Co można odczytać z pomiaru prądu maszyny?

Pomiar prądu, często realizowany w sposób ciągły przez systemy monitoringu, staje się wskaźnikiem kondycji mechanicznej, stopnia zużycia podzespołów i efektywności operacyjnej (OEE, SEC). Z pomiaru prądu maszyny wynikają diagnostyka maszyn, efektywność oraz koszty energii.

Jak pomiar prądu pokazuje przeciążenie mechaniczne lub uszkodzenie łożysk?

Stały wzrost prądu skutecznego (IRMS) powyżej normy sygnalizuje np. zatarcie mechanizmów, brak smarowania lub zablokowanie linii. Uszkodzenia łożysk i przekładni pozwala wykryć zaawansowana analiza sygnatury prądu (MCSA). Wymaga ona zapisu prądu z odpowiednio wysoką częstotliwością i odpowiednio długiego okna pomiarowego, dlatego zależy od konfiguracji pomiaru.

Jak SensorIQ rozpoznaje stany pracy maszyny na podstawie prądu?

Algorytm na podstawie poboru prądu rozróżnia trzy stany: maszyna wyłączona (0 A), maszyna w gotowości lub na biegu jałowym (niski prąd) i maszyna pracująca pod obciążeniem (wysoki prąd). Pozwala to precyzyjnie mierzyć rzeczywisty czas pracy.

Jak z pomiaru prądu wykryć mikroprzestoje i policzyć cykle?

Każde uderzenie prasy, przejście ramienia robota czy cięcie piły generuje powtarzalny pik prądowy. Zliczanie pików pozwala określić liczbę wykonanych cykli lub produktów oraz wykryć mikroprzestoje niewidoczne dla operatora, bo brakujący pik oznacza mikroprzestój. W SensorIQ służy do tego m.in. raport wystąpień, który zlicza wystąpienia prądu w wybranym przedziale wartości.

Jak wykryć suchobieg i kawitację pompy na podstawie prądu?

Gwałtowny spadek poboru prądu, wynikający z braku oporu cieczy, oznacza suchobieg pompy, a chaotyczne skoki prądu to zjawisko niszczącej kawitacji. Próg alarmu ustawia się indywidualnie dla danej pompy.

Jakie wskaźniki energetyczne i kosztowe daje pomiar prądu?

SEC to ilość energii (kWh) potrzebna do wyprodukowania jednej sztuki produktu lub tony materiału i pozwala porównać zmiany lub partie surowca. PUE to stosunek całkowitej energii zużytej przez zakład do energii zużytej efektywnie na produkcję, a SensorIQ oblicza ten współczynnik. Są też koszt biegu jałowego, czyli energia i pieniądze marnowane przez maszynę pracującą na pusto, oraz koszt energetyczny przezbrojenia.

Jak działa pomiar prądu w SensorIQ?

Maszyna pobiera prąd kablem zasilającym, a czujnik prądu na kablu przekazuje pomiary do komputera pomiarowego SensorIQ, dalej do chmury i do panelu wizualizacyjno-raportowego. Zakres uzyskanych wskaźników zależy od konfiguracji dopasowanej do potrzeb klienta, a zaawansowany zakres analiz jest dostępny w planie ENTERPRISE.

Co oznacza wzrost, spadek lub nagły skok prądu maszyny?

Powolny wzrost prądu z tygodnia na tydzień oznacza, że narzędzie się tępi lub kończy się smarowanie, więc wymagany jest serwis. Częste i długie stany niskiego poboru prądu wskazują na problemy z logistyką wewnątrz zakładu, bo maszyna czeka na materiał. Nietypowy, nagły skok prądu rozruchowego oznacza zablokowanie mechaniczne lub zwarcie, czyli ryzyko awarii.

