Revista o electricista

Solução de sensores de vibração IIoT u-sense da Weidmüller

Solução de sensores de vibração IIoT u-sense da Weidmüller

Para monitorizar as condições das máquinas com uma solução de sensor inteligente, a Weidmüller desenvolveu o sensor u-sense de vibração IIoT. O sensor de vibração compacto foi projetado como uma solução IIoT que é rápida e fácil de atualizar, especialmente para bombas e acionamentos de operação contínua.

Graças a uma fonte de alimentação por bateria, transmissão de dados wireless e proteção IP66 e IP67, a vibração u-sense é ideal para o reequipamento no campo. Com o Weidmüller Gateway IoT-GW30, os dados recebidos pelo sensor podem ser temporariamente armazenados, visualizados e transferidos para uma cloud ou sistema de TI local.

Componentes e arquitetura do sistema

A solução do sensor de vibração u-sense consiste principalmente em 3 componentes:

Sensor de vibração

O sensor inteligente de última geração não requer nenhuma cablagem e regista a vibração e a temperatura da superfície do objeto medido. A medição é descontínua, em intervalos de 10 minutos ou 1 hora, ou num intervalo especial de 10 segundos. A transmissão de dados ocorre via Bluetooth Low Energy 5.0. As baterias de lítio são usadas como fonte de alimentação. Graças ao uso de transmissão de dados com economia de energia, as baterias só necessitam de ser substituídas a cerca de cada 2 anos, dependendo do uso.

Gateway IoT GW30

O gateway IoT multifuncional GW30 garante uma conexão de ponta a ponta do sensor para a cloud. E também permite que os dados da máquina sejam recolhidos e pré-processados no dispositivo, sendo colocado perto do sensor de vibração. Fora do armário de controlo, pode ser integrado num invólucro FieldPower®. O gateway pode ser usado de forma flexível em qualquer local graças à conexão wireless 4G.

Grande flexibilidade com conectividade multifuncional

Para oferecer uma flexibilidade máxima com integração à infraestrutura existente, a vibração u-sense oferece várias opções de conexão.

O gateway GW30 pode enviar dados para a rede via LAN ou LTE, enquanto uma interface RS485 é fornecida para transmissão de dados via Modbus RTU em sistemas de automação local. Os dados podem ser encaminhados para um sistema em cloud ou mesmo para uma plataforma local para processamento e análise.

Protocolos comuns e seleção da plataforma de destino

A plataforma IoT aberta Node-RED foi integrada de fábrica para processamento de dados no gateway GW30, o que torna possível programar aplicativos internos, enquanto as funções existentes na grande comunidade Node-RED também podem ser usadas. Os dispositivos de campo são acedidos e controlados usando protocolos estabelecidos globalmente, como MQTT (via LAN ou LTE), Modbus RTU/TCP (via interfaces seriais/LAN), OPC UA ou RFC1006. Isto facilita a conexão com os sistemas existentes e aumenta a flexibilidade do sistema.

Qualquer plataforma de destino pode ser usada para processar ainda mais os dados. Não há necessidade de usar um determinado sistema de TI ou cloud, o que evita dependências de fornecedores. Os seguintes conceitos de plataforma de destino estão disponíveis dependendo dos requisitos:

Cloud pública

São ofertas de um fornecedor que disponibiliza abertamente os seus serviços via Internet, o que inclui os serviços dos principais fornecedores como Microsoft ou AWS.

Cloud privada/sistema local

São soluções em cloud específicas da empresa que são operadas com uma infraestrutura interna. Estão disponíveis exclusivamente para os funcionários da própria empresa e geralmente são usados para proteção de dados ou segurança de TI.

Cloud híbrida

Estas são combinações de sistemas de cloud pública e privada. Alguns aplicativos e dados são geridos por fornecedores públicos, enquanto outros aplicativos e dados permanecem na empresa. Esta distribuição é baseada em critérios como proteção de dados, desempenho, transmissão de dados ou estrutura de custos.

