Manutenzione predittiva delle macchine rotanti tramite vibrazione e Thingspeak: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Macchine rotanti come turbine eoliche, turbine idrauliche, motori a induzione ecc. affrontano diversi tipi di usura. La maggior parte di questi guasti e usura sono causati dalle vibrazioni anomale del dispositivo. Queste macchine sono spesso utilizzate in condizioni gravose e con tempi di fermo minimi. I principali errori che si verificano in questi sono i seguenti

• Forze radiali e tangenziali irregolari.
• Comportamento meccanico irregolare.
• Difetti dei cuscinetti, della barra del rotore e dell'anello terminale in caso di induzione a gabbia di scoiattolo
• Difetti dello statore del motore ed eccentricità del traferro nei rotori.

Queste vibrazioni irregolari possono provocare un più rapido degrado della macchina. Rumore e possono influenzare il comportamento meccanico della macchina. L'analisi delle vibrazioni dei macchinari e la manutenzione predittiva forniscono un esame dettagliato del rilevamento, della posizione e della diagnosi dei guasti nei macchinari rotanti e alternativi utilizzando l'analisi delle vibrazioni. In questo Instructable utilizzeremo il sensore di vibrazioni wireless per superare questo problema. Questi sensori sono sensori di livello industriale e sono stati implementati con successo in molte applicazioni come l'analisi strutturale delle infrastrutture civili, l'analisi delle vibrazioni delle turbine eoliche, l'analisi delle vibrazioni delle turbine idrauliche. Visualizzeremo e analizzeremo i dati sulle vibrazioni in Thing Speak. Qui dimostreremo quanto segue.

• Sensori di vibrazione e temperatura wireless.
• Analisi delle vibrazioni utilizzando questi sensori.
• Raccolta dei dati utilizzando il dispositivo gateway wireless
• Invio di dati sulle vibrazioni alla piattaforma Thing Speak IoT utilizzando l'API Thing Speak MQTT.

Passaggio 1: specifiche hardware e software

Specifiche del software

• Un account ThingSpeak
• Arduino IDE

Specifiche hardware

• ESP32
• Sensore di temperatura e vibrazioni wireless
• Ricevitore Zigmo Gateway

Fase 2: Linee guida per controllare le vibrazioni nelle macchine rotanti

Come accennato nell'ultima lezione "Analisi delle vibrazioni meccaniche dei motori a induzione". Ci sono alcune linee guida che devono essere seguite per separare il guasto e le vibrazioni che identificano il guasto. Per la breve velocità di rotazione la frequenza è una di queste. Le frequenze della velocità di rotazione sono caratteristiche di diversi guasti.

• 0,01 g o meno - Ottime condizioni - La macchina funziona correttamente.
• 0,35 g o meno - Buone condizioni. La macchina funziona bene. Nessuna azione richiesta a meno che la macchina non sia rumorosa. Potrebbe esserci un errore di eccentricità del rotore.
• 0,75 g o più - Condizione ruvida: è necessario controllare il motore, potrebbe esserci un guasto all'eccentricità del rotore se la macchina emette troppo rumore.
• 1g o più - Condizione molto approssimativa - Può esserci un guasto grave in un motore. Il guasto potrebbe essere dovuto a un difetto del cuscinetto o alla flessione della barra. Controlla il rumore e la temperatura
• 1,5 g o più- Livello di pericolo- Necessità di riparare o cambiare il motore.
• 2,5 g o più -Livello grave-Spegnere immediatamente il macchinario.

Passaggio 3: ottenere i valori del sensore di vibrazioni

I valori di vibrazione che riceviamo dai sensori sono in miglia. Questi sono costituiti dai seguenti valori.

Valore RMS: valori quadratici medi della radice lungo tutti e tre gli assi. Il valore da picco a picco può essere calcolato come

valore da picco a picco = valore RMS/0.707

• Valore min- Valore minimo lungo tutti e tre gli assi
• Valori massimi: valore da picco a picco lungo tutti e tre gli assi. Il valore RMS può essere calcolato utilizzando questa formula

Valore RMS = valore da picco a picco x 0,707

In precedenza, quando il motore era in buone condizioni, abbiamo ottenuto valori intorno a 0,002 g. Ma quando l'abbiamo provato su un motore difettoso, la vibrazione che abbiamo esaminato era di circa 0,80 g-1,29 g. Il motore difettoso è stato sottoposto a un'elevata eccentricità del rotore. Quindi, possiamo migliorare la tolleranza ai guasti del motore utilizzando i sensori di vibrazione.

Passaggio 4: impostare Thing Speak

Per pubblicare i nostri valori di temperatura e umidità sul cloud, utilizziamo l'API ThingSpeak MQTT. ThingSpeak è una piattaforma IoT. ThingSpeak è un servizio web gratuito che consente di raccogliere e archiviare i dati dei sensori nel cloud. MQTT è un protocollo comune utilizzato nei sistemi IoT per connettere dispositivi e sensori di basso livello. MQTT viene utilizzato per passare brevi messaggi da e verso un broker. ThingSpeak ha recentemente aggiunto un broker MQTT in modo che i dispositivi possano inviare messaggi a ThingSpeak. Puoi seguire la procedura per impostare ThingSpeak Channel da questo post

Passaggio 5: pubblicazione dei valori sull'account ThingSpeak

MQTT è un'architettura di pubblicazione/sottoscrizione sviluppata principalmente per connettere dispositivi con limitazioni di larghezza di banda e alimentazione su reti wireless. È un protocollo semplice e leggero che funziona su socket TCP/IP o WebSocket. MQTT su WebSocket può essere protetto con SSL. L'architettura di pubblicazione/sottoscrizione consente di inviare messaggi ai dispositivi client senza che il dispositivo debba eseguire continuamente il polling del server.

Un client è qualsiasi dispositivo che si connette al broker e può pubblicare o sottoscrivere argomenti per accedere alle informazioni. Un argomento contiene le informazioni di instradamento per il broker. Ogni cliente che vuole inviare messaggi li pubblica su un certo argomento e ogni cliente che vuole ricevere messaggi si iscrive a un certo argomento

Pubblica e iscriviti utilizzando ThingSpeak MQTT

• Pubblicazione sui canali feed del canale/"channelID" /publish/"WriteAPIKey"

• Pubblicare in un campo particolare

  canali/

  "IDcanale" /publish/fields/"numerocampo" /"numerocampo"

• Iscriviti al campo canale

  canali/

  "channelID" /subscribe/ "format" /"APIKey"

• Iscriviti al feed del canale privato

  canali/

  Canale ID

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

• Iscriviti a tutti i campi di un canale. canali /

  "Canale ID"/

  sottoscrivi/campi/

  campoNumero

  /"apice"

Passaggio 6: visualizzazione dei dati del sensore su ThingSpeak

Passaggio 7: notifica e-mail per avviso di vibrazione

Stiamo utilizzando applet IFTTT per fornire all'utente un bollettino meteorologico in tempo reale. Per ulteriori informazioni sulla configurazione IFTTT puoi consultare questo blog. Quindi, l'abbiamo implementato tramite ThingSpeak. Inviamo una notifica e-mail all'utente ogni volta che si verifica un cambiamento di temperatura in una macchina. Si attiverà una notifica e-mail "Che bella giornata". Ogni giorno intorno alle 10:00 (IST) riceveremo una notifica via e-mail

Passaggio 8: codice generale

Il firmware di questa configurazione può essere trovato in questo repository GitHub