Manutenção Preditiva de Máquinas Rotativas Usando Vibração e Thingspeak: 8 Passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Máquinas rotativas como turbinas eólicas, hidro turbinas, motores de indução, etc. enfrentam diferentes tipos de desgaste e rasgo. A maioria dessas falhas e desgaste são causados por vibrações anormais no dispositivo. Essas máquinas costumam ser operadas em regime pesado e com tempo de inatividade mínimo. As principais falhas que ocorrem nestes são os seguintes

• Forças radiais e tangenciais irregulares.
• Comportamento mecânico irregular.
• Falhas nos rolamentos, falhas na barra do rotor e no anel da extremidade em caso de indução em gaiola de esquilo
• Falhas do estator do motor e excentricidade do entreferro nos rotores.

Essas vibrações irregulares podem resultar na degradação mais rápida da máquina. Ruído e pode afetar o comportamento mecânico da máquina. A análise de vibração de máquinas e manutenção preditiva fornece um exame detalhado da detecção, localização e diagnóstico de falhas em máquinas rotativas e alternativas usando análise de vibração. Neste Instrutível, usaremos o Sensor de vibração sem fio para superar esse problema. Esses sensores são sensores de nível industrial e foram implantados com sucesso em muitas aplicações, como análise estrutural de infraestruturas civis, análise de vibração de turbinas eólicas, análise de vibração de turbinas hidrelétricas. Estaremos visualizando e analisando os dados de vibração em Thing Speak. Aqui estaremos demonstrando o seguinte.

• Sensores de vibração e temperatura sem fio.
• Análise de vibração usando esses sensores.
• Coletando os dados usando o dispositivo de gateway sem fio
• Envio de dados de vibração para a plataforma Thing Speak IoT usando a API Thing Speak MQTT.

Etapa 1: Especificações de hardware e software

Especificação de Software

• Uma conta ThingSpeak
• IDE Arduino

Especificação de Hardware

• ESP32
• Sensor de temperatura e vibração sem fio
• Receptor Zigmo Gateway

Etapa 2: Diretrizes para verificar a vibração nas máquinas rotativas

Conforme mencionado no último instrutivo "Análise de vibração mecânica de motores de indução". Existem certas diretrizes que devem ser seguidas para separar a falha e a vibração de identificação da falha. Para a breve velocidade de rotação, a frequência é uma delas. As frequências de velocidade de rotação são características de diferentes falhas.

• 0,01g ou menos - Excelente condição - A máquina está funcionando corretamente.
• 0,35g ou menos - Bom estado. A máquina está funcionando bem. Nenhuma ação é necessária, a menos que a máquina seja barulhenta. Pode haver uma falha de excentricidade do rotor.
• 0,75g ou mais - condição áspera - é necessário verificar o motor, pode haver falha de excentricidade do rotor se a máquina estiver fazendo muito barulho.
• 1g ou mais - condição muito áspera - pode haver uma falha grave em um motor. A falha pode ser devido a falha de rolamento ou flexão da barra. Verifique o ruído e a temperatura
• 1,5g ou mais- Nível de Perigo- Necessidade de consertar ou trocar o motor.
• 2,5 g ou mais - Nível severo - desligue o maquinário imediatamente.

Etapa 3: Obtendo os Valores do Sensor de Vibração

Os valores de vibração que obtemos dos sensores estão em milis. Estes consistem nos seguintes valores.

Valor RMS - valores quadrados médios da raiz ao longo de todos os três eixos. O valor de pico a pico pode ser calculado como

valor de pico a pico = valor RMS / 0,707

• Valor mínimo - valor mínimo ao longo de todos os três eixos
• Valores máximos - valor de pico a valor de pico ao longo de todos os três eixos. O valor RMS pode ser calculado usando esta fórmula

Valor RMS = valor de pico a pico x 0,707

Anteriormente, quando o motor estava em boas condições, obtivemos os valores em torno de 0,002g. Mas quando o testamos em um motor com defeito, a vibração que examinamos foi de cerca de 0,80 ga 1,29 g. O motor defeituoso foi submetido a alta excentricidade do rotor. Assim, podemos melhorar a tolerância a falhas do motor usando os sensores de vibração.

Etapa 4: Configurando o Thing Speak

Para postar nossos valores de temperatura e umidade na nuvem, estamos usando a API ThingSpeak MQTT. ThingSpeak é uma plataforma IoT. ThingSpeak é um serviço da web gratuito que permite coletar e armazenar dados do sensor na nuvem. MQTT é um protocolo comum usado em sistemas IoT para conectar dispositivos e sensores de baixo nível. MQTT é usado para transmitir mensagens curtas de e para um broker. ThingSpeak adicionou recentemente um broker MQTT para que os dispositivos possam enviar mensagens para ThingSpeak. Você pode seguir o procedimento para configurar o Canal ThingSpeak deste post

Etapa 5: Publicação de valores na conta ThingSpeak

MQTT é uma arquitetura de publicação / assinatura desenvolvida principalmente para conectar largura de banda e dispositivos com restrição de energia em redes sem fio. É um protocolo simples e leve que roda em soquetes TCP / IP ou WebSockets. MQTT sobre WebSockets pode ser protegido com SSL. A arquitetura publicar / assinar permite que as mensagens sejam enviadas por push para os dispositivos clientes sem que o dispositivo precise consultar continuamente o servidor.

Um cliente é qualquer dispositivo que se conecta ao broker e pode publicar ou assinar tópicos para acessar as informações. Um tópico contém as informações de roteamento para o broker. Cada cliente que deseja enviar mensagens as publica em um determinado tópico, e cada cliente que deseja receber mensagens se inscreve em um determinado tópico

Publicar e assinar usando ThingSpeak MQTT

• Publicação em canais de feed de canal / "channelID" / publish / "WriteAPIKey"

• Publicar em um campo específico

  canais /

  "channelID" / publicar / campos / "fieldNumber" / "fieldNumber"

• Inscreva-se no campo do canal

  canais /

  "channelID" / subscribe / "format" / "APIKey"

• Inscreva-se no feed do canal privado

  canais /

  channelID

  / subscribe / fields / "fieldNumber" / "format"

• Inscreva-se em todos os campos de um canal. canais /

  "channelID" /

  inscrever-se / campos /

  fieldNumber

  /"Chave API"

Etapa 6: Visualizando os dados do sensor no ThingSpeak

Etapa 7: Notificação de e-mail para alerta de vibração

Estamos usando miniaplicativos IFTTT para fornecer ao usuário um relatório meteorológico em tempo real por e-mail. Para obter mais informações sobre a configuração do IFTTT, você pode acessar este blog. Então, nós o implementamos por meio do ThingSpeak. Estamos enviando uma Notificação por Email para o usuário sempre que ocorrer alteração de Temperatura em uma máquina. Irá disparar uma notificação por e-mail “Que lindo dia”. Todos os dias por volta das 10h00 (IST), receberemos uma notificação por e-mail

Etapa 8: Código geral

O firmware desta configuração pode ser encontrado neste repositório GitHub