鋼鐵廠製程設備振動監測與預知保養
泓格的設備振動監測與預知保養解決方案使用 AR 系列加速規數據紀錄器記錄、計算機台振動數值和設定振動特徵門檻值。VPD 系列 HMI 透過 Modbus TCP 通訊協定讀回數據，並進行即時顯示，接著以 Modbus TCP 通訊協定將數據透過 ET-7000 系列 I/O 模組回傳給客戶現有的PLC。當 VPD 系列 HMI 判斷振動異常時，會透過 ET-7000 系列 I/O 模組觸發 ALM 系列語音告警裝置，藉此及早進行機台的預兆診斷和預防保養，降低後續突發性故障發生的機率。
案例介紹
客戶為一鋼鐵廠，在其廠房中有大量用於原料運輸、煉鋼、冷熱軋等製程中的複雜設備。生產過程中，若產線上的任一馬達發生故障或損壞，即會造成整條產線的停擺，且尚未完成的半成品也必須捨棄，導致整體產能下滑、成本提高，甚至還有可能引發工安危害。因此，客戶希望能預先檢查軸承振動的狀況，提早進行機台保養，以有效降低損失並守護產線安全。以下將說明客戶如何透過泓格的設備振動監測與預知保養解決方案達到製程機台的即時振動監測。
泓格設備振動監測與預知保養解決方案
傳統 PLC 智慧升級：透過電流讀取掌握設備振動狀態
為了能及早發現問題並安排設備的保養與更換，客戶使用泓格的 iSN-701-F15-L030 IEPE 加速規與 AR-400 加速規數據記錄器量測、儲存機台的振動數據、計算振動特徵值與設定振動特徵門檻值。VPD-133-H2 HMI 透過 Modbus TCP 通訊協定 (乙太網路介面) 讀取數據，並進行資訊的即時顯示。接著再以 Modbus TCP 通訊協定，透過 ET-7224 網路型 I/O 模組傳送 DO 訊號觸發 ALM-04-MRTU 語音告警模組，以在緊急狀況發生時即時發出聲音告警通知相關人員進行障礙排除；同時，VPD-133-H2 HMI 也透過 ET-7224 傳送 AO 訊號給現場原有的 PLC，讓 PLC 即時掌握機台的振動狀態。其系統架構圖如下:
iSN-701-F15-L030 IEPE 加速規主要用於振動量測，測量範圍為 ±80g，頻率回應範圍為 0.5Hz 至15kHz。
在此案例中，客戶在馬達軸承前後兩端各安裝一組 iSN-701-F15-L030 IEPE 加速規，並將量測到的振動數據傳至 AR-400 加速規數據紀錄器，利用 AR-400 內部計算，可以得知馬達否出現異常。
AR-400 加速規數據記錄器提供 1 通道的數位輸入與 4 通道的類比輸入，能同步蒐集 4 通道的 IEPE 加速規資料，且每一個輸入通道的採樣頻率最高可達 125 kHz。所有擷取的訊號皆會儲存至 4~32GB 的 Micro SD 卡供管理者做離線的振動分析。透過泓格提供的工具軟體，管理者可以自由選擇合適的資料採集觸發方式，包括: 按鈕觸發、時間排程觸發、閥值觸發、數位輸入觸發及工具軟體遠端觸發，同時也能自行設定採樣率及採樣時間。
在此案例中，AR-400 加速規數據記錄器會根據 iSN-701-F15-L030 IEPE 加速規擷取的振動訊號計算出振動特徵值，如加速度峰對峰值、速度有效值等…，並設定振動特徵門檻值。接著，VPD-133-H2 HMI 會透過 Modbus TCP 通訊協定讀取這些數據。
VPD 系列 HMI 具有 3.5/4.3/7 吋的高解析度彩色觸控螢幕，且內建多種通訊界面，包括 RS-232/RS-485 和乙太網路 (PoE)，並支援標準 Modbus TCP/RTU 通訊協議，能輕鬆與不同設備整合。
在此案例中，VPD-133-H2 HMI 被放置於電盤外，以即時顯示振動特徵值，包括: 加速度峰對峰值、速度有效值等。VPD-133-H2 HMI 亦會根據特徵門檻值判斷是否需要發送告警。若需要發送告警，會透過 Modbus TCP 通訊協定控制 ET-7224 網路型 I/O 模組，由 ET-7224 網路型 I/O 模組的 DO 通道觸發 ALM-04-MRTU 語音告警模組。此外，VPD-133-H2 HMI 也會透過 ET-7224 網路型 I/O 模組輸出電流值 (4~20mA) 給 PLC，讓 PLC 能即時掌握機台的振動狀態。
