1
Model Bazlı Portatif Kestirimci Bakım Uygulaması
Prof. Dr. Ahmet DUYAR, ahmet.duyar@artesis.com, Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş. GOSB Teknoparkı, Hightech Binası, Kat: 3 / B10 41480 Gebze, Kocaeli, Türkiye - Tel (262) 678 88 60
Ufuk ALAGÖZ, ufuk.alagoz@artesis.com, Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş. GOSB Teknoparkı, Hightech Binası, Kat: 3 / B10 41480 Gebze, Kocaeli, Türkiye - Tel (262) 678 88 60
Alper YAMAN, alper.yaman@artesis.com, Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş. GOSB Teknoparkı, Hightech Binası, Kat: 3 / B10 41480 Gebze, Kocaeli, Türkiye - Tel (262) 678 88 60
Özden GÜLER, ozden.guler@artesis.com, Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş. GOSB Teknoparkı, Hightech Binası, Kat: 3 / B10 41480 Gebze, Kocaeli, Türkiye - Tel (262) 678 88 60
ÖZET
İşletmelerde üretim verimliliğinin sağlanması ve kullanılan ekipmanların verimli operasyonlarının sürdürülebilirliği hususunda kestirimci bakım yöntemleri büyük önem arz etmektedir. Günümüzde artan rekabet ve gelişen teknolojiyle kestirimci bakım çeşitleri de aynı doğrultuda gelişmiş ve daha uygulanabilir hale gelmiştir.
Bu çalışmada üç fazlı elektrik motorları, jeneratörleri ve bunlar tarafından sürülen ekipmanlara yönelik uygulanabilen AMT Arıza Analiz Sistemi ve uygulama örneklerinden bahsedilmiştir. AMT Arıza Analiz Sistemi model bazlı arıza teşhis yöntemi kullanarak, yalnızca akım ve gerilim sinyallerini ölçer;
elektriksel ve mekanik arızaları gelişimlerinin erken safhalarında tespit edip, arızaya kalan süre ve enerji verimliliğine dair bilgileri içeren otomatik bir rapor oluşturur. Dolayısı ile kullanımı ve montajı gayet kolay olup, ölçüm sonuçlarını yorumlamak için herhangi bir uzmanlık gerektirmez. Böylelikle bu sistem ile hem titreşim hem de akım imza analizi sistemlerinin eksiklikleri ortadan kaldırılabilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Portatif Kestirimci bakım, Model Bazlı Arıza Teşhisi, Varlık yönetimi, Enerji Verimliliği
ABSTRACT
At the point of increasing production efficiency on plants and sustainable efficient operations of equipments, predictive maintenance methods have become more important. Nowadays predictive maintenance methods have become more feasible as well as become more developed as a result of increasing competition and developing technology.
This paper is about AMT Fault Analysis System which can be applied to monitor 3 phased systems just like electrical motors, generators and driven equipment and its application cases. AMT Fault Analysis System uses model based fault diagnostic method and with only measuring current and voltage signals; automatically generates a report indicating electrical and mechanical faults, time to failure information, and effects of faults on energy efficiency. Therefore it is easy to use as well as installation, hence there is no need to use expert people for analyze the data. That’s why this system takes away disadvantages of both vibration and current signature analysis techniques.
Key Words: Portable Predictive maintenance, Model Based Fault Detection, Asset management, Energy Efficiency
2 1. GİRİŞ
İşletmelerde plansız duruşları ve ekipman arızalarını en aza indirmek amacıyla ortaya çıkmış kestirimci bakım yöntemleri son yıllarda giderek yaygınlaşmaktadır. Özellikle de üretimin kritik koşullarda yapıldığı yerlerde kullanımı adeta bir gereklilik haline gelmiştir. Çünkü kestirimci bakımın üretimin devamlılığı, istenmeyen duruşları minimize etme, parça ve işçilik maliyetlerinde azalma gibi faktörler üzerine olumlu etkisi herkes tarafından bilinmektedir.
