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SKF Machine Tool Observer MTx

SKF a mis au point un système autonome d’enregistrement des données et de détection d’incidents, le SKF Machine Tool Observer MTx, destiné spécialement à la surveillance des machines-outils et de leurs broches.

Auteur :
Leopold Deinhofer,
Directeur développement commercial et produits, SKF Condition Monitoring Centre, Steyr (Autriche).

 

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Résumé

Pour permettre la production de volumes importants avec une précision élevée dans des secteurs comme l’aéronautique et l’automobile, les machines-outils et broches doivent offrir des rendements et une disponibilité élevés, conditions indispensables à la réalisation des objectifs de coûts et de performances. Le SKF Machine Tool Observer MTx est un système de surveillance sophistiqué qui mesure les paramètres des machines critiques. Utilisé avec des logiciels flexibles, il permet aux constructeurs et aux utilisateurs finaux de surveiller plusieurs machines simultanément et de réduire les coûts induits par des défaillances précoces.

 

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SKF Machine Tool Observer MTx

L’industrie est constamment en quête d’amélioration de productivité, de disponibilité, de précision et de fiabilité des machines de production. Il est de plus en plus important d’éviter les arrêts non planifiés, d’adopter des méthodes de maintenance efficaces et de contribuer à l’amélioration de la qualité et des process. Le SKF Machine Tool Observer MTx est un système autonome d’enregistrement de données et de détection d’incidents pour les machines-outils et leurs broches qui offre des avantages aussi bien aux constructeurs qu’aux utilisateurs finaux, en passant par les sociétés de maintenance de machines-outils.

Il permet d’enregistrer des données de mesure relatives à des machines-outils critiques en provenance d’une grande variété de capteurs : niveau vibratoire, vitesse, température, humidité, passage d’huile et pression d’eau de refroidissement. L’utilisateur et le système de commande de la machine reçoivent une alerte si une valeur est en dehors des limites prédéfinies. Tous les événements tels que dépassement de limite prédéterminée ou endommagement de broche sont enregistrés, accompagnés d’un horodatage précis et des valeurs relevées par les capteurs, et stockés dans une mémoire flash permanente.

Le SKF Machine Tool Observer MTx peut enregistrer des données en continu pendant plus de 10 ans. La machine peut être arrêtée en l’espace de quelques millisecondes grâce à des sorties de relais grande vitesse et le système d’avertissement par e-mail signale alors immédiatement l’incident à la personne en charge de la machine en vue d’une action corrective.

Un système d’accès multi-niveau garantit un degré élevé de sécurisation des données enregistrées. Le système inclut également une suite logicielle serveur et clients pour l’affichage des données en temps réel, la distribution des données et l’administration.

Le SKF Machine Tool Observer MTx offre des avantages significatifs, aussi bien aux fabricants de machines-outils qu’aux utilisateurs finaux. Le SKF MTx :

  • aide à éviter des arrêts-machines non planifiés et coûteux ;
  • permet une traçabilité complète des incidents ;
  • est facile à installer sur des machines nouvelles ou existantes ;
  • améliore la fiabilité et allonge le cycle de vie des machines ;
  • contribue à la maintenance préventive et à l’amélioration de la qualité et des process;
  • fournit un retour d’informations sur l’utilisation globale des Machines.

Le matériel
Le nouveau système autonome d’enregistrement de données et de détection d’incidents (Fig. 1) surveille, enregistre et analyse l’historique et les valeurs maximales des broches de machines-outils. Il est constitué d’un dispositif électronique basé sur des micro-contrôleurs avec une mémoire interne pour le stockage des données et une horloge en temps réel. Les processeurs de signaux permettent une fréquence d’acquisition de données de 200 kHz, ce qui signifie que le SKF MTx procède à une lecture des entrées et à un échantillonnage des données toutes les 5 µs. Toutes les 10 ms, les processeurs stockent les données dans la mémoire flash intégrée, ce qui permet au système de détecter des conditions de fonctionnement anormales. Il prend en charge une grande variété de types de capteurs, avec la possibilité de connecter jusqu’à 14 modèles de capteurs différents simultanément. Chacune de ces 14 entrées peut être configurée séparément et il est également possible de définir une limite indépendante pour chaque capteur.

Les capteurs peuvent être répartis en différents signaux de sortie et unités physiques :

  • niveaux de vibrations selon trois axes avec un accéléromètre triaxial ou des accéléromètres industriels standard ;
  • capteurs de vitesse de broche (5 V, 24 V ou 1 V de crête à crête) ;
  • capteurs de tension (0 à 24 V maximum, paramètres de tension réglables) ;
  • capteurs de courant (4 mA à 20 mA maximum, paramètres de courant réglables) ;
  • température (Pt 100 et KTY 84 prédéfinis, possibilité de définir d’autres capteurs de température) ;
  • capteurs logiques (commutateur binaire, commutation approximative, commutations 0 vers 1).

