Tribologische Echtzeitüberwachung in Fördersystemen

Echtzeitbasierte Anlagenüberwachung gewinnt in industrieller Umgebung zunehmend an Bedeutung. Die frühzeitige Erfassung von Störungen ermöglicht es Unternehmen Anlagen punktgenau zu warten und somit deren Stillstandszeiten zu reduzieren. Auch im Bereich der Fördertechnik sind diese Systeme er-wünscht, aber aufgrund des beengten Bauraums ge-staltet sich ihre Integration oftmals schwierig. Im Fol-genden wird eine Baugruppe vorgestellt, welche das Reibwert- und Schmierstoffverhalten fördertechni-scher Anlagen in Echtzeit erfassen kann.

Design, modelling, simulation and integration of cyber physical systems: methods and applications

The main drivers for the development and evolution of Cyber Physical Systems (CPS) are the reduction of development costs and time along with the enhancement of the designed products. The aim of this survey paper is to provide an overview of different types of system and the associated transition process from mechatronics to CPS and cloud-based (IoT) systems. It will further consider the requirement that methodologies for CPS-design should be part of a multi-disciplinary development process within which designers should focus not only on the separate physical and computational components, but also on their integration and interaction. Challenges related to CPS-design are therefore considered in the paper from the perspectives of the physical processes, computation and integration respectively. Illustrative case studies are selected from different system levels starting with the description of the overlaying concept of Cyber Physical Production Systems (CPPSs). The analysis and evaluation of the specific properties of a sub-system using a condition monitoring system, important for the maintenance purposes, is then given for a wind turbine.

Non-invasive winding fault detection for induction machines based on stray flux magnetic sensors

Non-intrusive monitoring of health state of induction machines within industrial process and harsh environments poses a technical challenge. In the field, winding failures are a major fault accounting for over 45% of total machine failures. In the literature, many condition monitoring techniques based on different failure mechanisms and fault indicators have been developed where the machine current signature analysis (MCSA) is a very popular and effective method at this stage. However, it is extremely difficult to distinguish different types of failures and hard to obtain local information if a non-intrusive method is adopted. Typically, some sensors need to be installed inside the machines for collecting key information, which leads to disruption to the machine operation and additional costs. This paper presents a new non-invasive monitoring method based on GMRs to measure stray flux leaked from the machines. It is focused on the influence of potential winding failures on the stray magnetic flux in induction machines. Finite element analysis and experimental tests on a 1.5-kW machine are presented to validate the proposed method. With time-frequency spectrogram analysis, it is proven to be effective to detect several winding faults by referencing stray flux information. The novelty lies in the implement of GMR sensing and analysis of machine faults.

Acquisition of Vibration Signals for Predictive Maintenance: a Practical Case

As predictive maintenance becomes more and more relevant in industrial environment, the possible range of applications for this maintenance strategy grows. The progresses in components technology and their reduction in price, together with the late years' advances in machine learning and in computational power, are making the implementation of predictive maintenance possible in plants where it would have previously been unreasonably costly. This is leading major pharmaceutical industries to explore the possibility of the application of condition monitoring systems on progressively less and less critical equipment. The focus of this thesis is on the implementation of a system to gather vibrational data from the motors installed in a pre-existing machine using off-the-shelf components. The final goal for the system is to provide the necessary vibration data, in the form of frequency spectra, to a machine learning system developed by IMA Digital, which will be leveraging such data to predict possible upcoming faults and to give the final client all the information necessary to plan maintenance activity according to the estimated machine condition.

Developing community-based watershed management in Greater Sao Paulo: the case of Santo Andre

This paper describes how watershed protection is being combined with settlement upgrading and land-use management within an area that serves as one of Greater Sao Paulo's main sources of fresh water. This is being undertaken in the municipality of San to Andre. Unlike previous watershed protection measures, which proved ineffective, it recognizes the need to combine the protection of water-sheds with the improvement of conditions in existing settlements and guiding, rather than prohibiting, further settlement. The paper describes how, the community-based watershed management involves the inhabitants of illegal settlements and other stakeholders in an adaptive planning framework that first seeks consensus on what is to be planned before developing the plan, its implementation and its operation, maintenance and monitoring.

Simulação, em software adequado, da sintomatologia vibracional de avarias mecânicas de máquinas rotativas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Área de Manutenção e Produção

Análise de dados de vibração – Contributo para a definição do Estado de Condição

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação

Utilização de plataformas de fonte aberta no controlo de condição

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Modelação de equações estruturais para avaliar e monitorizar o estado de condição de um sistema mecânico.

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Estatística e Gestão de Informação.

Caracterização de Particulas de Desgaste do Rolamentos por Ferrografia e Ferrometria

Avarias em rolamentos são causas comuns de falhas em máquinas e equipamentos industriais. Portanto, é importante a aplicação de técnicas que permitam a deteção e a identificação do problema o mais cedo possível a fim de evitar a destruição do rolamento e consequente paragem da máquina. Logo, o processo de monitorização do estado dos rolamentos deve receber uma atenção especial no plano de manutenção de qualquer indústria. Este trabalho tem, assim, como principal objetivo a caracterização das partículas de desgaste provenientes de rolamentos através da análise dos seus lubrificantes por ferrometria e ferrografia analítica. Estas técnicas permitem identificar e caracterizar as várias partículas de desgaste presentes numa amostra de lubrificante, permitindo não só avaliar o grau de severidade do desgaste mas também identificar o tipo de desgaste predominante (fadiga, abrasão, corrosão,etc.), e até identificar os diferentes materiais das partículas que se podem associar a componentes específicos com falhas. A criação de uma base de dados para armazenar os resultados, os comentários e as informações mais importantes obtidos nos ensaios experimentais, assim como a análise de alguns casos práticos, foram também realizados no âmbito deste trabalho. Para desenvolver um conhecimento mais profundo sobre as técnicas utilizadas foi importante fazer uma análise aos diversos tipos de rolamentos, a sua lubrificação e as causas e tipos principais de avarias encontradas.

