1. Giới thiệu

Thiết bị có chuyển động quay được theo dõi và chẩn đoán bằng các phương pháp khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất và độ rung, tùy vào vị trí cần phải đo và loại thiết bị. Trong số các phương pháp này, kỹ thuật chẩn đoán rung được sử dụng tại nhiều nhà máy, cơ sở sản xuất như một phương pháp để phát hiện càng sớm càng tốt trạng thái bất thường, như vết trầy xước nhỏ trên trục quay hay bong tróc trên các vòng bi, bằng cách phân tích phổ tần số các dạng sóng rung tại từng chế độ (biên độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc). Hãng JFE Advantech (JAC) sản xuất, cung cấp các loại máy cầm tay và hệ thống chẩn đoán thiết bị online áp dụng nguyên lý đo rung, đang được sử dụng bởi nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Trong khi đó, với sự phát triển của Công nghệ Thông tin và Truyền thông (CNTT-TT, ICT: Information and Communication Technology), trong lĩnh vực bảo trì các ứng dụng ICT đang được nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả kinh doanh, hang JAC đã phát triển và đưa vào thị trường hệ thống máy chẩn đoán thiết bị hiệu suất cao trang bị thông tin vô tuyến để đáp ứng nhu cầu nâng cao hiệu quả hoạt động bảo trì thiết bị bằng ứng dụng ICT.

Báo cáo này giới thiệu quá trình bổ sung chức năng thông tin vô tuyến của ICT vào thiết bị chẩn đoán rung cầm tay model MK-220 hiện có, cùng với việc tăng cường chức năng chẩn đoán tiên tiến để năng cao hiệu quả công việc kiểm tra bảo trì thiết bị đáp ứng xu hướng công nghệ 4.0.

2. Thiết bị chẩn đoán cầm tay MK-220

2.1 Cấu hình hệ thống và tính năng

Thiết bị chẩn đoán rung cầm tay model MK-220 bao gồm bộ điều khiển, cảm biến rung và phần mềm quản lý dữ liệu (Hình 1).

Hình 1 Cấu hình cơ bản MK-220

Bộ điều khiển máy chẩn đoán được sử dụng tại hiện trường có màn ảnh màu LCD độ phân giải cao với bảng điều khiển cảm ứng (touch panel) cho cảm giác như đang sử dụng điện thoại thông minh.

Sản phẩm có tính di động rất tốt, kích thước nhỏ gọn, nhẹ nhàng có thể bỏ vào túi, với cấu trúc chống bụi và chống thấm nước (IP67) có thể chịu được trong môi trường nhà máy khắc nghiệt và trong thời tiết ngoài trời mưa.

Phần mềm phân tích quản lý thực hiện chẩn đoán cơ bản bằng cách phân tích xu hướng thay đổi số liệu rung theo thời gian và chẩn đoán chi tiết có thể xác định nguyên nhân lỗi thiết bị bằng cách phân tích tính định kỳ dạng sóng rung, ngoài ra có thể tự động lập và in các báo cáo kết quả chẩn đoán và xuất tệp dạng dùng cho các phần mềm bảng tính như excel.

2.2 Tận dụng lợi thế việc cài đặt "đo tuần tra chỉ định"

Chế độ "đo tuần tra chỉ định" được sử dụng để kiểm tra hiệu quả nhiều thiết bị nằm rải rác trong khu vực nhà máy.

Điều này có nghĩa là các điểm cần phải đo được hiển thị dưới dạng danh sách, trong đó các thông tin như thứ tự tuần tra, vị trí thiết bị trên tuyến tuần tra, thông số phải đo, mức báo động,… từ phần mềm quản lý dữ liệu của PC được chuyển sang bộ điều khiển cầm tay trước khi bắt đầu tuần tra (Hình 2, bên trái).