Jak inteligentnie mierzyć prąd w zakładzie produkcyjnym z użyciem SensorIQ

W kontekście maszyn oraz procesów produkcyjnych pomiar prądu, często realizowany w sposób ciągły przez systemy monitoringu, przestaje być tylko parametrem elektrycznym. Staje się wskaźnikiem:

kondycji mechanicznej
stopnia zużycia podzespołów
efektywności operacyjnej (OEE, SEC)

Z pomiaru prądu maszyny wynikają trzy grupy wskaźników: diagnostyka maszyn, efektywność i OEE oraz koszty energii — Z pomiaru prądu maszyny wynikają: diagnostyka maszyn, efektywność (OEE i SEC) oraz koszty energii. Schemat poglądowy

Tor pomiarowy: maszyna, na przykład pompa, jest zasilana kablem z czujnikiem prądu; czujnik przekazuje pomiary do komputera pomiarowego SensorIQ, dalej do chmury i do panelów wizualizacyjno-raportowych SensorIQ — Jak działa system SensorIQ (schemat poglądowy). Przykładowa maszyna (np. pompa) pobiera prąd kablem zasilającym; czujnik prądu na kablu przekazuje pomiary do komputera pomiarowego SensorIQ, dalej do chmury i do panelu wizualizacyjno-raportowego SensorIQ.

Najważniejsze wskaźniki produkcyjne i utrzymania ruchu, które otrzymujemy z pomiaru prądu, to obciążenie znamionowe, wskaźniki diagnostyki awarii (np. uszkodzeń łożysk), czasy cykli pracy oraz pośrednio wskaźnik OEE, SEC i PUE. Poniżej szczegółowy podział wskaźników na obszary.

Zakres uzyskanych wskaźników w systemie SensorIQ zależy od konfiguracji dopasowanej do potrzeb klienta. Zaawansowany zakres analiz jest dostępny w planie ENTERPRISE.

1. Diagnostyka maszyn i utrzymanie ruchu (Predictive Maintenance)

Prąd elektryczny silnika reaguje na każdy opór mechaniczny. Mierząc go, uzyskujemy:

Wskaźnik przeciążenia mechanicznego. Stały wzrost prądu skutecznego (I_RMS) powyżej normy sygnalizuje np. zatarcie mechanizmów, brak smarowania lub zablokowanie linii.

Stały wzrost prądu skutecznego powyżej normy. Schemat poglądowy
Wskaźnik kawitacji lub suchego biegu (dla pomp). Gwałtowny spadek poboru prądu (brak oporu cieczy) oznacza suchobieg pompy, a chaotyczne skoki to zjawisko niszczącej kawitacji. Próg alarmu ustawia się indywidualnie dla danej pompy.

Suchobieg pompy (gwałtowny spadek prądu) i kawitacja (chaotyczne skoki prądu). Schemat poglądowy
Wskaźnik uszkodzenia łożysk i przekładni. Zaawansowana analiza sygnatury prądu (MCSA, Motor Current Signature Analysis) pozwala wykryć wysoki poziom specyficznych harmonicznych prądu, który wskazuje na mikropęknięcia bieżni łożysk lub wyłamane zęby w przekładniach, zanim będą one widoczne gołym okiem. Taka analiza wymaga zapisu prądu z odpowiednio wysoką częstotliwością i odpowiednio długiego okna pomiarowego, dlatego zależy od konfiguracji pomiaru.

Uszkodzenie łożyska lub przekładni widoczne w widmie prądu jako prążki boczne wokół 50 Hz. Schemat poglądowy
Wskaźnik niewyważenia wirnika i asymetrii. Fluktuacje prądu w takt obrotów silnika (modulacja amplitudy) wskazują na skrzywienie wału lub niewyważenie elementów obrotowych.

Niewyważenie wirnika powoduje falowanie amplitudy prądu w takt obrotów. Schemat poglądowy

2. Efektywność produkcji i wskaźniki OEE

Monitorując profil prądowy maszyny, system monitoringu produkcji, taki jak SensorIQ, automatycznie wylicza kluczowe metryki:

Wskaźnik wykorzystania maszyn (dostępność). Algorytm na podstawie poboru prądu rozróżnia trzy stany: maszyna wyłączona (0 A), maszyna w gotowości lub na biegu jałowym (niski prąd) i maszyna pracująca pod obciążeniem (wysoki prąd). Pozwala to precyzyjnie mierzyć rzeczywisty czas pracy.

