Koneiden ja laitteiden vikaantumista kuvataan varsin usein P-F-käyrällä. Siinä P tarkoittaa pistettä, jossa vikaantuminen alkaa ja F sitä hetkeä, kun kone tai sen osa ei enää pysty tekemään suunniteltua toimintoa, eli on vaurioitunut. Tyypillisesti tämän käyrän eri kohtiin on laitettu merkinnät siitä, missä vaiheessa milläkin teknisellä ratkaisulla voidaan vikaantuminen havaita. Kuvassa 1 on esitetty tyypillinen P-F-käyrä.

Mutta miten on mahdollista löytää vikaantuminen, ennen kuin sen voi havaita kunnonvalvonnalla? Pääasiassa siten, että havaitaan poikkeamia, jotka kertovat kohteen käynnissä jonkin muuttuneen, tai prosessin olevan eri pisteessä kuin oletetaan. Nämä poikkeamat puolestaan ovat niitä tekijöitä, jotka ajanoloon saavat varsinaisen vikaantumisen käynnistymään.

Toisinaan kuulee sanottavan, että eivät koneet hajoa, vaan ne hajotetaan. Tämä tarkoittaa sitä, että koneita ja laitteita ei käytetä siten, kuin on tarkoitettu. Venttiilit ovat kiinni, vaikka kuvitellaan niiden olevan auki, pyörimissuunta ei olekaan se oikea, varakone ei käynnisty vaikka pitäisi, ilmansuodatin on tukossa, jne.

Myös huoltojen ja korjausten jälkeen on varsin tavallista, että koneet ja laitteet rasittuvat huomattavasti normaalia enemmän, kun tuotanto ei lähdekään käyntiin niin kuin Strömsössä. Ei ole myöskään mitenkään harvinaista, että huollossa on tapahtunut virheitä, kuten akseleiden puuttelliset linjaukset ja väärään asentoon jääneet venttiilit, joiden ansiosta hyväkuntoiseksi luultu laite saatetaan heti vikaantumispolulle.

Tämäntapaisten ongelmien ratkaisemiseksi kehitettiin seurantasovellus jo pari vuosikymmentä sitten. Järjestelmän pohjana on samanlaisuuksien havaitsemisen algoritmi (Similarity based modeling), jonka on todettu olevan erittäin nopeasti käyttöön otettava ja toimiva, vaikka osa input-signaaleista puuttuu tai on virheellisiä. Lisäksi se on osoittanut toimivuutensa sadoissa erilaisissa kohteissa sekä koneiden, laitteiden että instrumentoinnin valvonnassa.

Kuva 1. Tyypillinen P-F käyrä.

Kuva 2. Seurantasovelluksen toimintaperiaate.

Kuinka järjestelmä toimii?

Valvottavasta laitteesta luodaan käyttäytymismalli, johon saatavissa olevat mittaus- ja prosessisignaalit mukautetaan. Laitoksen historiatietokannasta ajetaan sopiva määrä dataa, jolloin saadaan määritettyä mittausarvojen normaalit vaihteluvälit ja niiden riippuvuudet toisistaan. Tämän jälkeen voidaan järjestelmä ottaa käyttöön, ja se ilmoittaa poikkeamista tyypillisesti huomattavasti aikaisemmin kuin perinteiset yksittäisiin raja-arvoihin sidotut valvontajärjestelmät. Kuvassa 2 on esitetty seurantasovelluksen toimintaperiaate.

Ensimmäiset seurantasovelluksen asennukset olivat lentokonemoottorien valvonnassa parikymmentä vuotta sitten. Saavutetut säästöt olivat miljoonaluokkaa, ja kyseinen yhtiö laajensi sen käytön koko lentolaivueeseensa, ja otti valvonnan myös itselleen; aikaisemmin se oli toimitettu palveluna. Erityisen toimivaksi ratkaisu on osoittautunut vaativissa kunnonvalvontakohteissa, joissa sitä käytetään perinteisen värähtelyvalvonnan lisänä. Lähes kaikki maailman johtavat energia- ja öljy-yhtiöt ovat sen käyttäjiä, useimmat siten, että ostavat järjestelmän ja sen tulosten analysoinnin palveluna.

Toteutusesimerkkejä

Seuraavassa käsitellään muutamia esimerkkejä siitä, minkälaisia tuloksia järjestelmällä on saatu. On syytä huomata, että sitä ei käytetä vain pyöriville koneille, vaan myös mille tahansa kohteelle, jonka kuntoa voidaan erilaisilla prosessi- ja erikoismittauksilla valvoa. Alla olevat esimerkit ovat kaikki tältä vuodelta ja eri käyttäjiltä.