Kestirimci bakım metotları arasında titreşim analizi, endüstride kullanılan son derece yaygın bir yöntemdir. Fakat titreşim analizi hem veri toplanmasında hem de sonuçlarının yorumlanmasında uzmanlık gerektirir, pahalıdır ve kullanımı son derece zordur. Bu nedenle üreticiler kullanımı kolay, daha ucuz kestirimci bakım ürünlerini talep etmektedirler.
Titreşim bazlı sistemlerin bir kısım eksikliklerinin üstesinden gelmek için “akım imza analizi” adlı bir yöntem kullanılmaktadır. Veri toplama akım imza analizinde basittir çünkü sadece elektriksel sinyaller ölçülmektedir. Hem mekanik hem de elektriksel arızaları da tespit eder. Fakat verilerin yorumu için uzman personele ihtiyaç vardır ve titreşim analizinde olduğu gibi burada da inceleme çok zaman alır.
Titreşim analizindeki gibi, akım imza analizi ayrıca bir çıktı analizidir. Gerilimden etkilenen akım verilerini analiz eder. Bu yüzden olağandışı bir harmoniğin motordaki bir problemden mi yoksa gerilimdeki beklenmedik harmoniklerden mi kaynaklandığını ayırt etmek zordur.[1]
2. PORTATİF ARIZA ERKEN UYARI SİSTEMİ
AMT Arıza Analiz Sistemi, hem titreşim hem de akım imza analiz sistemlerinin eksikliklerini gidermek üzere ortaya çıkmıştır ve çalışma prensibi bu metotlara nazaran farklı, yenilikçi ve kendine özgüdür.
Model bazlı arıza tespit ve teşhis tekniği kullanılarak, üç fazlı sistemin beklenen dinamik davranışı (model) ile gerçekleşen (ölçülen) dinamik davranışı karşılaştırılır. Bu karşılaştırmada dikkati çeken farklılıklar varsa bir arıza gelişmeye başlamıştır sonucuna varılır. AMT Arıza Analiz Sistemi önce bir süre boyunca sistemden gerçek zamanlı veri alarak ve bunu işleyerek sistemi öğrenir. Beklenen dinamik davranış ve model parametrelerinin hesaplanması için, sistem tanıma algoritmaları kullanılarak veriler işlenir. Sistemin parametrelerindeki değişiklikler sistemde gelişen arızaları gösterir.
Bir adım ileri gidilerek bu parametreler hata teşhisi için kullanılır.
Geleneksel titreşim ve akım imza analizinin aksine, bu yaklaşım bir neden-sonuç (girdi-çıktı) ilişkisi kullanır ve bu nedenle çevredeki gürültülerden ve girdilerdeki gürültülerden etkilenmez. Ayrıca beklenen ve gerçek davranış arasındaki fark yalnızca sistem tarafından oluşturulan anormallikleri gösterir ki böylece daha erken ve doğru uyarılar verilir. Sadece gerilim ve akımları ölçmesine rağmen, arıza bulma kapasitesi (mekanik ve elektriksel) oldukça geniştir.[2]
Bu sistem ile motor tahrikli ekipmanlarda gelişmekte olan elektriksel ve mekanik arızalar, arızaya kalan süre, düzeltici öneriler ve enerji verimliliğine etkileri otomatik durum değerlendirme raporu olarak oluşturulur. Sistemi her boyutta ve güç seviyesindeki üç fazlı AC motorlara ve jeneratörlere uygulamak mümkündür. Sürülen ekipmanın performansının düşmesine bağlı olarak ortaya çıkan belirtileri kesin ve anlamlı bir şekilde görüntüleme yeteneğine sahiptir. Sistem; kullanımı basitleştiren ve bu alanda eğitim almamış kişilerin de kolayca kurulumu gerçekleştirebileceği üç akım ve üç gerilim sensörünü kullanır. Test süresi bir saat civarındadır. Dolayısıyla günde 5-7 test yapılabilir. Rapor test sonunda otomatik üretilir.[3]
AMT Arıza Analiz Sistemi, titreşim bazlı ve akım imza analiz sistemlerinin kullanımında oluşan dezavantajların birçoğunu ortadan kaldırır:
• Maliyet; AMT Arıza Analiz Sistemi ve aksesuarları ucuzdur.
