Hệ thống giám sát tình trạng (Condition Monitoring) là gì và Ứng dụng
Hệ thống giám sát tình trạng (Condition Monitoring) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài sản và tối ưu hiệu quả sản xuất cho các nhà máy, cơ sở hạ tầng. Hệ thống này của IoT Viet Solution sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu về các thông số hoạt động của thiết bị, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, độ rung,… Giúp nhà máy phát hiện sớm và xử lý kịp thời các hỏng hóc trước khi xảy ra sự cố.
Hệ thống Giám sát tình trạng là gì?
Hệ thống giám sát tình trạng (hay Condition Monitoring) là một hệ thống thu thập và phân tích dữ liệu về tình trạng hoạt động của các thiết bị, máy móc. Hệ thống này là cơ sở cho bảo trì dự đoán, giúp giảm thiểu thời gian chết và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Nguyên lý hoạt động của Condition Monitoring
>> Tham khảo thêm: Condition Monitoring
Có hai phương pháp chính trong giám sát tình trạng thiết bị:
- Giám sát máy móc dựa trên điều kiện: Sử dụng các giới hạn được xác định trước để cảnh báo khi có sự thay đổi bất thường trong dữ liệu.
- Giám sát máy móc dựa trên mô hình: Sử dụng các mô hình học máy để dự đoán các lỗi tiềm ẩn và đưa ra cảnh báo trước khi xảy ra sự cố.
Nguyên lý hoạt động của Condition Monitoring
- Thu thập dữ liệu: Sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu về các thông số hoạt động của máy. Các dữ liệu này được thu thập liên tục theo thời gian thực.
- Phân tích dữ liệu: Sử dụng các thuật toán phân tích dữ liệu để phát hiện các dấu hiệu bất thường. Các dấu hiệu bất thường này có thể là dấu hiệu của sự cố sắp xảy ra.
- Hiển thị dữ liệu: Hiển thị dữ liệu đã phân tích và gửi cảnh báo khi phát hiện các dấu hiệu bất thường đến người vận hành máy, kỹ sư bảo trì hoặc hệ thống quản lý.
Các Kỹ Thuật Giám Sát Tình Trạng Phổ Biến
Hệ thống giám sát tình trạng thiết bị sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để thu thập dữ liệu về trạng thái của thiết bị. Dưới đây là một số kỹ thuật phổ biến nhất:
Giám sát độ rung (Vibration Analysis)
- Sử dụng: Cảm biến rung để đo lường và theo dõi các biến động rung của thiết bị.
- Ứng dụng: Máy móc, động cơ, và các hệ thống quay.
- Lợi ích: Phát hiện sớm các vấn đề như mòn ổ trục, mất cân bằng, hư hỏng cơ học.
Giám sát nhiệt độ (Thermal Monitoring)
- Sử dụng: Cảm biến nhiệt độ để theo dõi biến động của nhiệt độ trong thiết bị.
- Ứng dụng: Bộ truyền nhiệt, động cơ, và các thiết bị nhiệt độ cao.
- Lợi ích: Phát hiện sớm các vấn đề như mòn, quá tải, cháy.
Phân tích dầu (Oil Analysis)
- Sử dụng: Kiểm tra chất lượng của dầu mỡ trong các hộp bánh răng, hộp số, và các bộ phận khác.
- Mục đích: Phát hiện dấu hiệu hư hỏng, đánh giá trạng thái máy móc.
Giám sát siêu âm (Ultrasonic Monitoring)
- Sử dụng: Theo dõi các biến động âm thanh siêu âm để phát hiện sớm các vấn đề.
- Ứng dụng: Hệ thống máy móc như sự bất ổn của trục bi.
Phân tích tín hiệu điện (Electrical Signature Analysis)
- Sử dụng: Cảm biến điện để theo dõi tín hiệu điện của thiết bị.
- Mục đích: Phát hiện sớm các vấn đề điện học như hệ số công suất.
Giám sát sóng âm báo (Acoustic Emission Monitoring)
- Sử dụng: Theo dõi các sóng âm phát ra từ sự kiện bất thường.
- Mục đích: Phát hiện sớm sự cố cơ học như nứt, tăng cường.
Kiểm tra hạt từ (Magnetic Particle Inspection)
- Sử dụng: Phát hiện các vết nứt và sự cố khác trong vật liệu ferromagnetic.
Nhiệt độ học hồng ngoại (Infrared Thermography)
- Sử dụng: Hình ảnh nhiệt để theo dõi sự biến động của nhiệt độ trên bề mặt thiết bị.
