Basic Dynamic Signal Acquisition and Analysis for Machine Condition Monitoring

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2 Basic Dynamic Signal Acquisition and Analysis for Machine Condition Monitoring

3 Agenda Nozioni fondamentali per il monitoraggio di macchine Monitoraggio vibrazionale (verifica dello stato dei macchinari) Misure addizionali e risultati Nozioni di base

4 Definizione di monitoraggio di macchina Raccolta di informazioni meccaniche ed elettriche della macchina per analizzare i requisiti per la manutenzione predittiva - Gestione dei tempi morti Analisi predittiva dei guasti Costi operativi e di manutenzione più bassi Raccolta di informazioni interne al processo Analisi di processi statici come la temperatura Analisi di processi dinamici come le vibrazioni

5 Sorgenti di eccitazioni vibrazionali Mechanical Looseness Slot Frequency / EM related Bent Shaft Alignment Gears Unbalance Blade Pass / Fluid Related Sam Shearman Na tiona l Instrume nts Motor Mechanical Resonances Couplings Journal (Fluid Film) Bearings Rolling Element Bearings

6 Raccolta dei segnali Accel Y Accelerometer Bearing Mount Accelerometer Accel X Bearing

7 Acquisizione vibrazionale Vantaggi degli accelerometri Ampio range dinamico Ritornano direttamente un segnale proporzionale all accelerazione Velocità e spostamento sono calcolabili come misura indiretta Robustezza, ampio campo frequenziale, condizionamento built-in Cons: sensibili alla temperatura, al montaggio, cattiva risposta in bassa frequenza Atri trasduttori comuni per MCM con segnali dinamici Sonde di velocità Sonde di spostamento Tachimetri

8 Dinamica delle vibrazioni Metodologie di misura Statiche Analisi dei livelli Andamenti temporali Sogliatura ed allarmi Dinamiche FFT (Fast Fourier Transform) Analisi in ottave Analisi deli ordini

9 Monitoraggio del livello di vibrazione quadratico medio (RMS) RMS della vibrazione La somma di tutte le frequenze di vibrazioni Analisi: andamento temporale ed allarmi che indicano guasti imminenti Acquisizione dell RMS della vibrazione via I/O Distribuito PLC Schede di acquisizione dati

10 Misura dinamica delle vibrazioni Analisi dinamica: definizione di parametri (signature) vibrazionali e del concetto di forzante Necessità: elevata frequenza di campionamento Strumenti di analisi a disposizione FFT (Fast Fourier Transform) Analisi delle armoniche Analisi in ottave Spettro degli ordini

11 Elaborazione del segnale = trasformazione L analisi spettrale permette di superare la complessità di lettura nel dominio del tempo Rotation Blade Pass Time Domain Motor EM Force Power Spectrum

12 Segnali dinamici Come si caratterizza il più semplice segnale dinamico? Frequenza Pochi Hz a 45 KHz Ampiezza 60 db a 120 db Fase Critica nell analisi di segnali coerenti Sinusoide

13 Soluzioni DSA le ultime novità NI canali di ingresso (SE/PDI) PXI e cpci/pxi 24-bit A/D, 110 db dynamic range Campionamento da 1 khz a khz Condizionamento ICP attivabile via software Connessione diretta via SMB Campionamento simultaneo Filtri Anti Alias Sincronizzazione multi scheda e multi chassis Filter Response(dB) Analog Bessel Filter attenuates signals in band of interest Signal Bandwidth DSA Digital Filter vs. 8th Order Analog Bessel F Nyquist NI 4472 at ks/sec F Nyquist 150 ks/sec Frequency (Hz) Bessel, Fc=15 khz Bessel, Fc=22.5 khz Bessel, Fc=30kHz DSA Digital Filter

14 Elementi di un sistema MCM Trasduttori Acquisizione HW PCI/PXI/ CompactPCI PC Macchina Measurement & Automation SW

15 Demo Recap: caratterizzazione delle vibrazioni Caratterizzazioni tipiche delle vibrazioni RMS del livello vibrazionale Elaborazioni e rappresentazioni nel Dominio del tempo Dominio della frequenza Dominio degli ordini Misure collaterali di interesse Potenza Variabili di processo (temperatura, pressione, portata) Registrazione di sequenze di eventi

16 Le funzioni di Analisi di Misura in LabVIEW Ottimale per misure audio e vibrazionali standard Single tone Analisi in frequenza Spettro di potenza, spettro della FFT (Mag-Phase) Risposta in frequenza Analisi di distorsione THD, THD+Noise, SINAD

17 Order Analysis Toolset Fondamentale per misure su macchine rotanti Estrazione ed analisi degli ordini passopasso Impostazione dei livelli di energia per la selezione degli ordini personalizzabile dall utente Elaborazione di segnali tachimetrici Start-up kit

18 Sound and Vibration Toolset Per misure specifiche di segnali audio e vibrazionali Analisi in ottave Misura del livello sonoro SPL, Leq Curve di pesatura (A,B,C, custom) Waterfall display Zoom FFT Integrazione di segnali accelerometrici Velocità, spostamento Supporto per analisi multi-canale (WDT)

19 Configurazioni usuali PXI PC embedded Nodi remoti SCXI Supporto per una vasta gamma di schede DAQ SCC Piccolo spazio di occupazione FieldPoint Livelli RMS

20 Analisi della potenza elettrica I motori restituiscono variazioni del carico sottoforma di variazioni dell andamento del segnale elettrico Facilità di acquisizione grazie a sonde di corrente

21 Waterfall Plot,

22 Vantaggi delle piattaforme Computer-Based Performance Potere computazionale (vedi caso dell estrazione e dell analisi degli ordini) Velocità del bus del pc (trasferimento dati ed immagazinamento) Integrazione in reti (comunicazione con CMMS, etc.) Costo I PC fanno uso di tecnologie commerciali Integrazione Strumentazione plug-in e software testati e certificati Flessibilità nella personalizzabilità dei sistemi di misura verso i CMMS Strumenti di sviluppo LabVIEW assicura tempi di sviluppo e di installazione veloci LabVIEW permette la personalizzazione di tutte le applicazioni

23 Sommario Presentazione odierna Elementi di Machine Condition Monitoring System Acquisizioni di segnali vibrazionali statici e dinamici L Analisi vibrazionale come strumento di comparazione e valutazione dello stato della macchina Caratteristiche strumentali necessarie Larghezza di banda con filtri anti-aliasing, range dinamico, simultaneous sampling Software per l analisi dello spettro di armonica.etc. Strumenti per l immagazzinamento e la presentazione dei dati Le perfomance di un sistema strumentale basato su computer

24 Tutte le presentazioni NIDays su ni.com/italy! Inserire l Infocode: itnid03pres per scaricare le presentazioni! Il servizio sarà disponibile da metà marzo.

25 Vibration Sensor References IMI sensors (PCB), Endevco, Kistler, Metrix, CEC Vibration, Wilcoxon, Sensotec,

26 Current and Voltage References Smith Research - Ohio Semitronics - AEMC - Flexcore - Load Controls - NK Technologies - Riley Corporation - LEM - Fluke CR Magnetics Texas Meter and Device

27 Approfondimenti Vibration Institute Reliability Web American Society of Mechanical Engineers ISA Turbo Machinery Lab