Tại mỗi vị trí được lựa chọn trong danh sáchđối tượng tuần tra, bộ điều khiển tự động thực hiện việc đo các thông số yêu cầu, hiển thị số liệu đo được, kết quả so sánh với mức báo động (được gọi là đánh giá so với giá trị tương đối), kết quả so sánh với "tiêu chuẩn độ rung" hoặc "tiêu chuẩn vòng bi" (được gọi là đánh giá so với giá trị tuyệt đối) (Hình 2, bên phải).

Hình 2 Danh sách các đối tượng chỉ định và kết quả chế độ "đo tuần tra chỉ định"

Trong quá trình vừa tuần tra vừa đánh giá được mức độ báo động tại từng vị trí, có thể xúc tiến việc kiểm tra tuần tự một cách hiệu quả các thiết bị trong danh sách các điểm cần phải đo.

2.3 Chẩn đoán chi tiết ngay tại chỗ

Trong trường hợp một trang thiết bị nghi ngờ có sự bất thường, cần phải phân tích nguyên nhân tại chỗ, có thể thực hiện chẩn đoán tự động bằng cách sử dụng chức năng "chẩn đoán chi tiết ".

Bằng cách nhập thông tin tốc độ quay và thông số kỹ thuật thiết bị đối tượng vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển từ đó có thể tính đặc tính tần số khi có sự bất thường để sẽ tự động so sánh với số liệu thành phần tần số rung thực tế được đo tại chỗ và hiển thị kết quả "chẩn đoán chi tiết" (Hình 3, bên trái).

Ngoài ra, cũng có thể xác nhận trên màn hình LCD dữ liệu dạng sóng, đó cũng là cơ sở đã đưa đến các kết quả "chẩn đoán chi tiết" (Hình 3, bên phải).

Hình 3 Kết quả chẩn đoán chi tiết và hiển thị dạng sóng, phổ

Thêm vào đó, ngay trong trường hợp chưa biết thông tin thông số kỹ thuật của thiết bị đối tượng, chỉ cần chọn tốc độ quay trục gần với thực tế và bắt đầu đo thử, bộ điều khiển sẽ tự động chẩn đoán các bất thường của hệ thống cơ học, tổn thương hư hỏng ổ trục,… Nhờ tăng cường chức năng "Hãy để tôi giúp bạn làm", khi nghi ngờ có bất thường nào bộ điều khiển sẽ hiển thị hướng dẫn đề nghị các bước chẩn đoán nên rất hiệu quả cho người mới bắt đầu chưa có kinh nghiệm đến nhân viên bảo trì đã có nhiều kinh nghiệm.

2.4 Cài đặt bộ lưu giữ dữ liệu (Data Logger) rung tạm thời tại hiện trường

Ngay cả khi tìm thấy bất thường trong quá trình "đo tuần tra chỉ định", không thể dừng thiết bị ngay lập tức để bảo trì, trong một số trường hợp, phải tiếp tục vận hành vài ngày đồng thời cần phải đo liên tục rung, cũng như tập trung theo dõi những thay đổi tình trạng thiết bị.

Trong trường hợp như vậy, chỉ cần cài đặt tạm thời bộ điều khiển tại hiện trường, có thể tự động đo 1ch dữ liệu rung và dữ liệu được ghi trên vào thẻ nhớ SD tích hợp trong bộ điều khiển.

Bằng cách kiểm tra dữ liệu được ghi lại này tại hiện trường chẳng hạn mỗi ngày một lần, có thể nắm bắt các thay đổi chi tiết của sự rung động.

3. Thiết bị chẩn đoán hiệu suất cao trang bị thông tin vô tuyến model MK-220HG

Phần này giới thiệu các tính năng của MK-220HG (Hình 11), trong khi vẫn kế thừa các chức năng của MK-220 nhưng lại được tăng cường thêm, tận dụng lợi thế của ICT, như thông tin vô tuyến và các chức năng giúp nâng cao hơn nữa hiệu quả làm việc của khách hàng.

Hình 4 Ngoại hình máy MK-220HG

3.1 Ứng dụng thông tin vô tuyến ICT

MK-220HG kết hợp Wi-Fi thực hiện các chức năng thông tin vô tuyến khác nhau, có thể được áp dụng cho các nhà máy ở xa mà không cần xây dựng một mạng chuyên dụng riêng bằng cách sử dụng VPN, LTE hoặc Internet.

