Sensor installation

-

Steeds meer bedrijven onderzoeken de mogelijkheden om onderhoud aan assets zoals motoren en pompen uit te voeren op basis van de conditie van deze assets. Wanneer de onderhoudsmanager inzicht heeft in de realtime conditie van een machine, kan hij zijn onderhoudsstrategie hierop afstemmen.

Om de conditie van de assets te achterhalen, wordt gebruik gemaakt van sensoren. Sensoren verzamelen data van allerlei aard. Denk bijvoorbeeld aan velocity sensoren die vibraties monitoren of accelerometers voor trillingsmetingen. Voor iedere toepassing of applicatie zijn meerdere typen en varianten op de markt, de een al robuuster, nauwkeuriger of gevoeliger dan de ander. De gemene deler van de meeste sensoren: ze moeten in of op een machine worden bevestigd om metingen te kunnen doen.

Een andere, vrij nieuwe methode is om de toestand van de machine te achterhalen door middel van een sensormodule die een hoge frequentie op de kabels van motoren of pompen meet. Een afwijking in de stroomtoevoer kan duiden op een mechanisch dan wel elektronisch probleem aan de asset zelf. Trillingen verstoren bijvoorbeeld het elektromagnetische veld in een elektromotor, wat is af te lezen in de data die de stroom genereert. Zo heeft iedere faaloorzaak een specifieke signatuur of vingerafdruk van falen die in de stroom of spanning kan worden gemeten.

Het is een andere methode van meten, met eenzelfde doel: conditiemonitoring. Een groot verschil met andere methodes is de plaats waar de meting plaatsheeft. Meet men de stroom, dan hoeft deze meting niet noodzakelijk in of bij de asset worden gemeten. Metingen kunnen plaatsvinden in de schakelkast. Het plaatsen van sensormodules in een schakelkast en niet in het veld, kan bedrijven een aantal voordelen opleveren.

Externe factoren en robuustheid sensoren

Sensoren in het veld zijn onderhevig aan de omstandigheden die ter plekke heersen. In de foodsector is men bijvoorbeeld gebonden aan strikte hygiëne- en kwaliteitseisen. Hier zullen ruimtes, oppervlakten en materialen vaker worden gereinigd. De equipment, en dus ook de sensoren, moeten bestand zijn tegen water of een hoge vochtigheidsgraad.

In andere sectoren zijn externe factoren zoals extreem hoge of lage temperaturen, wind, stof, enzovoort mogelijk aanwezig. Dit kan leiden tot problemen wanneer sensoren niet voldoende robuust zijn. Want een sensor die defect is, levert geen betrouwbare data. Sensormodules gemonteerd in een schakelkast, bevinden zich in een vrij stabiele, geconditioneerde, droge ruimte. Ideale omstandigheden om sensoren hun werk te laten doen.

Energiebron

Om informatie te verzamelen en te versturen worden sensoren voorzien van een energiebron. In het verleden gebeurde dit via kabels. Het aanleggen van kabels is echter een tijdrovende en dure aangelegenheid. De laatste jaren hebben draadloze sensoren enorm aan terrein gewonnen. Deze sensoren werken meestal op batterijen. Afhankelijk van het type sensor en de toepassing zal een batterij snel of minder snel leeg zijn. Een keer per dag of iedere vijftig millisconden gegevens versturen is een groot verschil. Wanneer batterijen leeg zijn, zal een monteur deze moeten vervangen want met een lege batterij, geen data.

Een oplossing hiervoor, is energy harvesting, een proces waarbij energie (bijvoorbeeld warmte) uit de directe omgeving wordt onttrokken om de sensor van energie te voorzien. Dit is momenteel nog niet met alle sensoren of in alle situaties mogelijk. Bij sensormodules die in een schakelkast zijn geplaatst, speelt het energieprobleem niet. In een schakelkast kan een sensormodule eenvoudig op het net worden aangesloten.

Installatievoordelen

Een derde voordeel van sensormodules in een schakelkast heeft te maken met installatievoordeel. Motoren of assets waarvan men de conditie wil meten, staan vaak op meerdere locaties verspreid. Tussen motoren van bijvoorbeeld een transportband bij een bagage-afhandelingssysteem is er een enorme afstand. Wil je op iedere afzonderlijke motor sensoren aanbrengen, dan neemt dit veel installatietijd in beslag.

Sensoren op de juiste plek in de asset aanbrengen, is bovendien niet altijd eenvoudig. De positie van bepaalde sensoren luistert heel nauw terwijl andere sensoren juist op moeilijk bereikbare plekken moeten worden geplaatst. Denk aan motoren die zijn geïntegreerd in grotere machines.

Op weer andere locaties is er mogelijk sprake van een ATEX-omgeving. Sensoren zullen hier aan bepaalde ATEX-voorwaarden moeten voldoen. Ook de installatie van de sensoren zelf in deze omgeving vereist extra maatregelen. Het installeren van sensoren in het veld is daardoor vaak moeilijk, omslachtig of duur.

Bij sensormodules in schakelkasten spelen bovengenoemde issues niet. De stroomvoorziening van meerdere assets komt samen op één centrale plek, de schakelkast. Deze wordt indien mogelijk altijd buiten een potentieel explosieve omgeving geplaatst en moet altijd toegankelijk of eenvoudig bereikbaar zijn. De installatiekosten- en tijd kunnen hierdoor enorm worden teruggebracht.  Veel voorbereidingen zoals kabels trekken kunnen bovendien offline gebeuren, waardoor installaties slechts voor een korte periode buiten gebruik moeten worden gesteld.

