Giám sát tình trạng

Thiết bị quay

Thiết bị quay là một thuật ngữ dùng trong công nghiệp bao gồm hộp số, máy móc chuyển động qua lại và máy ly tâm.
Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất cho máy quay là phân tích độ rung.
Các phép đo có thể được thực hiện trên các gối chịu lực (ổ đỡ) với gia tốc kế (đầu dò địa chấn hoặc áp điện) để đo các dao động vỏ, và trên phần lớn các máy móc quan trọng, với các cảm biếndòng điện Foucault trực tiếp giám sát trục quay để đo độ dịch chuyển xuyên tâm (và trục) của trục. Mức độ rung có thể được so sánh với các giá trị cơ sở lịch sử như các lần khởi động và dừng máy trước đây, và trong một số trường hợp đã thiết lập các tiêu chuẩn như thay đổi tải, để đánh giá mức độ nghiêm trọng. Máy móc và bộ phận OEM cũng xác định giới hạn dao động dựa trên thiết kế máy hoặc của các bộ phận bên trong, ví dụ tần số lỗi của vòng bi.
Hiểu được tín hiệu rung thu được là một quy trình phức tạp  yêu cầu cần được đào tạo và kinh nghiệm chuyên môn. Việc này được đơn giản hóa bằng cách sử dụng các công nghệ tiên tiến cung cấp phần lớn các phân tích dữ liệu tự động và cung cấp thông tin thay vì dữ liệu thô. Một kỹ thuật thường được sử dụng là kiểm tra các tần số riêng lẻ có trong tín hiệu. Những tần số này tương ứng với một số thành phần cơ khí nhất định (ví dụ, các phần khác nhau tạo nên một vòng bi lăn) hoặc một số trục trặc nhất định (chẳng hạn như trục không cân bằng hoặc bị lệch). Bằng cách kiểm tra các tần số này và sóng hài của chúng, chuyên gia CM thường có thể xác định được đúng vị trí và vấn đề gặp phải, và đôi khi cũng là nguyên nhân gốc rễ. Ví dụ, độ rung cao ở tần số tương ứng với tốc độ quay chủ yếu thường là do sự mất cân bằng và được hiệu chỉnh bằng cách cân chỉnh lại độ cân bằng của máy. Mặt khác, một ổ bi xuống cấp sẽ thường biểu hiện các tín hiệu rung ở các tần số cụ thể sẽ tăng cường độ khi nó bị hao mòn. Các công cụ phân tích đặc biệt có thể phát hiện các hao mòn này trước nhiều tuần hoặc thậm chí nhiều tháng trước khi xảy ra hỏng hóc, đưa ra cảnh báo cụ thể để lên lịch thay thế trước khi hỏng hóc này có thể làm trì hoản sản xuất. Bên cạnh tất cả các cảm biến và phân tích dữ liệu, điều quan trọng cần lưu ý là hơn 80% tất cả các thiết bị cơ khí phức tạp đều vô tình hư hỏng và không liên quan đến chu kỳ làm việc của chúng.