(1) Truyền tin dữ liệu qua vô tuyến từ xa

Việc truyền dữ liệu cũng như lịch kiểm tra lưu giữ trong thẻ nhớ SD của MK-220 được thực hiện bằng cách rút thẻ SD tích hợp trong bộ điều khiển ra rồi lắp vào PC hoặc kết nối PC với bộ điều khiển bằng cáp USB.

Với MK-220HG, ngoài việc truyền dữ liệu như trên bằng cách sử dụng Wi-Fi có thể điều khiển từ xa, không cần quay lại văn phòng kết nối PC với bộ điều khiển (Hình 5).

Hình 5 Truyền tin dữ liệu qua vô tuyến từ xa

(2) Đo lường và điều khiển vô tuyến từ xa

Từ một PC được kết nối với mạng thông qua Wi-Fi, có thể điều khiển màn hình bộ điều khiển được được cài đặt tại một địa điểm xa với PC (Hình 6).

Hình 6 Điều khiển đo lường bằng vô tuyến từ xa

Với chức năng này, trong khi đang ở văn phòng mà có thể thực hiện việc đo lường và chẩn đoán như thể đang có mặt tại hiện trường.

(3) E-mail thông tin cảnh báo

Ví dụ Model MK-220 được cài đặt tạm thời tại một địa điểm nào đó để thực hiện giám sát liên tục, ngay cả khi có báo động cũng không thể nắm bắt thông tin hiện đang xảy ra nếu không đi đến hiện trường để xác nhận màn hình bộ điều khiển.

Trong khi đó thì MK-220HG được trang bị mail server để khi phát hiện độ rung bất thường, thông tin cảnh báo có thể được gửi qua e-mail cho biết trạng thái thiết bị mà không cần có mặt ở hiện trường (Hình 7).

Hình 7 E-mail thông tin cảnh báo

3.2 Vài ứng dụng thực tế

Phần này giới thiệu vài ứng dụng thực tế thông tin vô tuyến được giới thiệu trong phần trước

(1) Thống nhất công việc chẩn đoán

Đối với doanh nghiệp có nhiều nhà máy trên toàn quốc, đa phần tại mỗi nhà máy, nhân viên tại chỗ thực hiện việc đo lường và nhân viên chẩn đoán tại chỗ khác thực hiện việc chẩn đoán.

Bằng cách tận dụng mạng lưới Internet/ Intranet, sử dụng thông tin vô tuyến của MK-220HG, có thể thu thập và quản lý dữ liệu đo lường từ mỗi nhà máy vào máy chủ (server) dùng chung đặt tại trụ sở chính (data center, nhân viên chẩn đoán tổng hợp và quản lý dữ liệu đo lường của từng nhà máy, thực hiện các hoạt động chẩn đoán và các hoạt động hỗ trợ cho toàn thể các nhà máy trong hệ thống dây chuyền sản xuất (Hình 8).

Hình 8 Thống nhất các dịch vụ chẩn đoán từ nhiều nhà máy (A, B, C) về trụ sở trung ương

Bên cạnh đó, cũng có thể sử dụng dịch vụ đám mây, để chia sẻ dữ liệu và thuê chuyên gia chẩn đoán các tổ chức, công ty chuyên môn bên ngoài làm công việc chẩn đoán này.

(2) Giám sát từ xa các thiết bị di động

Có nhiều yêu cầu cho việc cần phải giám sát rung của các thiết bị được đặt trên một cơ sở vật chất di động như cần cẩu hay xe đẩy vận chuyển như một đối tượng chẩn đoán thiết bị máy quay.

Khi phải giám sát bằng máy đo rung hiện có trên thị trường, rất khó nối dây từ cảm biến đến máy đo vì đối tượng luôn luôn tự mình di động. Nhưng nếu giám sát bằng thiết bị chẩn đoán cầm tay thì có vấn đề về an toàn thao tác.

