CBM용 센서 및 시스템

상태 기반 유지보수(CBM)는 프로세스 성능 측정을 기반으로 기계 유지보수 요구사항을 예측할 수 있는 가능성이 있습니다. CBM 시스템은 시스템 가용성이나 신뢰성에 영향을 미치지 않으면서 장비에 대한 유지 관리 작업을 최소화할 수 있습니다. CBM은 감지 기술, 신호 처리 및 소프트웨어 기술을 사용하여 효율적이고 비용 효율적인 유지 관리 방법을 제공합니다.

상태 기반 유지 관리를 통해 기계 성능 저하를 감지하고 식별한 후 계획된 수정 조치를 취할 수 있습니다. CBM 시스템의 주요 이점은 플랜트 기계 및 장비의 가용성(가동 시간) 증가입니다. 다른 이점으로는 예방 및 수정 유지 보수 시간을 단축하여 유지 보수 비용을 절감하고 잠재적인 기계 고장을 감지하여 2차 손상을 방지할 수 있습니다.

역사적으로 관련 비용 때문에 상태 기반 유지보수는 모터, 펌프, 발전기, 압축기 및 유사 기계와 같은 대형 회전 기계에 적용되었습니다. 센서는 성공적으로 구현된 상태 기반 유지 관리 시스템의 첫 번째 링크입니다.

CBM을 위한 감지 기술
CBM의 대규모 애플리케이션에 사용되는 기존 센서에는 다음 유형의 장치가 포함될 수 있습니다.

진동 센서(가속도계)는 기계의 움직임을 측정하고 구동 장비의 오정렬 또는 모터 마운트 결함과 같이 발생하는 기계적 결함을 식별합니다.

자속 코일 및 전류 판독값은 전기 상태를 모니터링합니다. 증가된 전류 레벨은 컨베이어 시스템의 베어링 마모나 끈적끈적한(거미 같은) 벨트를 나타낼 수 있습니다.

서미스터, 저항 온도 감지기(RTD) 및 열전대와 같은 온도 변환기는 주변 온도와 모터 표면 온도를 모니터링합니다. 모터 과열 상태를 파악하고 과도한 베어링 마모로 인한 높은 프레임 온도를 나타낼 수 있습니다.

열화상 카메라(휴대용, 비접촉식 장치)는 생산 장비의 온도 및 적외선 이미지를 스캔하고 저장하는 데 사용되는 장치입니다. 이 데이터는 비정상 작동과 정상 작동을 비교하는 데 유용합니다. 열은 기계 손상 또는 오작동의 조기 지표가 될 수 있습니다.

초음파 변환기는 누출을 감지하고 기계 및 전기 구성 요소를 검사합니다.

CBM의 응용 프로그램 확장
오늘날 사용 가능한 센서 비용이 낮아지고 임베디드 처리 능력이 향상되면서 CBM에 대한 더 많은 응용 프로그램이 실현 가능하고 비용 효율적입니다. 많은 전기 장치는 이제 기본 제어 기능과 함께 성능 데이터를 제공할 수 있는 센서를 통합합니다. 예를 들어, 서보 및 기타 드라이브 시스템의 사용자는 드라이브의 현재 출력을 감지하여 모터의 출력 토크를 모니터링하는 예측 유지보수 알고리즘을 구현할 수 있습니다(사진 1 참조).

사진 1. 서보 드라이브 시스템을 포함하는 루버 생산 기계.
(사진 제공:지앤엘테크놀로지스)

"정상적인" 기계 사이클의 각 지점에서 필요한 토크를 알고 나면 이 토크 프로필을 모니터링하고 유지보수 담당자에게 이상 사항을 알리는 것이 매우 간단합니다. 증가된 토크 출력은 베어링이 고장나기 시작했거나 기타 임박한 기계적 문제를 나타낼 수 있습니다. 이 지식이 있으면 예상치 못한 고장 후 수리를 하는 것과는 대조적으로 다음 예정된 유지 관리 기간 동안 기계 장비를 수리할 수 있습니다. 토크 감지 기능이 없는 덜 정교한 유형의 모션 제어(즉, 스테퍼 시스템)는 이러한 유형의 정보를 제공할 수 없습니다. 예측 유지 관리를 지원할 수 있는 능력만을 기반으로 보다 성능이 뛰어난 드라이브를 설치하는 것이 장기적으로 더 효율적일 수 있습니다.