Zustandsorientierte Instandhaltung und Teleservice für Schüttgut-Materialflusssysteme

Condition based maintenance, teleservice, materials handling equipment

Nosturivaihteiden kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen värähtelymittauksia käyttäen

Työssä selvitettiin värähtelymittauksien käyttömahdollisuuksia nosturivaihteiden ennakoivassa kunnonvalvonnassa. Työ on painottunut lähinnä värähtelymittausten mittaus- ja analyysiteknisten näkökohtien tarkasteluun ja toimii niiltä osin al-kuselvityksenä värähtelymittauspohjaisen kunnonvalvontajärjestelmän luomiselle. Kirjallisuuden mukaan yleisimpiä ja käyttökelpoisimpia värähtelyanalyysejä vaihteistojen kunnonvalvonnassa ovat spektri-, kepstri-, ja demodulointitekniik-kaan perustuvat analyysit, joita kokeiltiin vauriokokeilla. Työssä käsitellään myös iskusysäysmenetelmää ja aikatason tunnuslukuja. Vauriokokeilla saatiin tietoa hammasvaurioiden havaitsemisesta värähtelymittauksilla, mutta laakerivaurioista kaivataan sen sijaan vielä lisää tietoa. Hammasvaurioiden tarkastelussa spektri-analyysin ohella PeakVue -analyysi osoittautui tehokkaaksi, kun siinä käytettiin sopivaa suodatusaluetta. Lisäksi työhön on koottu kokemuksia nosturivaihteiden käytännön värähtelymittauksista ja annettu ohjeita niiden suorittamisesta. Työn tulokset osoittavat, että värähtelymittauspohjaisella kunnonvalvontajärjes-telmällä voidaan parantaa nostovaihteiden ennakoivaa kunnonvalvontaa. Nosto-vaihteiden värähtelymittauksia kannattaa siis ehdottomasti jatkaa ja kunnonval-vontajärjestelmää edelleen kehittää. Siirtovaihteiden valvonta värähtelymittauksilla on sen sijaan hankalaa niiden epävakaan kuormitustilan vuoksi.

Venttiilien kunnossapidon optimointi

Tässä työssä tarkastellaan venttiilien kunnossapitoa ja erityisesti niiden kunnonvalvontaa. Työssä on kerrottu perusteita venttiileiden kunnonvalvonnan suorittamiseksi, venttiili- ja toimilaitevikojen perussyistä ja niiden havaitsemisesta. Työn pääpaino on kuitenkin kunnonvalvontamenetelmissä ja niiden käytössä. Mittauksia venttiilivuodon havaitsemiseksi suoritettiin akustisen emission, ultraäänen ja lämpötilan pistemittauksen avulla. Venttiilien yleistä kuntoa määritettiin värähtelyn, venymäliuskojen ja laitoksella jo toimivan moottoritoimilaitteen virtamittauksen avulla. Työssä on annettu suuntaviivat tulosten tulkitsemiselle, mutta yksityiskohtainen ja tarkempi tulosten tulkinnan määrittäminen jätetään laitoksen henkilökunnasta sille henkilölle joka mittauksia tulee tekemään tai jonka työnkuvaan muuten kuuluu kyseisten tulosten tulkitseminen.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

Radio Frequency Measurement Method for Detecting Bearing Currents in Induction Motors

Induction motors are widely used in industry, and they are generally considered very reliable. They often have a critical role in industrial processes, and their failure can lead to significant losses as a result of shutdown times. Typical failures of induction motors can be classified into stator, rotor, and bearing failures. One of the reasons for a bearing damage and eventually a bearing failure is bearing currents. Bearing currents in induction motors can be divided into two main categories; classical bearing currents and inverter-induced bearing currents. A bearing damage caused by bearing currents results, for instance, from electrical discharges that take place through the lubricant film between the raceways of the inner and the outer ring and the rolling elements of a bearing. This phenomenon can be considered similar to the one of electrical discharge machining, where material is removed by a series of rapidly recurring electrical arcing discharges between an electrode and a workpiece. This thesis concentrates on bearing currents with a special reference to bearing current detection in induction motors. A bearing current detection method based on radio frequency impulse reception and detection is studied. The thesis describes how a motor can work as a “spark gap” transmitter and discusses a discharge in a bearing as a source of radio frequency impulse. It is shown that a discharge, occurring due to bearing currents, can be detected at a distance of several meters from the motor. The issues of interference, detection, and location techniques are discussed. The applicability of the method is shown with a series of measurements with a specially constructed test motor and an unmodified frequency-converter-driven motor. The radio frequency method studied provides a nonintrusive method to detect harmful bearing currents in the drive system. If bearing current mitigation techniques are applied, their effectiveness can be immediately verified with the proposed method. The method also gives a tool to estimate the harmfulness of the bearing currents by making it possible to detect and locate individual discharges inside the bearings of electric motors.