Le système intègre également deux sorties de relais pour l’alarme ou les arrêts d’urgence selon des valeurs de capteurs pouvant être définies librement sur des bases à deux canaux indépendants. Les mêmes limites programmables sont également utilisées pour les rapports de données et d’état à destination d’adresses e-mails individuelles ou de groupes de contacts configurables. Une LED verte sur le boîtier électronique indique que celui-ci est sous tension et une LED rouge signale un incident enregistré. Le SKF MTx s’installe de préférence à l’intérieur de l’armoire électrique de la machine-outil (Fig. 3), tandis que l’accéléromètre triaxial doit être fixé aussi proche que possible de la tête de broche à l’aide d’une vis M5, d’un aimant ou d’une colle spéciale. La longueur de câble maximale admissible entre le boîtier électronique du SKF MTx et l’accéléromètre est de 12 m. Grâce au circuit d’entrée intelligent, des capteurs préexistants peuvent être utilisés en parallèle. Il est ainsi souvent possible de conserver les capteurs existants du système sous surveillance lors de la mise en place d’un enregistrement de données avec détection d’incidents sur le long terme.

Le logiciel
L’analyse et la présentation des données sont gérées par la suite logicielle serveur et clients qui a été développée sur la base d’une interface Ethernet (LAN) standard avec le protocole DHCP/IP. Les adresses IP sont attribuées automatiquement par le serveur DHCP sur le réseau. La suite logicielle serveur et clients permet à l’utilisateur de piloter et gérer efficacement plusieurs unités SKF MTx à partir d’un PC, via son propre réseau, ou même via Internet. Chaque capteur connecté et configuré peut être surveillé en ligne. Le système serveur et clients autorise également plusieurs sessions client actives via Ethernet. Le logiciel prend en charge différents niveaux d’accès. Chaque application peut être facilement identifiée sur le réseau global par le biais d’une chaîne de caractères définie par l’utilisateur.

Le stockage des données relatives aux signaux de tous les capteurs peut s’effectuer dans une matrice en trois dimensions maximum librement configurable (Fig. 2) :

  • Axe X : huit classes d’accélération mises à l’échelle automatiquement (par ex. 0 à 5 g) ;
  • Axe Y : six classes de vitesse mises à l’échelle automatiquement (par ex. 0 à 8 000 tr/min) ;
  • Axe Z : durée de fonctionnement cumulée de la broche en jours, heures, minutes, secondes et millisecondes ; valeurs minimum, maximum et moyenne d’une température en °C.

Au total, cinq couches différentes (matrices), constituées de tous les signaux des capteurs connectés et configurés, peuvent être prises en charge et enregistrées en parallèle si nécessaire. La durée de vie d’une matrice détermine la durée pendant laquelle des données peuvent être stockées dans une matrice avant qu’une nouvelle matrice soit créée.

La durée de vie de chaque matrice enregistrée peut être définie en fonction de l’application, entre 1 et 400 jours. Quinze matrices maximum peuvent être prises en charge pour chaque couche.

Les données des matrices peuvent être exportées au format CSV. Si le nombre maximum de cellules de matrices enregistrées est atteint, des cellules sont alors rassemblées. Si une valeur mesurée de l’axe X n’entre pas dans la matrice, dans les cinq secondes qui suivent, un événement avec cellules supplémentaires est enregistré, accompagné d’un historique détaillé et d’un horodatage précis pour permettre la vérification des paramètres. Si le maximum de 15 événements ou 25 cellules supplémentaires est atteint, l’axe X de la matrice est modifié et l’événement correspondant à la plus petite valeur X est fusionné dans la matrice. Si une valeur de l’axe Y n’entre pas dans la matrice actuelle, l’axe Y est modifié. Les événements et cellules supplémentaires peuvent être exportés au format CSV. Si une valeur de capteur enregistrée dépasse la limite préconfigurée, un événement de journalisation est enregistré dans l’écran de journalisation dont la capacité maximale est de 250 entrées. Une autre fonctionnalité particulièrement intéressante est la journalisation des données brutes ou données des capteurs. Le logiciel de serveur pour SKF Machine Tool Observer MTx prend en charge la journalisation automatique et le stockage de tous les signaux de capteurs sur le serveur. Il est, par conséquent, possible d’enregistrer des signaux relatifs à une machine toutes les minutes pendant des mois, voire des années. Cette fonction est très utile pour établir des tendances à long terme et des graphiques dans le cadre d’un suivi des conditions du système de la machine-outil. Le SKF MTx peut être utilisé en association avec d’autres outils de maintenance prédictive et préventive. La Fig. 3 montre le SKF MTx installé dans une armoire électrique.

Conclusion
Le SKF Machine Tool Observer MTx constitue un excellent choix pour les secteurs grands utilisateurs de machines-outils comme l’automobile, l’aéronautique, mais aussi l’industrie des roulements et dans le cadre de la maintenance conditionnelle.

Comme une boîte noire d’avion, mais en bleu.  Fig. 1 : matériel et entrées. Fig. 2 : exemple de stockage de données.  Fig. 3 : le SKF Machine Tool Observer MTx installé dans une armoire électrique.

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