Esimerkki 1: Kun voimalaitos käynnistettiin 18. kesäkuuta, havaittiin kaasuturbiinin kontin sisälämpötilan olevan 15 astetta normaalista poikkeava, ottaen huomioon käytetyn tehon ja ulkoilman lämpötilan (kuva 3). Tämä lämpötilan nousu ei kuitenkaan ollut tarpeeksi korkea ylittämään mitään mittausjärjestelmän omaa hälytysrajaa.

Kuva 3. GT kierrosluku ja lämpötilat. Sininen on mitattu arvo, vihreä oletettu arvo.

Kuva 4. Kompressorin kierrosluku ja lämpötilat. Sininen on mitattu arvo, vihreä oletettu arvo.

Kuva 5. Höyryturbiinin teho, venttiilin asento ja höyryn lämpötila. Sininen on mitattu arvo, vihreä oletettu arvo.

Kuva 6. Vaihteen öljyn lämpötila, virtaus ja paine. Sininen on mitattu arvo, vihreä oletettu arvo.

Kun startin jälkeisellä viikolla asiaa tarkemmin tutkittiin, huomattiin turbiinin pakokaasukanavassa vuoto, joka lämmitti konttia. Koska vuoto havaittiin jo näin alkuvaiheessa, vältettiin siitä mahdollisesti aiheutuvia seurannaisvaikutuksia sekä päästiin suunnittelemaan korjaus sopivaan väliin. Voimala arvioi säästöjen suuruudeksi noin 180 k€.

Esimerkki 2: Toukokuussa havaittiin kompressorin käyttölämpötilassa muutos. Se oli 12 astetta korkeampi kuin kierrosluku ja koneen kuorma antoivat olettaa. Sama muutos oli näkyvissä useissa eri kompressorin vaiheissa, sekä sisään- että ulostulolämpötiloissa (kuva 4). Kun asiaa tarkasteltiin lähemmin, havaittiin että yksi välijäähdytyspuhallin oli pysäytetty laakerin alkavan vikaantumisen takia. Kun tämä puhallin pistettiin laakeriviasta huolimatta käyntiin, tasaantuivat lämpötilat oletetuille arvoilleen.

Näin vältettiin kompressorin käyttö huonommalla hyötysuhteella ja väärässä käyttölämpötilassa, mistä voi olla vakaviakin seurauksia. Lisäksi asiakas muutti korjaustoimintojaan siten, ettei välijäähdytyspuhaltimen huolto voi enää tulevaisuudessa aiheuttaa kompressorille ongelmia.

Esimerkki 3: Huhtikuussa seurantasovellus havaitsi lämmön talteenoton höyrystimessä ruiskutinventtiilin olevan asennossa 80 % auki, vaikka kyseisessä ajotilanteessa sen oletettiin olevan noin 30 %:n tasolla. Samalla höyryn lämpötila oli 421 °C, kun sen oletetun arvon olisi pitänyt olla 432 °C (kuva 5).

Kun asiaa tutkittiin, havaittiin automaatiojärjestelmän asetusten olevan tältä kohdin vääriä, ja asetukset muuttamalla saatiin tilanne korjattua. Mikäli väärää asetusta ei olisi huomattu, olisi kylmemmän höyryn käyttö lisännyt riskiä höyrystimen kunnon heikkenemiselle sekä veden tiivistymiseen höyryturbiinin matalapaineosaan, molemmat potentiaalisia merkittävien vaurioiden aiheuttajia.

Esimerkki 4: Maaliskuussa huoltoseisokin jälkeen havaittiin, että kaivoksen erään pääkoneen vaihteen voiteluöljyn mittausarvot eivät vastanneet oletettua. Öljyvirtaus oli 200 litraa minuutissa, kun oletus oli 160. Oletettu sisääntulopaine oli 140 kPa, mutta mittaus osoitti sen olevan 315 kPa (kuva 6).

Kun asiaa tarkemmin selvitettiin, havaittiin käynnistysöljypumpun olevan yhä käynnissä, vaikka sen olisi pitänyt sammua itsestään heti koneen käynnistyttyä. Liiallinen voitelu voi olla yhtä vaarallista kuin alivoitelukin, ja riski vaihteen hampaiden ja laakereiden vikaantumiseen oli ilmeinen.

Vika saatiin kuitenkin ajoissa korjattua, ja käynnistyssekvenssi muutettiin siten, ettei vastaavaa ongelmaa pääse syntymään tulevaisuudessa.