3
• Montaj ve kurulum kolaylığı; AMT Arıza Analiz Sistemi ile verilen akım trafoları ve gerilim ölçüm kabloları sayesinde kurulum motor panosu içerisinde kolay bir şekilde yapılabilmektedir.
• Kullanım kolaylığı; AMT Arıza Analiz Sistemi ile verilen dizüstü bilgisayarı ile ölçüm kolayca yapılabilmekte ve ölçüm sonucu otomatik oluşturulan arıza analiz raporu ile hiçbir uzmanlık gerekmeden ekipmanın durumu görülebilmektedir.
• Geniş arıza kapsamı; Tek bir cihaz kullanılarak hem elektriksel hem de mekanik arızalar tespit edilebilir.
• Erken uyarı; Her bir arıza parametresi için belirlenmiş sınır değerler yardımıyla arızanın ciddiyeti belirlenir ve arıza henüz çok erken safhalarda ortaya çıkarılabilir.
AMT Arıza Analiz Sistemi’nin titreşim ve akım imza analiziyle bir karşılaştırması Tablo 1’ de verilmiştir.
Tablo 1. AMT Arıza Analiz Sistemi teknolojisinin titreşim ve akım imza analiziyle karşılaştırılması
3. ARIZA ANALİZ RAPORU
İlk örnek krom bileşikleri fabrikasında test edilen ekipmanları içermektedir. Tesiste toplam 5 adet ekipman AMT Arıza Erken Uyarı sistemi ile izlenmiştir. İzlenen motorlara ilişkin özet durum aşağıdaki tabloda verilmiştir:
Beklendiği gibi çalışan motor ve ekipman sayısı 0 3 ay içerisinde kontrol edilmesi gereken ekipman sayısı 2 6 ay içerisinde kontrol edilmesi gereken ekipman sayısı 3
ÖZELLİKLER AMT Arıza
Analiz Sistemi Akım İmza
Analizi Taşınabilir Titreşim Analiz Sistemi
Ucuz? Evet Hayır Evet
Kurulumu / veri toplaması
kolay? Evet Evet Hayır
Kullanımı kolay? Evet Hayır Hayır
Uzman olmayan personel
tarafından kullanılabilir mi? Evet Hayır Hayır
Geniş arıza kapsamı, hem
mekanik hem elektriksel? Evet Evet Hayır
Daha düşük eşikler / ileri düzey
uyarı? Evet Evet Evet
4 Tablo 2. İzlenen motorlar ve yapılması gereken bakıma ilişkin öneriler
Ekipmanların arızalı operasyonu hem enerji verimliliğini düşürmekte hem de beklenmedik duruşlar ile üretim kayıplarına neden olmaktadır. Arızanın giderilmesi sırasında meydana gelecek zaman kaybı da göz önüne alındığında, firmanın sağlayacağı kazancın on binlerce TL’nin üzerinde olacağı tahmin edilmektedir. AMT ile izlenen ekipmanlarda mevcut arızaların giderilmesi halinde toplam 52.800 TL/Yıl tasarruf fırsatı bulunduğu hesaplanmaktadır.
Döner Fırın Fanı ekipmanında detayı raporda belirtilen birçok arıza tespit edilmiştir. Bu nedenle mevcut motorun daha verimli bir yenisiyle değiştirilmesi önerilmektedir. Yatırım geri dönüş süresi 1,1 yıl olarak hesaplanmıştır.