Trzy stany maszyny rozpoznane na podstawie poboru prądu. Pasek pokazuje rzeczywisty czas pracy, który rośnie tylko w stanie pracy. Schemat poglądowy
Licznik cykli i mikroprzestojów. Każde uderzenie prasy, przejście ramienia robota czy cięcie piły generuje powtarzalny „pik" prądowy. Ich zliczanie pozwala określić liczbę wykonanych cykli lub produktów oraz wykryć mikroprzestoje niewidoczne dla operatora. W SensorIQ służy do tego m.in. raport wystąpień, który zlicza wystąpienia prądu w wybranym przedziale wartości.

Każde uderzenie prasy to pik prądu. Licznik zlicza piki, a brakujący pik oznacza mikroprzestój niewidoczny dla operatora. Schemat poglądowy
Prędkość realizowania cyklu (wydajność). Analiza czasu trwania pojedynczego profilu prądowego pozwala stwierdzić, czy maszyna nie zwolniła tempa pracy, np. z powodu stępienia narzędzia skrawającego.

Stępione narzędzie wydłuża czas jednego cyklu i zwiększa obciążenie, co widać w profilu prądu. Schemat poglądowy

O tym, jak OEE przekłada się na wydajność, piszemy w artykule Jak zwiększenie OEE zwiększa wydajność.

3. Wskaźniki kosztowe i energetyczne (Green Manufacturing)

Jednostkowe zużycie energii SEC (Specific Energy Consumption). Ilość energii (kWh) potrzebna do wyprodukowania jednej sztuki produktu lub tony materiału. Pozwala porównać efektywność różnych zmian pracowniczych lub partii surowca.

SEC to energia w kWh przypadająca na jedną wyprodukowaną sztukę. Wskaźnik pozwala porównać zmiany lub partie surowca. Schemat poglądowy
Współczynnik PUE (Power Usage Effectiveness). Stosunek całkowitej energii zużytej przez zakład do energii zużytej efektywnie na produkcję. SensorIQ oblicza również ten współczynnik.

PUE to stosunek całkowitej energii zużytej przez zakład do energii zużytej efektywnie na produkcję. Im bliżej 1, tym mniej energii zużywanej poza produkcją. Schemat poglądowy, wartości przykładowe
Koszt biegu jałowego. Wskaźnik pokazujący, ile energii (i pieniędzy) marnuje maszyna, która pracuje „na pusto" podczas przerw lub oczekiwania na materiał.

Na biegu jałowym maszyna jest włączona i pobiera energię, ale nie produkuje. Koszt biegu jałowego rośnie tylko w czasie przerw i oczekiwania na materiał. Schemat poglądowy
Koszt energetyczny przezbrojenia. Pomiar energii zużywanej podczas testów i ustawiania maszyny pod nowy produkt.

Przezbrojenie między produktem A i B zużywa energię na testy i ustawianie, choć w tym czasie nie powstaje produkt. Schemat poglądowy

Więcej o kosztach energii piszemy w artykułach Jak SensorIQ pomaga oszczędzać energię i Jak wykonać raport marnotrawstwa.

Podsumowanie: jak to wygląda w praktyce?

Profil prądu maszyny	Co to oznacza dla produkcji?	Jak to wygląda na wykresie (schemat poglądowy)
Powolny wzrost prądu z tygodnia na tydzień	Narzędzie się tępi lub kończy się smarowanie (wymagany serwis).
Częste i długie stany niskiego poboru prądu	Problemy z logistyką wewnątrz zakładu (maszyna czeka na materiał).
Nietypowy, nagły skok prądu rozruchowego	Zablokowanie mechaniczne lub zwarcie (ryzyko awarii).

Chcesz zobaczyć, jak SensorIQ mierzy prąd na Twoich maszynach? Umów bezpłatną prezentację i zobacz SensorIQ na przykładzie danych z Twojej hali produkcyjnej. Pierwsze wiarygodne dane o pracy maszyn pojawiają się w panelu zwykle w ciągu kilku dni od montażu.