Giám sát áp suất (Pressure Monitoring)
- Sử dụng: Đo lường áp suất trong các hệ thống đường ống.
- Mục đích: Đánh giá trạng thái của thiết bị.
Lợi ích khi áp dụng Hệ thống giám sát tình trạng máy móc
Theo nghiên cứu từ các đơn vị uy tínnhư: GE, IBM, Cisco và McKinsey, các doanh nghiệp áp dụng Condition Monitoring sẽ được cải thiện đáng kể ở các khía cạnh:
Condition Monitoring và bảo trì dự đoán
Phát hiện sớm hư hỏng, tránh downtime
Giúp bộ phận quản lý phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường của thiết bị. Từ đó, giúp doanh nghiệp đưa ra kế hoạch bảo trì và sửa chữa kịp thời, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động lên đến 50%.
Nâng cao tuổi thọ thiết bị và tiết kiệm chi phí bảo trì
Là cơ sở để thực hiện bảo trì dự đoán, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị lên 20%. Bên cạnh đó, giúp nhà máy tránh được những hư hỏng nặng nề có thể dẫn đến thay thế thiết bị mới.
Bảo trì dự đoán còn giúp doanh nghiệp tránh được việc bảo trì quá sớm hoặc quá muộn, tiết kiệm chi phí bảo trì đến 30% và tăng hiệu quả sử dụng nguồn vốn.
Tăng hiệu quả vận hành
Các dữ liệu về hiệu suất hoạt động thiết bị được thu thập theo thời gian thực nhờ IoT và được sử dụng để phân tích, cải thiện hiệu quả vận hành của thiết bị.
Đảm bảo an toàn sản xuất:
Theo dõi liên tục của trạng thái thiết bị qua IoT có thể giúp doanh nghiệp phát hiện sớm các vấn đề liên quan đến an toàn, giảm thiểu rủi ro tai nạn 30%.
Việc này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp: dầu khí, hóa chất, năng lượng, nơi an toàn là yếu tố chủ yếu.
Dễ dàng tích hợp và Mở rộng:
Hệ thống Condition Monitoring thường có khả năng tích hợp dễ dàng với các hệ thống khác như: quản lý dữ liệu, ERP (Enterprise Resource Planning), và hệ thống bảo mật.
Các thành phần của hệ thống giám sát tình trạng
Những thành phần chính trong hệ thống giám sát tình trang bao gồm:
Thiết bị cảm biến (Condition Monotoring Sensors)
Các loại cảm biến thường được sử dụng:
- Cảm biến rung động (Vibration Sensor): Đo độ rung của máy móc, giúp phát hiện các vấn đề về ổ trục, bánh răng, và các bộ phận cơ khí khác.
- Cảm biến nhiệt độ (Thermal Sensor): Đo nhiệt độ của máy móc, giúp phát hiện các vấn đề về ma sát, quá tải, và bôi trơn.
- Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor): Phát hiện các vết nứt, gãy của máy móc.
- Cảm biến dòng điện (Current Sensor): Đo và phân tích hiệu suất tiêu thụ điện năng của máy móc.
- Cảm biến áp suất (Pressure Sensor): Đo lường áp suất trong hệ thống ví dụ như nồi hơi, ống dẫn, . . .
- Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại (Thermography Sensor): Theo dõi nhiệt độ hồng ngoại sử dụng hình ảnh nhiệt từ camera để theo dõi sự biến động nhiệt độ trên bề mặt thiết bị.
Thiết bị lưu trữ và phân tích dữ liệu máy móc (Condition Monotoring Analytics)
Lưu trữ dữ liệu:
- Bộ nhớ trong: Bộ nhớ trong của thiết bị thu thập dữ liệu (như PLC, RTU) có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu tạm thời.
- Bộ nhớ ngoài: Thẻ nhớ SD, ổ cứng USB, hoặc ổ SSD có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu dài hạn.
- Lưu trữ đám mây: Các dịch vụ lưu trữ đám mây như Azure, AWS, Google Cloud có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và truy cập từ xa.
Phân tích dữ liệu:
- Bộ thu sóng và Bộ chuyển đổi (Data Acquisition Units): Thiết bị này thu thập dữ liệu từ các cảm biến và chuyển đổi chúng thành dạng số để có thể được xử lý bởi các hệ thống máy tính.
- Máy tính nhúng (Embedded Computers): Máy tính nhỏ và nhẹ có khả năng xử lý dữ liệu tại chỗ, giúp giảm áp lực trên mạng và tăng tốc quá trình xử lý.