Cloud comunitária

Trata-se de infraestruturas cloud que são simultaneamente utilizadas ou disponibilizadas por várias empresas. Estes permitem que os funcionários da empresa acedam, em conjunto, a determinados dados e serviços, como por exemplo parte de um projeto.

Weidmüller easyConnect

A plataforma IIoT baseada na cloud Weidmüller easyConnect permite a integração perfeita de vários dispositivos compatíveis com IoT e serviços de software. Os dados podem ser recolhidos, processados e usados para processos de valor agregado num único local. Como um sistema aberto e modular que pode ser usado sem nenhum conhecimento prévio, o easyConnect é adequado para casos de utilizações individuais.

Weidmüller Industrial AutoML

O Weidmüller AutoML oferece suporte à análise avançada de dados e à fácil otimização dos processos operacionais. A ferramenta baseada em IIoT permite que especialistas em máquinas ou processos criem e operem os seus próprios modelos de aprendizado de máquina sem nenhum conhecimento da ciência de dados. O Weidmüller AutoML pode ser combinado com outras plataformas.

Operações do sensor

A vibração do u-sense faz medições descontínuas em intervalos definidos de 10 minutos ou 1 hora com uma duração de bateria de mais de 2 anos. Um intervalo mais curto de 10 segundos pode ser definido para configurar o sistema de medição ou para investigações específicas, caso em que a vida útil da bateria é reduzida para cerca de 2 meses. A medição ocorre como uma varredura com uma taxa de 6,6 kHz e uma duração de 1 segundo. A série de medição registada é processada no sensor.

São determinados os indicadores de banda larga, como a velocidade de vibração efetiva v.RMS para a gama de frequência de 10 a 1000 Hz e o espetro de aceleração na gama de frequência de 10 a 3300 Hz é calculado usando a Fast Fourier Transformation. O detetor tridimensional suporta medição e análise em todas as 3 dimensões. Os resultados da medição são encaminhados para o gateway via Bluetooth®, de onde os dados são transmitidos para a plataforma de destino selecionada.

Conceito abrangente de segurança cibernética

A utilização da IIoT aumenta a exposição da empresa ao cibercrime. A segurança cibernética é, por isso, um aspeto muito importante para evitar danos, falhas na instalação e perda de dados ou roubos como
resultado de ataques cibernéticos. Por um lado, a responsabilidade pela segurança cibernética passa pelas operadoras porque estas necessitam de garantir que o hardware (sensores e gateway) esteja protegido do acesso físico de terceiros. Mas, por outro lado, o sistema de medição de vibração u-sense IIoT suporta a segurança cibernética com os seguintes mecanismos de segurança:

No sensor

  • O início de funcionamento só é possível com software certificado;
  • As atualizações de firmware wireless só são possíveis com software certificado.

Para a transmissão do sensor para o gateway

  • O link entre o sensor e o gateway é protegido por um PIN;
  • Comunicação Bluetooth® criptografada e autenticada

No gateway

  • Apenas é possível o acesso autorizado através do nome de utilizador e senha;
  • Conexão à cloud protegida pelos mecanismos de segurança da respetiva plataforma.

Na cloud

  • Controlos de acesso e medidas de segurança do sistema ou serviço em cloud.

Sensores de vibração em várias aplicações

Os sensores de vibração fornecem um valor agregado numa variedade de aplicações diferentes. Os sensores de vibração por bateria, como a vibração u-sense, são ideais para a modernização de instalações já existentes cujas condições não foram monitorizadas anteriormente ou apenas de forma esporádica e manual.

A medição de intervalo torna o sensor na solução perfeita para máquinas com um funcionamento amplamente contínuo, como bombas, ventiladores ou compressores, como são usados em sistemas de ventilação, empresas de serviços públicos ou na indústria de processo.

A interoperabilidade do gateway permite que a vibração u-sense seja combinada com várias ferramentas de aquisição, análise e avaliação.