Ekipman verimi sabit değildir, işletme koşulları içerisinde değişiklik gösterebilir. Bu nedenle ekipman durumunun online olarak izlenmesi ve tespit edilen olumsuzlukların başlangıç aşamasında giderilmesi, verimli operasyonun devamlılığını sağlar. Böyle bir projenin yaklaşık maliyeti 35.000 TL olup, yatırım geri dönüş süresi 8 ay mertebesindedir.
AMT sistemi ile değirmen motoru için otomatik olarak oluşturulan durum değerlendirme raporu aşağıda verilmiştir. Raporun ilk sayfasında, ekipmanın durumu güç spektral yoğunluğu grafiğinin basitleştirilmiş hali olan bar grafiği ile gösterilmiştir. Bu grafik aynı zamanda ekipmanın durumunu, tüm dünyada MCM sistemi ile izlenen ekipmanların ortalaması ile de kıyaslamaktadır. Raporda değirmen motorunun durumu, arızaları ve bunların enerji verimliliği üzerine etkileri gösterilmektedir. Raporun ikinci sayfasında ise elektriksel değerlerle ilgili bilgiler gösterilmektedir ve bu değerlerin beklenen aralığın dışında olması durumunda uyarı verilmektedir. Raporun son sayfasında ise ileri düzeyde teşhis yapmak isteyen kullanıcılar için güç spektral yoğunluğu grafiği verilmektedir.
EKİPMAN ADI DURUM/AÇIKLAMA SÜRE
ARIZALARIN GİDERİLMESİYLE
BEKLENEN TASARRUF MİKTARI Değirmen Motor izolasyonunda eskime tespit edilmiştir. 6 ay içinde 29.000 TL
Döner Fırın Ana Tahrik 2 Motor ya da ekipmanda gevşeklik ve redüktör
problemi tespit edilmiştir. 6 ay içinde 3.500 TL Döner Fırın Ana Tahrik 1 Motor ya da ekipmanda gevşeklik ve redüktör
problemi tespit edilmiştir. 6 ay içinde 5.000 TL Döner Fırın Fan 1 Balanssızlık, eksenel kaçıklık, stator ve rotor
eğriliği arızaları göz önüne alınarak bakım
planlanmalıdır. 3 ay içinde 3.000 TL
Döner Fırın Fan 2 Balanssızlık, eksenel kaçıklık, rotor eğriliği ve stator arızaları göz önüne alınarak bakım
planlanmalıdır. 3 ay içinde 12.300 TL
5 Şekil 1. Örnek arıza analiz raporu
6 Şekil 2. Elektriksel değerler tablosu
Şekil 3. Güç spektral yoğunluğu grafiği
7 Benzer görevleri yapan ekipmanlar, güç spektral yoğunluğu grafikleri karşılaştırılarak performansları ve arıza durumları kıyaslanabilir. Aşağıda görüldüğü gibi Döner Fırın Ana Tahrik 1 ve 2, ayrıca Döner Fırın Fan motorları 1 ve 2 kıyaslamaları yapılmıştır:
Şekil 4. Ekipmanlardaki redüktör problemi kıyaslaması
Şekil 5. Fanlardaki balanssızlık problemi kıyaslaması
Yukarıdaki görüldüğü gibi Döner Fırın Ana Tahrik 2 motorunun redüktör problemi, Döner Fırın Ana Tahrik 1 motoruna göre daha ciddi seviyededir ve dolayısı ile bakım önceliği bu motora verilmelidir.
Aynı şekilde balanssızlık problemi göz önüne alındığında da Döner Fırın Fanı 2 motoruna, diğer motora göre bakımda öncelik verilmesi tavsiye edilmektedir.
Aşağıdaki raporda diğer bir vaka analizi de görülmektedir. Raporda iplik üretim tesisinde kullanılan bir pompa incelenmiştir. Raporda aktarma elemanı problemi tespit edilerek alarm gösterilmiştir. Aynı zamanda gelişmekte olan stator arızası ve rotor eksantriğindeki problem de henüz erken safhalarda tespit edilmiştir.
