星期四, 5月 19

    基於状态的预测性维护,避免停机时间:持续监测液压泵和液压油

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    ■ ENGEL

    前言

    划外停工可能对射出企业产生持久的影响。根据性质 和程度的不同,它甚至可能导致交货延迟,并产生相应 的后果。 ENGEL 通过 e-connect.monitor,提供了一种 分析关键机器部件状态的解决方案。因此可以有远见地 规划维护工作,避免意外停机。在成功引进用于监控塑 化螺钉和滚珠丝杠的两个模块后,ENGEL 现在提供更多 e-connect.monitor 模块,用于液压泵和液压油的状态 监测。

    即使经验丰富的机器操作人员和维护人员也认为很难在 正在进行的生产过程中评估射出机的状态。为了避免计 划外停工,某些操作中以固定间隔更换易磨损部件作为 预防措施。通过这种方式可以避免计划外停工,排除对 其他部件的附带损害,并最大限度地减少计划安装备件 所需的停机时间。但是,这种维护策略意味着比实际需 要更早地更换磨损部件,而这太过频繁。其后果是维护 成本上升和设备利用率下降。

    随着生产系统的网络化和机器数据的系统化利用,工业 4.0 通过基於状态的预测性维护为射出企业开辟了新的 机遇。在 K 2016,ENGEL 展示了新 e-connect.monitor 状态监测解决方案的前两个模块:用于塑化螺钉和滚珠 丝杠的在线监测。从那以后,对这些解决方案的需求一直稳步增长。因此,ENGEL 在持续扩大可监测机器部 件的数量。 2018 年秋季,ENGEL 推出了用于连续监 测液压泵和液压油的两个新模块(图 1)。

    图 1:e-connect.monitor 可实现基于状态的预测性维护,旨在避免计划外设备停机,并对关键机器部件的使用寿命实现 最佳利用。继用于塑化螺钉和滚珠丝杠驱动器的两个模块后,ENGEL 在 Fakuma 2018 上展示了另外两个模块,用于监测伺服液压注塑机中的液压油和定量泵。图片:ENGEL


    泵和油是射出机的心脏和血液

    射出制造商通常将液压泵视为液压射出机的心脏,将 液压油视为血液。这种生物化比较是恰当的,因为如 果泵发生故障,机器就会停止,而且机器在使用老化 的液压油时不能再提供 100% 的性能。随着工作时间 的增加,液压油中的水含量和颗粒浓度增加(图 2)。

    图2:大量因素会对油的质量产生影响。随着液压油的老化,颗粒含量增加,尤其是在 >4 μm 的范围内,这将改变油的特性。图片:ENGEL

    由于液压系统以非常小的间隙运行以实现高能效和高 精度,因此油中的颗粒可能导致液压部件的磨损或故障。这些杂质在液压系统中导致的故障高达所有故障 的 80%。存在的颗粒与汽缸或阀门等部件金属表面的 摩擦释放出越来越多的颗粒; 油中所含的水也会产生 这种后果。蒸发时,小水蒸汽泡微观上在高压下内爆, 产生压力峰值,将更多颗粒从表面撕扯掉。总之,水 会使系统摩擦性能显著下降,并导致腐蚀(图 3)。 除了颗粒和水的污染外,油的化学老化是需要定期检 查液压油的第三个因素。在化学老化中,氧化过程分 解基本成分和添加剂并改变液压油的成分。高油温加 速了这一过程。

    图3:液压系统中的水使摩擦性能降低,还导致腐蚀

    不同油类的监测策略

    射出企业有三种不同的监测液压油的策略:完全不监测、手动或自动控油。不进行任何监测的策略意味着只有在出现问题时才进行检查。这通常会导致极其严 重的磨损增加。大多数企业都进行手动检查。油样被定期送到实验室。然后制造商根据结果手动过滤油或 完全换油。第三种策略是油的自动维护,包括固定式过滤系统,它使颗粒污染以及由此产生的磨损保持低 水平。自动过滤可以减缓油的化学老化,但不能完全 阻止它,因此即使采用这种策略,也需要在一定时间 间隔内换油。但是,所有既定策略的共同点是在油的 质量方面缺乏透明度。最重要的是,这三种策略都无益于油的使用寿命最优化。油在系统中停留时间过长可能导致机器损坏甚至崩溃,而油的更换间隔时间过 短则使预防措施太过频繁。

    ENGEL 现在藉助油路中的特殊传感器,对液压油质量 的在线监测提供支持。对油进行持续性监测的好处: 不再需要对油进行手动且耗时的检查,用户将收到有关过滤时间和持续时间的建议,此外,射出制造商能 够根据预测条件精确地计划换油。对油质量的监测还 可以确保及早发现临界条件,从而避免损坏和计划外故障。