Manutenção preditiva na Weidmüller Electroplating

A área de produção da Weidmüller utiliza, com sucesso, diferentes tipos de monitorização de condições para otimizar processos e evitar paragens prolongadas. Um exemplo é a galvanoplastia com instalações com um grande número de bombas, ventiladores e compressores em operação contínua, que são constantemente monitorizados para manutenção preditiva.

Para isso, os sensores são instalados nas máquinas e os valores medidos são armazenados num banco de dados na cloud. Os valores atuais e históricos das máquinas são claramente exibidos em painéis para que a equipa de manutenção possa ser informada sobre a condição das máquinas através de um navegador web. Além disso, um alarme é enviado por email caso seja excedido um valor limite. Os limites individuais podem ser definidos para cada máquina.

Exemplo – bombas: dados sobre vibração e temperatura são recolhidos nas bombas e transmitidos ao nível do sistema para avaliação. Por exemplo, isso torna possível detetar vibrações incomuns que indicam danos incipientes no rolamento. A precisão das análises e mensagens pode ser otimizada por modelos de aprendizagem de máquina (AutoML). A solução pode ser transferida para outros sistemas de bombeamento.

Exemplo – compressores: a condição dos compressores nos sopradores de canal lateral é monitorizada pela vibração u-sense com os gateways GW30. Danos iminentes são detetados no início com base na análise de vibração. A solução é adequada para todos os tipos de compressores industriais.

Exemplo – ventiladores de teto: para a manutenção preditiva, os ventiladores de teto são monitorizados continuamente com vibração u-sense (análise de vibração). Os dados são avaliados com aplicativos de IA do portefólio Industrial Analytics da Weidmüller. O princípio da solução inteligente pode ser transferido para sistemas de aquecimento e ventilação industriais.

O exemplo do ventilador de teto mostra como danos incipientes até à quebra das correias de transmissão podem ser monitorizados com o u-sense. Neste caso, os resultados da monitorização são deliberadamente ignorados para analisar a curva de erro.

O painel de monitorização mostra as vibrações do ventilador com as variáveis medidas vrms_x, vrms_y, vrms_z ao longo do tempo. No dia 23 de fevereiro de 2023, às 23:57 ocorreu um sinal de vibração curto e forte do ventilador Q28D, depois do qual os sinais estão abaixo do nível de funcionamento normal. Um exame ao ventilador revelou a falha devido a uma rutura de toda a unidade (ventilador). Uma análise dos sinais durante um longo período de tempo mostra o aumento dos sinais ao longo de 4-5 semanas acima dos valores limite da ISO 10816. Além da altura dos valores há também uma variação crescente nos valores medidos. Com o sistema de sensor IIoT, as falhas iminentes de vibração do ventilador podem ser claramente detetadas num estágio inicial.

Projetos de monitorização de condições na Yncoris

O fornecedor de serviços industriais Yncoris é especializado no planeamento, construção e manutenção de instalações industriais e infraestruturas industriais. Nos últimos anos, a empresa equipou as instalações iniciais com sistemas de monitorização de condição que usam soluções de sensores de vibração Weidmüller.

Exemplo – sistemas de bombas e agitadores: para garantir a fiabilidade das bombas de arrefecimento e agitadores, a Yncoris usa a solução de sensor de vibração Weidmüller u-sense com o gateway GW30. No campo, o gateway é p rotegido c ontra influências ambientais por uma Weidmüller FieldPower Box. Além de ferramentas de avaliação personalizadas, a Yncoris também oferece serviços adicionais personalizados. A solução de monitorização de condição pode ser transferida para parques químicos e instalações de processo.

Conclusão

A análise de vibração com soluções de sensor IIoT, como a vibração Weidmüller u-sense, é ideal para monitorizar a condição das máquinas e permitir a manutenção preditiva. As soluções associadas já estão a ser utilizadas, com sucesso, e também podem ser facilmente adaptadas nas instalações já existentes. Isso suporta uma redução nos tempos de inatividade, o agendamento mais eficiente das atividades de manutenção e usa dados para gerar valor agregado genuíno.

Weidmüller – Sistemas de Interface, S.A.
Tel.: +351 214 459 191 · Fax: +351 214 455 871
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