Hầu hết các công cụ phân tích độ rung ngày nay đều sử dụng phép biến đổi Fourier nhanh (FFT) , đây là trường hợp đặc biệt của Biến đổi Fourier rời rạc và chuyển đổi tín hiệu rung từ biểu diễn trongmiền thời gian sang biểu diễn trong miền tần số tương ứng. Tuy nhiên, phân tích tần số (đôi khi được gọi là Phân tích phổ hoặc Phân tích dấu hiệu rung) chỉ là một khía cạnh của việc giải thích thông tin chứa trong tín hiệu rung. Phân tích trong miền tần số có xu hướng hữu ích nhất trên các máy móc sử dụng vòng bi lăn (ổ trục) và xu hướng hư hỏng chính là sự suy giảm chất lượng của vòng bi đó, dấu hiệu điển hình là sự gia tăng tần số đặc trưng liên quan đến các hình dạng và cấu trúc vòng bi (ổ trục). Tùy thuộc vào loại máy móc, hư hỏng điển hình, kiểu ổ trục được sử dụng, tốc độ quay và các yếu tố khác, chuyên gia CM có thể sử dụng các công cụ chẩn đoán bổ sung, chẳng hạn như kiểm tra tín hiệu miền thời gian, mối quan hệ pha giữa các thành phần rung và thời gian đánh dấu trên trục máy (thường được gọi là keyphasor), xu hướng lịch sử của mức độ rung, hình dạng rung và nhiều khía cạnh khác của tín hiệu cùng với các thông tin khác từ quá trình như tải, nhiệt độ vòng bi, tốc độ dòng chảy, vị trí van và áp lực để đưa ra chẩn đoán chính xác. Điều này đặc biệt đúng đối với các máy sử dụng ổ đỡ chất lỏng hơn là các ổ trục lăn. Cho phép họ xem xét dữ liệu này trong các phân tích độ rung đơn giản hơn hoặc kỹ sư chẩn đoán máy móc đã sử dụng một số biểu đồ toán học để hiển thị các vấn đề xảy ra và đặc điểm hoạt động của thiết bị, các biểu đồ này bao gồm biều đồ bode, biểu đồ thác nước, biều đồ cực và biểu đồ quỹ đạo dựa trên thời gian trong số nhiều công cụ khác nữa.
Các máy thu thập và phân tích dữ liệu cầm tay hiện nay được dùng phổ biến trên các thiết bị không quan trọng hoặc cân bằng trong đó các thiết bị giám sát rung động trực tuyến cố định lâu dài không thể chứng minh được về mặt kinh tế. Kỹ thuật viên có thể thu thập các mẫu dữ liệu từ một số máy (quay), sau đó tải dữ liệu xuống một máy tính, nơi các nhà phân tích (và đôi khi trí thông minh nhân tạo) có thể kiểm tra dữ liệu cho những thay đổi để chỉ ra các trục trặc và hỏng hóc sắp xảy ra. Đối với các máy (quay) lớn hơn, quan trọng hơn, nơi có các yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn, gián đoạn sản xuất (gọi là "thời gian ngừng hoạt động"), thiết bị thay thế và các chi phí khác (được xác định bởi chỉ số nghiêm trọng), một hệ thống giám sát cố định lâu dài sẽ được sử dụng thay vì dựa vào các thiết bị cầm tay thu thập dữ liệu định kỳ. Tuy nhiên, các phương pháp chẩn đoán và công cụ hỗ trợ của cả hai cách tiếp cận này nói chung là như nhau.
Gần đây các hệ thống giám sát tình trạng trực tuyến cũng đã được áp dụng cho các ngành công nghiệp nặng như bột giấy, giấy, khai thác mỏ, hóa dầu và phát điện.
Giám sát hiệu suất là một kỹ thuật giám sát tình trạng ít được biết đến hơn. Nó có thể được áp dụng cho các máy quay như máy bơm và tuabin, cũng như các máy cố định như nồi hơi và bộ trao đổi nhiệt. Các phép đo được yêu cầu gồm các đại lượng vật lý: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tốc độ, dịch chuyển, tùy theo hạng mục của nhà máy. Độ chính xác tuyệt đối hiếm khi cần thiết, nhưng dữ liệu lặp lại là cần thiết. Các dụng cụ thử nghiệm được hiệu chỉnh thường cần thiết, nhưng một số thành công đã đạt được trong nhà máy với DCS (Hệ thống điều khiển phân tán). Phân tích hiệu suất thường liên quan chặt chẽ đến hiệu suất năng lượng, và do đó từ lâu đã được áp dụng trong các nhà máy phát điện hơi nước. Trong một số trường hợp, có thể tính toán thời gian sửa chữa đại tu tối ưu để phục hồi hiệu suất bị suy thoái.
Các hệ thống điện áp và dòng điện dựa trên mô hình (hệ thống MBVI): Đây là một kỹ thuật sử dụng thông tin có sẵn từ các tín hiệu dòng điện và điện áp
trên cả ba giai đoạn cùng một lúc. Các hệ thống dựa trên mô hình có thể xác định được nhiều
hiện tượng giống nhau cũng như thấy được bằng các kỹ thuật thông thường hơn, bao gồm điện, cơ khí và khu vực
hoạt động.