    相关测量数据记录在生产过程中,不会对其产生负面 影响。数据通过安全数据连接传输到 ENGEL,并使用 专门开发的数学模型自动评估和解读。其结果将立即 显示在 ENGEL 客户门户 e-connect 上。 (图 4)结 果以清晰的视图显示。必要时,系统可以自动发送通 知或警告。

    图 4:液压油和泵的状态(如屏幕截图所示)清晰显示在 ENGEL e-connect 客户门户上。系统可以自动发送状态消息和 警告消息。 图片:ENGEL

    监测定量泵

    现在不仅可以使用 e-connect.monitor 监测液压油, 还可以监测伺服液压射出机中的定量泵。遗憾的是, 塑料加工商通常只有在机器周期发生显著变化时,或 者在最坏的情况下,即机器出现故障时,才会注意到泵的临界状态。

    泵——机器的心脏——是一个受磨损的部件; 它在 一定时间后结束其使用寿命,这具体取决於负载范围。在泵的使用壽命期间,由于磨损,其效率不断降低; 而结果则是能源消耗增加。因此,ENGEL 很早就开始建立企业内部关于泵的专业知识。在生产过程中,泵测试台和各种泵的监测提供了数据,ENGEL 专家利用这些数据对算法建模,这些算法能够準确、便利地向客户显示泵的状态。

    在 e-connect.monitor 的帮助下,泵数据得以自动记录和分析,而不会影响生产过程。其结果不仅仅作为信息,而且为用户提供一个基础,帮助其决定是否需要更换泵,如果需要更换,则需要了解何时需要。因此,e-connect 不是简单地显示测量值,而是显示易于理解的磨损值。

    展望

    ENGEL 的 e-connect.monitor 状态监测解决方案现在 由四个模块组成,是目前市场上唯一允许对射出机部 件进行基於状态的预测性维护的系统。作为第一步, 将为最新一代的 CC300 控制单元射出机提供两个用 於监测液压油和泵的新模块。针对老一代控制单元的 改造解决方案正在準备中。

    e-connect 是中央信息平台

    新的 e-connect 客户门户支持 ENGEL 的 inject 4.0 计划中的所有服务产品。因此,e-connect 是所有 e-connect.monitor 解决方案的中央信息平台。最先 进的 IT 安全架构确保 ENGEL 与其客户之间所需数据 的安全传输。

    在仪表板上,用户可以一目了然地看到他们的所有机 器。信号灯颜色表示机器当前总体状态。最差的值适 用于整台机器并指示是否需要采取措施。为了获得可能的最佳概览,用户可以在系统中重现其各台机器结 构,甚至可以在线将生产线分配到不同的车间或部门。

    客户选择机器时,可以看到所有受监控的机器部件及 其状态。每个部件都单独显示,以便用户可以快速识 別哪个部件接近其磨损极限。用户选择一个部件时, 将显示一条带极限值的图形趋势曲线。这使受监测的 机器部件状态显而易见。用户可以定义警示灯的极限 值,即它何时变为黄色或红色。客户还可以定义是否 希望以文本消息或电子邮件的形式接收警告,以便他们不必经常访问门户。

    inject 4.0 – 智能流程提高生产力、效率和质量

    工业 4.0 的目标是智能工厂,其中所有生产机器及其部件相互通信并持续进行自我优化。其结果是生产力、效率、质量和生产灵活性显著提高。其重点在于三个领域:smart machine、smart production 和 smart service。 ENGEL 已经以 inject 4.0 的名称为其目前服务范围内的所有三个领域提供了广泛的产品和解决方案,并持续进行进一步开发。在 smart service 领域,ENGEL 通过 e-connect.monitor 状态监测解决方案为客户提供可持续的附加值,并将在未来继续进行扩展。

    作者

    Gerhard Dimmler 博士是位于奥地利 Schwertberg 的 ENGEL AUSTRIA 产品研发高级副总裁 mail:gerhard.dimmler@engel.at Johannes Kilian 博士是 ENGEL 模拟和控制工程主 管,johannes.kilian@engel.at Pascal Bader 博士是 ENGEL 液压系统团队主管, mail:pascal.bader@engel.at Dipl.-Ing. Lukas Muttenthaler 是 ENGEL 液压系统开 发工程师,mail:lukas.muttenthaler@engel.at Paul Kapeller,理学硕士,是 ENGEL 数字解决方案 产品经理,mail:paul.kapeller@engel.at ■

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