Với MK-220HG, có thể giám sát từ xa một cách an toàn bằng cách cài đặt cảm biến cùng với bộ điều khiển vào đối tượng di động, kết nối nó qua Wi-Fi với một máy tính bảng có thể thao tác một cách an toàn từ một vị trí cách xa đối tượng (Hình 9).

Hình 9 Giám sát thiết bị di động từ xa

3.3 Nâng cao chức năng chẩn đoán

Inverter gây ra rung động điện từ tần số cao, cho nên khi chẩn đoán xu hướng rung của ổ trục động cơ, rất khó để nắm bắt trạng thái hỏng vì ảnh hưởng của thành phần rung này.

Do đó, một công nghệ mới đã được JAC phát triển để tự động trích xuất lọc rung động do inverter gây ra, và phân biệt rõ thành phần rung ổ trục để có thể xúc tiến việc chẩn đoán một cách dễ dàng.

Hình 10 cho thấy dữ liệu trước và sau khi ứng dụng công nghệ mới. Thành phần rung của ổ trục, đã không thể xác định được vì ảnh hưởng của thành phần rung điện từ trước khi qua bộ lọc, có thể phân biệt rõ ràng để thực hiện chẩn đoán chi tiết, dĩ nhiên, cũng có thể chẩn đoán cơ bản để quản lý xu hướng thay đổi.

Hình 10 So sánh đo rung trước và sau khi lọc thành phần điện từ biến tần inverter

3.4 Các cải tiến để nâng cao hiệu quả việc kiểm tra

(1) Đo độ rung và nhiệt độ đồng thời bằng một cảm biến tích hợp

Trong nhiều trường hợp khi giám sát máy móc có chuyển động quay, nhiệt độ cần được đo đồng thời với rung. Mặc dù MK-220 đã có phương pháp thủ công nhập và lưu trữ các dữ liệu nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế bức xạ,… khi cần thiết. Nhưng để cho thuận tiện hơn và nâng cao hiệu quả công việc kiểm tra, JAC đã tích hợp cảm biến rung với cảm biến nhiệt độ, sử dụng chung một cáp và dùng nam châm để dễ dàng thao tác, tiết kiệm thời gian chuẩn bị cài đặt tháo gỡ,…

Hơn nữa, chính bộ điều khiển được trang bị logic dự đoán nhiệt độ cân bằng do đó hoàn thành phép đo trong thời gian ngắn.

(2) Đầu ra âm thanh

Từ xưa nhân viên kiểm tra lão luyện nhiều kinh nghiệm thường hay dùng một thanh "thính âm" (nghe âm thanh) nghe âm thanh phát ra bởi sự quay của ổ trục để kiểm tra thiết bị. Trong MK-220HG, âm thanh do ổ trục phát ra được quy đổi dựa trên đo rung và có thể nghe được với một tai nghe tùy chọn (Hình 11). Như vậy, khi kết hợp với các chức năng đo liên tục của các phép đo phân tích rung, có thể thực hiện kiểm tra đối chiếu âm thanh rung với các dạng sóng rung, thời gian thực, hiển thị trên màn hình của bộ điều khiển.

Hình 11 Sử dụng đầu ra âm thanh rung

4. Kết luận

Bài viết này đã giới thiệu các tính năng của thông tin vô tuyến ICT và chức năng chẩn đoán tiên tiến được gắn trong máy MK-220HG cùng với các ứng dụng thực tế.

Hy vọng MK-220HG sẽ đóng vai trò tích cực trong lĩnh vực bảo trì thiết bị, tiếp tục phát triển và kết hợp các công nghệ mới nhất để đáp ứng nhu cầu sử dụng ICT dự kiến sẽ ngày càng gia tăng trong tương lai, đóng góp vào việc nâng cao hiệu quả kinh tế của các doanh nghiệp đáp ứng xu hướng công nghệ 4.0 trong tự động hóa sản xuất chế tạo và chức năng giám sát trực tuyến, thời gian thực công tác bảo trì hệ thống.