- Gateway IoT (Internet of Things): Gateway hoặc Edge device có nhiệm vụ thu thập, xử lý, và gửi dữ liệu từ các cảm biến đến hệ thống trung tâm hoặc đám mây. Nó giúp giảm độ trễ và tăng cường tính linh hoạt.
Phần mềm giám sát tình trạng (Condition Monitoring Software)
Dữ liệu của các cảm biến sẽ được đưa lên cơ sở dữ liệu của phần mềm. Từ đó phần mềm sẽ phân tích và theo dõi, sử dụng các thuật toán để xác định các dấu hiệu bất thường và gửi thông báo đến người sử dụng với các thông tin chi tiết để xác định nguyên nhân gốc rễ của vấn đề.
Phần mềm:
- SCADA: Có thể được sử dụng để lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu giám sát tình trạng.
- Chuyên dụng: Các phần mềm chuyên dụng cho Condition Monitoring như PI System, AspenTech IP.21 có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu chi tiết và dự đoán lỗi.
- Công cụ trí tuệ nhân tạo: Các công cụ AI như TensorFlow, PyTorch có thể được sử dụng để phát triển các thuật toán học máy và trí tuệ nhân tạo cho việc phân tích dữ liệu Condition Monitoring và dự đoán lỗi.
Công nhân thao tác hệ thống giám sát tình trạng
Giải pháp giám sát tình trạng – IoT Viet Solution
Những tính năng của giải pháp giám sát tình trạng (Condition Monitoring Solution) mà IoT Viet Solution mang lại cho khách hàng bao gồm:
Hiển thị chi tiết thông số qua Condition Monitoring Dashboard
- Hệ thống cần có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực để cung cấp thông tin đầy đủ và chính xác về trạng thái hoạt động của máy.
- Cung cấp giao diện trực quan với các biểu đồ, hình ảnh, và đồ thị giúp người quản lý hiểu rõ hơn về tình trạng của máy móc.
- Hệ thống sẽ gửi cảnh báo khi phát hiện các dấu hiệu bất thường. Các cảnh báo này có thể được gửi đến người vận hành máy, kỹ sư bảo trì hoặc hệ thống quản lý.
Phân tích và chuẩn đoán rung động máy
- Cảm biến rung động giúp đo lường và theo dõi biến động rung động của máy móc, phát hiện sớm các dấu hiệu của sự cố như nứt, mài mòn, hay cân bằng không đúng.
- Hệ thống có thể phân tích dữ liệu rung động để xác định nguyên nhân của sự cố và đưa ra khuyến nghị sửa chữa.
Giám sát tình trạng động cơ và phân tích tín hiệu dòng điện
- Cảm biến dòng điện giúp đo lường dòng điện khi động cơ hoạt động không tải và khi động cơ có tải từ đó phân tích và tính toán hiệu suất của động cơ hoạt động.
- Hệ thống có thể phát hiện các vấn đề như quá tải, ngắn mạch, lỗi cách điện,…
Giám sát chất lượng điện năng và điện áp
- Theo dõi và đánh giá năng lượng tiêu thụ như dòng điện và điện áp của thiết bị giúp tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm lượng khí nhà kính.
- Hệ thống có thể phát hiện các vấn đề như hao phí điện năng, sụt áp, nhiễu điện,…
Phân tích sự biến đổi nhiệt độ và áp suất
- Các cảm biến nhiệt độ giúp theo dõi biến động của nhiệt độ trong thiết bị, cho phép phát hiện sự cố như quá nhiệt, kém làm mát, hay cơ học không ổn định.
- Hệ thống có thể phát hiện các vấn đề như quá nhiệt, rò rỉ, tắc nghẽn,…
Thu thập và lưu trữ dữ liệu cho các kế hoạch bảo trì
- Cung cấp báo cáo định kỳ và thống kê về trạng thái của máy, giúp trong việc đưa ra quyết định về bảo dưỡng và tối ưu hóa hiệu suất.
- Hệ thống có thể dự đoán thời điểm cần bảo trì và giúp doanh nghiệp lập kế hoạch bảo trì hiệu quả.
Kết Luận
Hệ thống giám sát tình trạng (Condition Monitoring System) là một công cụ hiệu quả giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm thiểu chi phí và tăng cường an toàn lao động.
Tài liệu tham khảo
- Tiêu chuẩn ISO 13374:2017 – Condition monitoring and diagnostics of machines – Data interpretation and diagnostics
https://www.iso.org/standard/67726.html - Hiệp hội Giám sát Tình trạng Quốc tế (International Condition Monitoring Society)
https://www.icms.org/