ET-7224 網路型 I/O 模組具有 4 個類比輸出通道、5 個數位輸入/輸出通道及 2 個 Ethernet Switch 口，可建構菊花鏈（Daisy-Chain）拓樸，並提供多種可編程的類比輸出選項 (+/-5 V，+/-10 V，0- 20 mA 與 4-20 mA)，每個類比輸出皆可依據 Jumper 對應的位置來編程為電壓或電流輸出。
在此案例中，ET-7224 網路型 I/O 模組透過 Modbus TCP 通訊協定接收 VPD-133-H2 HMI 的命令，並透過 AO 通道輸出這些振動特徵值所對應的電流值給 PLC，如此一來便無需更改 PLC 原本的程式設定。同時，在振動特徵值超出門檻值時，ET-7224 網路型 I/O 模組也會接收 VPD-133-H2 HMI 的指令，透過 DO 訊號觸發 ALM-04-MRTU 語音告警模組。
ALM-04-MRTU 語音告警模組具有 4 通道帶隔離保護的數位輸入、1 通道的繼電器輸出、1 個 MP3 音頻線路輸出和 8 種報警模式，並且內置 microSD 卡，可以儲存預先錄製好的語音檔。
在此案例中，ALM-04-MRTU 語音告警模組接收 ET-7224 網路型 I/O 模組傳來的數位訊號，在振動數值異常時發出語音告警，以提醒相關人員進行處理。
泓格產品為此案例帶來的效益
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AR-400 加速規數據記錄器可以讀取原始振動訊號，計算出特徵值和 FFT 頻譜值，然後以 Modbus TCP 提供給其他控制器或 HMI 做整合，屏除大量計算之負擔。
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VPD 系列 HMI 除了能遠端監控相連的 I/O 模組之外，亦能將資料以視覺化的方式呈現在模組上的觸控螢幕，讓相關人員一目了然，輕鬆掌握現場狀況。
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VPD 系列 HMI 具有橡膠鍵盤，操作人員即使帶著手套亦能操控，且防水防塵的 IP65 外殼設計也讓此系列產品在鋼鐵廠等惡劣的環境中依舊能穩定運作。
泓格雲端數據可視化解決方案
在本案例中，客戶還可以加裝泓格的 WISE-2241M 智能邊緣運算控制器來進行邊緣運算，藉此減輕中控端的負擔，並搭配 IoTstar 工業物聯網雲端管理軟體，將 WISE-2241M 智能邊緣運算控制器傳送的資訊匯入資料庫，並呈現於 Dashboard 上，達到數據可視化的目的。
WISE 系列智能邊緣運算控制器被廣泛的使用於各種工業應用中的邊緣邏輯控制和監測，具備數學運算、排程和電子郵件及Line/WeChat警報消息發送等功能，其內建的 IF-THEN-ELSE 邏輯引擎可以穩定且高效地執行自動化邏輯。
在此案例中，WISE-2241M 控制器可藉由 IF-THEN-ELSE 機制達到設備的即時控制，當判斷振動數值異常時，不論此時與後台的監控軟體是否有連線，都可馬上啟閉相關設備，並發送告警通知，同時將現場數據透過 Modbus TCP 回傳中控中心，以進行統一管理。
IoTstar 是一套由泓格開發的設備管理軟體，可對泓格 WISE/PMC/PMD 系列等物聯網控制器以及與控制器所連接的I/O模組、裝置與設備，進行遠程監控和管理。 IoTstar 除了可以安裝在 Windows 系統的私有雲平台上，也可安裝在公有雲平台上(如：Microsoft Azure、IBM Bluemix、Google Cloud或Amazon AWS)。此外，IoTstar 還提供WISE/PMC/PMD等系列控制器所連接的 I/O 模組通道(或電錶電力)數值的報表統計與查詢服務，管理者能將報表以 PDF 和 Excel 的檔案格式匯出。更多資訊請參考: https://www.icpdas.com/tw/product/guide+IIoT+Software+IoTstar__Report__Service#2418
結語
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