Mantenimiento predictivo de máquinas rotativas mediante vibración y lenguaje de cosas: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Las máquinas rotativas como turbinas eólicas, turbinas hidráulicas, motores de inducción, etc., enfrentan diferentes tipos de desgaste y rotura. La mayoría de estas fallas y desgaste son causados por vibraciones anormales en el dispositivo. Estas máquinas se utilizan a menudo para trabajos pesados y con un tiempo de inactividad mínimo. Las principales fallas que ocurren en estos son las siguientes

• Fuerzas radiales y tangenciales irregulares.
• Comportamiento mecánico irregular.
• Fallas en los rodamientos, fallas en la barra del rotor y en el anillo terminal en caso de inducción en jaula de ardilla
• Fallas del estator del motor y excentricidad del entrehierro en los rotores.

Estas vibraciones irregulares pueden resultar en una degradación más rápida de la máquina. Ruidos y pueden afectar el comportamiento mecánico de la máquina. El análisis de vibraciones de maquinaria y el mantenimiento predictivo proporcionan un examen detallado de la detección, ubicación y diagnóstico de fallas en maquinaria rotativa y alternativa mediante el análisis de vibraciones. En este Instructable usaremos un sensor de vibración inalámbrico para superar este problema. Estos sensores son sensores de grado industrial y se han implementado con éxito en muchas aplicaciones como análisis estructural de infraestructuras civiles, análisis de vibraciones de turbinas eólicas, análisis de vibraciones de turbinas hidráulicas. Visualizaremos y analizaremos los datos de vibración en Thing Speak. Aquí demostraremos lo siguiente.

• Sensores inalámbricos de vibración y temperatura.
• Análisis de vibraciones utilizando estos sensores.
• Recopilación de datos mediante un dispositivo de puerta de enlace inalámbrica
• Envío de datos de vibración a la plataforma Thing Speak IoT mediante la API Thing Speak MQTT.

Paso 1: Especificaciones de hardware y software

Especificación de software

• Una cuenta ThingSpeak
• IDE de Arduino

Especificación de hardware

• ESP32
• Sensor inalámbrico de temperatura y vibración
• Receptor Zigmo Gateway

Paso 2: Pautas para verificar la vibración en las máquinas giratorias

Como se mencionó en el último instructable "Análisis de vibración mecánica de motores de inducción". Hay ciertas pautas que se deben seguir para separar la falla y la vibración de identificación de fallas. Para el breve número de revoluciones, la frecuencia es uno de ellos. Las frecuencias de velocidad de rotación son características de diferentes fallas.

• 0.01g o menos - Excelente estado - La máquina está funcionando correctamente.
• 0,35 go menos - Buen estado. La máquina está funcionando bien. No se requiere ninguna acción a menos que la máquina sea ruidosa. Puede haber una falla de excentricidad del rotor.
• 0,75 go más - Estado rudo - Es necesario comprobar el motor; puede haber un fallo de excentricidad del rotor si la máquina hace demasiado ruido.
• 1g o más - Estado muy difícil - Puede haber una falla grave en un motor. La falla puede deberse a una falla en el rodamiento o al doblado de la barra. Compruebe el ruido y la temperatura
• 1,5 go más - Nivel de peligro - Necesita reparar o cambiar el motor.
• 2.5 go más - Nivel severo - Apague la maquinaria inmediatamente.

Paso 3: obtener los valores del sensor de vibración

Los valores de vibración que obtenemos de los sensores están en milis. Estos constan de los siguientes valores.

Valor RMS: valores cuadráticos medios a lo largo de los tres ejes. El valor de pico a pico se puede calcular como

valor pico a pico = valor RMS / 0,707

• Valor mínimo: valor mínimo a lo largo de los tres ejes
• Valores máximos: valor de pico a pico a lo largo de los tres ejes. El valor RMS se puede calcular usando esta fórmula

Valor RMS = valor pico a pico x 0,707

Antes, cuando el motor estaba en buenas condiciones, obtuvimos valores de alrededor de 0,002 g. Pero cuando lo probamos en un motor defectuoso, la vibración que examinamos era de aproximadamente 0,80 ga 1,29 g. El motor defectuoso se sometió a una gran excentricidad del rotor. Entonces, podemos mejorar la tolerancia a fallas del motor usando los sensores de vibración.

Paso 4: Configurar Thing Speak

Para publicar nuestros valores de temperatura y humedad en la nube, utilizamos la API ThingSpeak MQTT. ThingSpeak es una plataforma de IoT. ThingSpeak es un servicio web gratuito que le permite recopilar y almacenar datos de sensores en la nube. MQTT es un protocolo común utilizado en los sistemas de IoT para conectar dispositivos y sensores de bajo nivel. MQTT se utiliza para pasar mensajes cortos hacia y desde un intermediario. ThingSpeak ha agregado recientemente un agente MQTT para que los dispositivos puedan enviar mensajes a ThingSpeak. Puede seguir el procedimiento para configurar el canal ThingSpeak de esta publicación

Paso 5: Publicar valores en la cuenta ThingSpeak

MQTT es una arquitectura de publicación / suscripción que se desarrolló principalmente para conectar dispositivos con ancho de banda y con limitaciones de energía a través de redes inalámbricas. Es un protocolo simple y liviano que se ejecuta sobre sockets TCP / IP o WebSockets. MQTT sobre WebSockets se puede proteger con SSL. La arquitectura de publicación / suscripción permite que los mensajes se envíen a los dispositivos del cliente sin que el dispositivo tenga que sondear continuamente el servidor.

Un cliente es cualquier dispositivo que se conecta al corredor y puede publicar o suscribirse a temas para acceder a la información. Un tema contiene la información de enrutamiento del intermediario. Cada cliente que quiere enviar mensajes los publica sobre un tema determinado, y cada cliente que quiere recibir mensajes se suscribe a un tema determinado.

Publicar y suscribirse con ThingSpeak MQTT

• Publicar en canales de noticias de canal / "channelID" / publish / "WriteAPIKey"

• Publicar en un campo en particular

  canales /

  "channelID" / publish / fields / "fieldNumber" / "fieldNumber"

• Suscríbete al campo del canal

  canales /

  "channelID" / subscribe / "formato" / "APIKey"

• Suscríbete al feed del canal privado

  canales /

  Canal ID

  / subscribe / fields / "fieldNumber" / "formato"

• Suscríbete a todos los campos de un canal. canales /

  "Canal ID"/

  suscribirse / campos /

  fieldNumber

  /"Clave API"

Paso 6: Visualización de los datos del sensor en ThingSpeak

Paso 7: Notificación por correo electrónico de alerta de vibración

Estamos utilizando subprogramas IFTTT para enviar notificaciones por correo electrónico al usuario con un informe meteorológico en tiempo real. Para obtener más información sobre la configuración de IFTTT, puede consultar este blog. Entonces, lo hemos implementado a través de ThingSpeak. Enviamos una notificación por correo electrónico al usuario cada vez que se produce un cambio de temperatura en una máquina. Activará una notificación por correo electrónico "Qué hermoso día". Todos los días alrededor de las 10:00 a.m. (IST) recibiremos una notificación por correo electrónico

Paso 8: Código general

El firmware de esta configuración se puede encontrar en este repositorio de GitHub