Ekonomiczny moduł pomiaru drgań
Pomiar wibracji – inżynierom spoza wąskiego grona branżowców – nierzadko kojarzy się dość egzotycznie.
W dobie wszechobecnej cyfryzacji zagadnienie to nie tylko wymaga powrotu do zamierzchłych wydawałoby się czasów techniki analogowej, ale zahacza również o szeroko rozumianą teorię sygnałów. Badamy bowiem zjawiska mechaniczne za pomocą zaawansowanych i zawiłych metod matematycznych. Tu często kończy się intuicja inżynierska i po prostu należy zdać się na specjalistyczną wiedzę.
W praktyce takie analizy często zleca się wyspecjalizowanym firmom, które przygotowują kompletne raporty. Oczywiście za takie raporty trzeba zapłacić, ale wszędzie tam, gdzie szczegółowe badanie wibracji z punktu widzenia utrzymania ciągłości procesu produkcyjnego jest najskuteczniejszym narzędziem diagnozy, nie powinno być miejsca na podejście budżetowe.
Sytuacja zmienia się, gdy zależy nam na zgrubnej analizie poprawności pracy napędów czy całych maszyn, szczególnie w przypadku instalacji o dużym rozproszeniu przestrzennym, np. sieci pompowni branży wodno-kanalizacyjnej czy rozbudowanych parkach maszynowych przemysłu ciężkiego. W takich przypadkach można zrezygnować z części informacji otrzymywanych ze skomplikowanych analiz widmowych (które naturalnie wymagają i wiedzy, i czasu), a ograniczyć się jedynie do kluczowego parametru – średniej kwadratowej prędkości drgań wyrażonej w mm/s.
Dlaczego właśnie Vrms?
Ponieważ z fizycznego punktu widzenia jest ona jednym z najbardziej reprezentatywnych parametrów niszczącej siły drgań, o czy mówi wprost norma ISO 10816-3. Pomiar średniokwadratowej prędkości drgań szerokopasmowych jest od lat uważany za bardzo skuteczny sposób postępowania. I tu przechodzimy do sedna, czyli modułu pomiaru wibracji będącego uzupełnieniem automatyki WAGO. Za jego pośrednictwem możemy zmierzyć Vrms i odnieść to wprost do normy określającej, jakie wartości są dopuszczalne dla zdefiniowanych typów maszyn. Norma oczywiście stanowi pewną referencję, gdyż nic nie stoi na przeszkodzie, aby rejestrować trendy i dokonywać ich autorskich analiz. Jak to natomiast wygląda od strony czysto praktycznej? Poniżej schemat najprostszego zestawu realizującego pomiar drgań.
Zestaw składa się z dowolnego, swobodnie programowanego sterownika oraz modułów rozszerzeń, realizujących sam pomiar drgań. Sygnał analogowy jest generowany w czujniku przyspieszenia (750-925) instalowanym na badanej maszynie. Następnie przesyłany jest do modułu pomiaru wibracji (750-645), gdzie następuje próbkowanie, kwantowanie i przeliczanie na wartość Vrms. W efekcie, w programie sterownika PLC mamy do dyspozycji 12-bitową wartość Vrms z zakresu 0-100 mm/s. Pomiar ma charakter ciągły, więc jego analiza zależy tylko od naszej programistycznej pomysłowości. Możemy skorzystać z gotowych bibliotek odnoszących nas wprost do normy albo tworzyć interpretacje na bazie własnych doświadczeń. Wyniki można przesłać za pośrednictwem sieci Ethernet do dowolnego systemu nadrzędnego i tam również odpowiednio je przetwarzać. Poniżej plug-in przedstawiający graficzną prezentację pomiarów.
Oprócz Vrms, system VIB WAGO realizuje również pomiar kondycji łożysk metodą SPM. Umożliwia to odpowiednia konstrukcja samego czujnika (750-925), który w okolicach 30 kHz posiada własny rezonans. Pozwala to na selektywne wzmacnianie trudnych do wychwycenia drgań pochodzących z nieprawidłowej pracy łożysk tocznych. Mierzone wartości już w samym module porównywane są z wartościami referencyjnymi i wyrażone w dB. W ten sposób otrzymujemy dwa pomiary: wartości podkładu (szumu) oraz wartości szczytowych drgań. Pierwszy z nich mówi nam o poprawności smarowania, natomiast drugi o ewentualnych nieprawidłowościach pracy elementów tocznych łożyska, co wprost reprezentuje stan jego zużycia.
Niewątpliwą zaletą całej aplikacji jest jej elastyczność i skalowalność (sterownik PLC można doposażyć w kilkadziesiąt modułów rozszerzeń). Należy pamiętać, że dedykowany moduł pomiaru wibracji jest niejako uzupełnieniem wielozadaniowego systemu automatyki. Dlatego też z ekonomicznego punktu widzenia korzystnie jest oprzeć „klasyczną” automatykę o swobodnie programowalny system WAGO I/O, a doposażając go w zestawy modułu (750-645) i czujnika (750-925), uzyskać unikalną funkcjonalność pomiaru drgań. Poniżej przedstawiłem koncepcję kompletnego systemu. W tym przypadku realizujemy nie tylko pomiar drgań, temperatury, zużycia energii, ale również sterujemy pracą całego napędu. I tu właśnie zaczyna się prawdziwa przygoda z systemem automatyki WAGO!
Marek Piątkowski, WAGO.pl