기계 또는 공정 상태를 모니터링하는 데 사용되는 센서는 데이터를 보고할 수 있지만 궁극적으로 데이터를 해석하고 조치를 취할 수 있는 인텔리전스를 제공하는 것은 센서가 연결된 시스템입니다.

로직 플랫폼을 사용하는 상태 기반 유지 관리의 예는 pH 측정 관리 시스템입니다. 응용 프로그램은 라이브 프로세스에 설치된 pH 센서용 통합 자동 세척, 자동 보정, 자동 진단 시스템입니다. 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)는 프로브가 마모성 또는 부식성 조건에 노출되는 애플리케이션에서 pH 프로브를 자동으로 테스트, 세척 및 보정합니다. 드리프트와 효율성을 측정하기 위해 PLC는 프로세스에서 pH 프로브를 철회하고 알려진 pH 버퍼를 주입하고 4-20mA 입력을 읽습니다. PLC는 정확한 pH 측정을 기록하고 보고하기 위해 시간 경과에 따른 드리프트(바이어스/시프트) 및 감소된 효율성(기울기)을 보상할 수 있습니다. 성능 저하 곡선을 기반으로 시스템은 프로브를 완전히 교체해야 하는 시기를 예측할 수도 있습니다.

개방형 연결성 CBM 시스템
오늘날 분산 모니터링 시스템은 하드웨어와 소프트웨어 모두에 대한 개방형 표준을 기반으로 하는 아키텍처로 이동했습니다. 다양한 허용 필드버스 네트워크를 통해 분산 입출력(I/O) 장치 및 센서와 통신하는 PLC 및 PC 기반 플랫폼이 CBM 애플리케이션에 적용되었습니다.

OPC 또는 OLE(Object Linking and Embedding for Process Control)는 Microsoft와 협력하여 여러 주요 하드웨어 및 소프트웨어 공급업체에서 만든 산업 표준입니다. 개방형 연결 기술을 사용하여 산업용 장치의 라이브 데이터를 프로그래밍 없이 업스트림 시스템이나 웹 페이지로 전달할 수 있습니다. 그런 다음 데이터는 모든 컴퓨터 또는 인터넷이나 회사 인트라넷에 액세스할 수 있는 곳이면 어디에서나 보거나 인쇄하거나 보관할 수 있습니다. OPC 기술은 다양한 장치에서 지원되기 때문에 쉽고 저렴한 데이터 수집 및 표시를 가능하게 합니다. 추가 이점으로 OPC 소프트웨어는 여러 PLC 브랜드를 사용하는 플랜트의 데이터 표시 및 로깅에 대한 보다 통합된 접근 방식을 제공할 수 있습니다(그래픽 1 참조).

그래픽 1. 제어 시스템의 OPC 기반 데이터 수집은 유지 관리 결정.

OPC 소프트웨어는 모니터링된 데이터를 보다 쉽게 ​​액세스하고 유용하게 만들 수 있도록 설계된 많은 유용한 기능을 제공합니다. 예를 들어, 동적 색상을 통해 사용자는 프로세스 작업의 상태를 한 눈에 파악할 수 있습니다. 작업자에게 작업 이상을 경고하는 조기 경고 시스템으로 사용하십시오. 수학 함수는 원시 데이터가 표시되거나 추가 처리되기 전에 원시 데이터에 대해 계산을 수행할 수 있습니다. 많은 기성품 OPC 기반 CBM 프로그램을 유지 관리 작업에 사용할 수 있습니다.

결론
상태 기반 유지보수 시스템을 올바르게 구현하면 유지보수 비용을 낮추고, 기계 가용성과 신뢰성을 높이며, 안전을 개선하고, 제품 품질을 향상시키고, 많은 경우 장비의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. Carl Hamilton은 자동화 및 산업 제어 제품의 직접 판매업체인 AutomationDirect의 기술 전문가입니다. 자세한 내용은 800-633-0405로 전화하거나 www.automationdirect.com을 방문하십시오. 자동화에 대해 자세히 알아보십시오. 일반적인 자동화 용어의 용어집은 Reliable Plant 편집자 Paul V. Arnold에게 [email protected]으로 이메일을 보내면 얻을 수 있습니다.