In de praktijk

Kaak Group, producent van machines voor de bakkerij-industrie en opslagbedrijf Vopak Vlaardingen hebben gekozen voor de optie om te werken met een sensormodule in de schakelkast. Marcel Kool, maintenance manager van Vopak en Marcel Trapman, teamleider iBakeware dat software voor industrie 4.0 bouwt, geven hun bevindingen.

Vopak Vlaardingen

Marcel Kool, Maintenance Engineer bij Vopak: ‘Vopak Vlaardingen slaat producten die per zeeschip binnenkomen tijdelijk op in opslagtanks. Vervolgens wordt het product in trucks of lichtere binnenvaartschepen verder gedistribueerd. Zo’n tweehonderd pompen zorgen op deze locatie voor de verlading. Voor ons is het belangrijk onze equipment beter te monitoren zodat we de service richting klanten kunnen verhogen. We willen de voorspelbaarheid van het onderhoud vergroten.’ Vopak Vlaardingen heeft ervoor gekozen om sensoren niet op de pompen zelf te installeren, maar centraal in een schakelkast. Kool: ‘De pompen zijn niet ver van elkaar gepositioneerd, maar ze zijn wel geïsoleerd waardoor je er niet direct bij kunt, mocht je een sensor willen aanbrengen. ATEX was op onze locatie geen issue, maar zou op andere locaties wel een extra factor zijn waarmee rekening moet worden gehouden.’

Installatie

Vopak is gestart met een pilot op tien pompen. ‘De installatie van de sensormodules in de schakelkast verliep vrij soepel. Er waren geen bijzondere procedures vereist wat veel installatievoordeel heeft opgeleverd. Na het installeren van de modules volgde een periode waarin de machine learning programma’s werden ingewerkt en een nulmeting werd gedaan, een soort uitgangspositie van de pomp.

Vrijwel meteen na deze fase hebben we op basis van de data twee indicaties ontvangen. Het dashboard gaf aan dat er sprake was van een bijna falende pomp. Monteurs hebben deze twee pompen in het veld onderzocht en wat het systeem aangaf, bleek overeen te komen met de bevindingen in het veld. Hierdoor is het vertrouwen in het systeem gegroeid, wat zeker perspectief biedt voor de toekomst.’ Of een uitbreiding naar alle tweehonderd pompen zal gebeuren, is nog te vroeg om te beslissen. ‘We zijn momenteel uitvoerig de betrouwbaarheid en werking van het systeem aan het testen. In een volgende fase kijken we naar het businessmodel, of het voldoende rendabel is om op deze manier de service naar onze klanten te vergroten.’

Een aantal pompen zijn wellicht niet helemaal geschikt voor deze methode. ‘De pompen die we voor de pilot hebben geselecteerd, draaien regelmatig. Een klein aantal pompen op het terrein gebruiken we  slechts sporadisch. Bij deze pompen zou het inleren wat langer duren, gewoonweg door het feit dat ze zo weinig worden gebruikt. Mocht je een businessmodel loslaten op deze pompen, dan is de uitkomst wellicht dat het niet voldoende rendabel is om deze te monitoren, welke sensortechniek je ook kiest. Voor het merendeel van de pompen is conditiemonitoring wel een te overwegen optie.’

Kaak Group

Kaak Group heeft eveneens voor de sensormodule in de schakelkast gekozen. Marcel Trapman is teamleider bij iBakeware, dat software bouwt voor het monitoren en analyseren van de bakkerijlijn en het bakproces: ‘Onze bakkerijlijnen die bij klanten staan, bestaan uit een combinatie van een aantal machines. Er bevinden zich in deze lijnen kritische, grote motoren die op klantspecificatie zijn gebouwd. Gaat zo’n motor op een bepaald moment kapot, dan betekent dit dat de lijn moet worden stilgezet en een levering mogelijk niet kan worden gedaan. Om een lange stilstand te voorkomen, moet een reservemotor op voorraad worden gelegd. Dit is te  voorkomen door motoren te monitoren met behulp van sensoren. Wanneer een afwijking is geconstateerd, kan tijdig een inspectie worden uitgevoerd, kunnen reserveonderdelen worden besteld en kan onderhoud worden ingepland.’

De bakkerijlijnen bevatten momenteel veel verschillende typen sensoren en kunnen maar kunnen, op verzoek van de klant, voorzien worden van optionele sensoren. Een voorbeeld van zo’n optionele sensor is die van Semiotic Labs. ‘We willen de klant op een later moment de keuze kunnen geven of hij aan de hand van data en sensoren de motoren wil monitoren. Voor ons is daarom de mogelijkheid om achteraf op een vrij eenvoudige manier sensoren te plaatsen van groot belang. We hoeven met de sensormodule in de schakelkast überhaupt niet bij de motor te komen. Wij zien het dan ook als toegevoegde waarde voor de klant om het vrij eenvoudig achteraf in te kunnen bouwen. Daarom hebben we voor dit type systeem gekozen.’

Wilt u weten of sensoren in de schakelkast ook voor u toegevoegde waarde hebben? Bekijk onze oplossing, volg ons op LinkedIn of plan een belafspraak.