Các hệ thống dựa trên mô hình hoạt động trên các đường truyền tải được hiển thị trong Hình 6 bên dưới và đo cả dòng điện và điện áp
trong khi động cơ đang làm việc và sau đó tự động tạo ra một mô hình toán học của mối quan hệ
giữa dòng điện và điện áp. Bằng cách áp dụng mô hình này cho điện áp đo được, dòng điện được mô hình hóa 
được tính toán và giá trị này được so sánh với dòng điện đo được trong thực tế. Độ chênh lệch giữa dòng điện đo được
và dòng điện mô hình hóa thể hiện sự không hoàn hảo trong động cơ và hệ thống thiết bị truyền động,
có thể được phân tích bằng cách sử dụng kết hợp vector của Park để đơn giản hóa các dòng điện ba pha thành
hai pha trực giao (D& Q), phân tích Fourier để cung cấp cho một biểu đồ mật độ phổ công suất, và thuật toán
đánh giá phổ kết quả để xác định hư hỏng cụ thể hoặc kiểu hư hỏng.
Các hệ thống này được thiết kế để lắp đặt cố định như một giải pháp giám sát tình trạng thay vì
như một thiết bị đo lường chẩn đoán ngắn hạn và kết quả đầu ra của chúng có thể được tích hợp vào các hệ thống thiết bị 
bình thường Được kết nối vĩnh viễn, các xu hướng lịch sử sẽ tự động thu lại được.
Loại đầu ra mà các loại thiết bị này có thể tạo bao gồm màn hình đơn, hiển thị đèn giao thông của
hoạt động thiết bị tổng thể, cùng với chẩn đoán của một loạt các vấn đề cơ khí, điện, và vận hành
, và các biểu đồ xu hướng cho thấy các thông số này thay đổi như thế nào theo thời gian. Khái niệm về loại 
thiết bị này là nó có thể được sử dụng bởi các nhân viên vận hành và nhân viên sửa chữa bảo trì bình thường mà không cần
giải thích chuyên môn về phổ tín hiệu, mặc dù các biểu đồ phổ tín hiệu cơ bản có sẵn nếu cần thiết.
Các loại hư hỏng có thể được phát hiện bao gồm một loạt các vấn đề cơ khí như mất cân bằng,
lệch trục, và các vấn đề về ổ trục trong động cơ và thiết bị truyền động, cũng như các vấn đề về điện
bao gồm hỏng cách điện, lỏng cuộn dây stator, các vấn đề về khe hở rotor, sự mất cân bằng dòng điện hoặc điện áp,
và méo sóng hài. Bởi vì các hệ thống này đo cả dòng điện và điện áp, chúng cũng giám sát
công suất và có thể xác định các vấn đề gây ra bởi điều kiện hoạt động bất thường và xác định nguyên nhân của
mất hiệu suất.
Bởi vì các hệ thống dựa trên mô hình chỉ kiểm tra sự khác biệt giữa dòng điện thực tế và dòng điện dự đoán,
chúng sẽ lọc ra hiệu quả tất cả các tín hiệu điện bình thường rất rõ ràng trong Phân tích Phổ Dòng điện Motor
(MCSA) thông thường, để lại một tập các tín hiệu được phân tích đơn giản hơn nhiều.
Bởi vì các hệ thống này được dựa trên mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện, chúng xử lý tốt với
các hệ thống điều khiển biến tần nơi mà điện áp đầu vào có thể có tần số biến đổi và có thể có dạng sóng nhiễu
cao trong các thành phần sóng hài. Các hệ thống dựa trên mô hình lọc ra hiệu quả tất cả các nhiễu này trong
tín hiệu điện áp từ tín hiệu dòng điện kết quả, chỉ để lại những khuyết điểm cơ bản.
Việc dễ sử dụng và chi phí thấp của loại thiết bị này làm cho nó phù hợp với các thiết bị rẻ tiền
và ít quan trọng.