoring vs. voorspellend onderhoud
Voor Schroter is het verschil tussen voorspellend onderhoud en Condition-based Monitoring nog niet helemaal duidelijk. "Voorspellend onderhoud werkt met statistische levensduur modellen. Met CBM evalueren we foutsignaturen en controleren we de huidige toestand," vat Dannehl samen. En Schmidt gaat nog een stap verder: "In de toekomst zullen we niet langer alleen de motor controleren. We zullen twee trillingssensoren installeren en komen zo dichter bij een systeemoverzicht van de installatie."
Systeem aanpak?! Voor Schroter klinkt dat als concurrentie voor de PLC. "Nee, CBM met frequentieregelaars concurreert niet rechtstreeks met het besturingssysteem. Het moet veel meer een samenspel zijn. In eenvoudige systemen kan de drive functies van de regeling overnemen. Dit kan ook zinvol zijn als daardoor een PLC overbodig is," benadrukt Dannehl. Schmidt voegt hieraan toe: "Wij doen een gedecentraliseerde vooranalyse met onze regelaar, maar het controlesysteem zal zijn bestaansreden blijven behouden – net als de onderhoudsteams."
Ik weet zeker dat de collega’s in de fabriek blij zullen zijn dat te horen. Nog drie dagen, dan begint de productie weer volledig. Schroter kijkt er al naar uit.