---
Döner Fırın Ana Tahrik 2---
Döner Fırın Ana Tahrik 1---
Döner Fırın Fanı 1---
Döner Fırın Fanı 28 Şekil 6. Örnek arıza analiz raporu
9 SONUÇ
İncelenen örneklerde AMT Arıza Analiz Sistemi ile yalnız üç faz gerilim ve akım ölçümü yapılarak motor tahrikli ekipmanlarda olabilecek elektriksel ve mekanik arızaların henüz erken safhalarda nasıl tespit edildiği görülmüştür. Bunun yanı sıra arızaya kalan süre, düzeltici öneriler ve enerji verimliliğine etkileri de otomatik oluşturulan durum değerlendirme raporunda gösterilmiştir.
AMT Arıza Analiz Sistemi’nin oluşturduğu raporlar ile herhangi yoruma gerek kalmadan, bu alanda eğitim almamış kişilerin de kolaylıkla kullanabileceği bir sistem olması ve ucuzluğundan ötürü; hem titreşim hem de akım imza analiz sistemlerinin eksiklikleri ortadan kaldırılmıştır.
KAYNAKLAR
[1] DUYAR, A., Model Bazlı Arıza Analizi ve Kestirimci Bakım, TMMOB, 2009 [2] DUYAR, A., Simplifying Predictive Maintenance, Orbit, 31, 1, 38-45, 2011 [3] Artesis Asset Management Toolkit Datasheet, 2013
ÖZGEÇMİŞ
Prof. Dr. Ahmet DUYAR
Lisans ve Yüksek Lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi’nde, Doktora eğitimini de ABD Akron Üniversitesi’nde tamamladı. ABD de Florida Atlantic Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde öğretim üyeliği ve bölüm Başkanlığı görevlerinde bulundu. NASA, ABD Ordusu ve Florida Eyaleti tarafından desteklenen araştırmalarında Uzay Mekiği Ana Motoru, Helikopter motorları ve Uçak motorlarında arızaların önceden tespiti uygulamalarını yaptı. Bu çalışmaları için 1990 yılında Florida Eyalet Valiliği Bilim ödülünü aldı. Türkiye’ ye 1999 yılında dönüp Arçelik’ le birlikte Artesis firmasını kurdu.
Ufuk ALAGÖZ
İstanbul doğumludur. Lisans eğitimini Karadeniz Teknik Üniversitesi, Elektrik – Elektronik Mühendisliği bölümünde 2012 yılında tamamlamıştır. Halen Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş.’nde Teknik Hizmetler Yöneticisi olarak çalışmaktadır. İlgi alanları arasında enerji verimliliği ve elektrik makinelerinde arıza teşhisi bulunmaktadır.
Alper YAMAN
Lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi Fizik bölümünde, Yüksek Lisans eğitimini aynı üniversitenin Biyomedikal Mühendisliği enstitüsünde 2000 ve 2003 yıllarında tamamladı. Halen doktora eğitimine aynı enstitüde devam etmektedir. 2001 – 2005 yılları arasında araştırma görevlisi olarak çalıştı. Halen Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş.’nde Arge Mühendisi olarak çalışmaktadır. Araştırma alanları arasında yazılım mühendisliği, sinyal ve görüntü işleme, biyomekanik, robotik, optimizasyon ve veri madenciliği bulunmaktadır.
Özden GÜLER
1981 Bolu doğumludur. Lisans eğitimini Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik Mühendisliği bölümünde tamamlamıştır. 2010-2012 yılları arasında AKSA Jeneratör ’de Satış Danışmanı olarak çalışmıştır.
Halen Artesis Teknoloji Sistemleri A.Ş firmasında Satış Yöneticisi olarak görev yapmaktadır.
