© ifm electronic gmbh update: 22.07.2010 page 1

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Wind powerCondition Monitoring

CMSCondition Monitoring Systems (CMS) pour les Eoliennes



Surveillance en ligne des vibrations des machines

Objectifs :

Surveillance permanente des machines

Réduction des coûts de maintenance

Augmentation de la disponibilité des machines

Planification de la maintenance

Analyse des causes des pannes en documentant les évènements

Prévention contre l'arrêt de production non planifié

Maintenance Conditionnelle selon la norme DIN 31051 "Fondements de la maintenance"

CMS



Parties à surveiller sur une éolienne

Drive train (diagnosis)

Tower vibrations (safety)

Rotor blades (safety)

Motors and pumps (diagnosis)



*Blade resonances lead to fatigue failures

<10%Rotor Blades*

11 %Main Bearing

23 %Generator

32 %Main Gearbox

Failure PercentageMechanical Component

Données fournies par l’ assureur Germanisher Lloyd

Risques de casse des éléments mécaniques d’une éolienne



Economies réalisable sur un Multiplicateur

Coût lié à un Multiplicateur: Un nouveau multiplicateur coûte environ 160.000 €

Le délai moyen d’approvisionnement d’un multiplicateur est d’environ 6 mois

Coût nécessaire pour la location d’une grue mobile Transport : environ 30.000 € Coût journalier de la location: 4.000 €

Les avantages d’utiliser un système CMS : L’usure mécanique des éléments est détectée au bon moment.

Les coûts de réparation matériel sont bien moindre que les coûts de remplacement.

Les réparations sur la nacelle sont effectuées dès l’origine.



Applications réalisables avec nos capteurs d ’analyse vibratoire

Rotor• Défaut d ’ajustement des

pales• Vieillisement, fissuration• Endommagements (par ex.

coup de foudre)

Multiplicateur• Usure, rupture de dents• Déport, excentricité de roues dentées

Roulements, arbres• Usure, défaut des bagues de

roulement et d'élémentsroulants

• Vieillisement, fissuration desarbres

Ajustement de la nacelle• Défaut d ’orientation de la

nacelle

Génératrice/accouplement réseau• Enroulements endommagés• Asymétries du rotor, rupture de

la barre• Surchauffe



Principe de fonctionnement du système octavis

Protection permanente des machines

Diagnostic détaillé des machines (rotor, gearbox, génératrice)

Analyse des causes des pannes en documentant les événements

Enregistrement de l’historique et tendances (analyse origine de l’événement, enregistreur de collisions)

Enregistreur FFT (FFT: Fast Fourier Transformation)

Analyse fréquentielle et évaluation



Possibilités techniques des produits efector octavis

Surveillance de l’état d'usure en temps réel et de l'histoire (diagnostic à long terme, mémorisation des tendances / mémoire FIFO avec les intervalles d’enregistrement réglables)

Sélection des fréquences de diagnostic pour le diagnostic des objets endommagés avec les méthodes suivantes :- Fast Fourier Transformation / FFT (par ex. balourd, fréquence d’engrainement …) - Analyse courbe d’enveloppe / HFFT (par ex. roulements, bandes latérales …)

Surveillance bande large des caractéristiques générales des vibrations (DIN ISO 10816)

Signaux d'alarme ou transfert de données à un niveau plus élevé pour la Maintenance (OPC, supervision, SCADA, SAP)

FastFourier Transformation



Les signaux de Pré-alarme et d‘Alarme

Alarme

Pré-alarmePlage normale - OK

temps

Dét

ério

ratio

n

Le temps de réponse de 10 ms est atteint!



Exemples de casses évitées grâce au système IFM Octavis

Couronne

Planétaire



Exemples de casses évitées grâce au système IFM Octavis

Train parallèlegrande vitesse

Arbre fissuré



ifm electronic competitorsOnline Diagnostics efector octavis

Diagnostic values with FFT analysis (FFT: Fast Fourier Transformation)

Diagnostic values with envelope curve analysis (HFFT)

Up to 7 (VE) or 24 (VSE) characteristics can be monitored in parallel

Characteristic values in the time domain (real time diagnosis)

DIN ISO 10816 characteristic values (real time diagnosis)

Observance of process conditions for diagnosis

Observance of process conditions for alarm

Machine protectionAlarms directly to the PLC (without PC software)

Differentiated alarms directly to the PLC

Real-time data acquisition

Trending / Root cause analysisInternal data recording with time stamp

Open data interface (e.g. for visualisation and databases)

YES partially NO

Avantages Techniques du système OCTAVIS

FFT Fast Fourier Transformation)Process conditions: e.g. performance and rotational speed



Caractéristiques du produit : Interface Ethernet / interface OPC

Evaluation de max. 4 capteurs de vibrations (0 ... 10 mA) par électronique de diagnostic

Suivi de la vitesse de la vibration globale suivant norme ISO 10816

Jusqu'à 24 diagnostics en ligne, composés de 80 fréquences individuelles max.

Historique dans la mémoire interne de 30.000 valeurs dont horodatage (horloge temps réel)

2 entrées 0/4...20 mA ou impulsions 24 V pour les données process (par exemple la charge et la vitesse de rotation)

2 sorties d'alarme (PNP 100 mA) ou 1 x sortie alarme + 1 sortie analogique 0/4...20 mA

Utilisation de capteurs de vibrations type VSA001 jusqu'à +125 ° C

Accéléromètre VSA avec électronique de diagnostic séparée VSE0xx



Caractéristiques du produit : Interface Ethernet / interface OPC

Evaluation de 4 capteurs de vibrations max. (0 ... 10 mA) par électronique de diagnostic

Suivi de la vitesse de la vibration globale suivant norme ISO 10816

Jusqu'à 24 diagnostics en ligne, composés de 80 fréquences individuelles max.

Histoire de la mémoire interne de 30.000 valeurs dont horodatage (horloge temps réel)

2 entrées 0/4...20 mA/0…10 V ou impulsions 24 V pour les données process (ex: charge et vitesse de rotation)

2 sorties d'alarme (PNP 100 mA) ou 1 x sortie alarme + 1 sortie analogique 0/4...20 mA/0…10 V

8 entrées/sorties (configurables) comme alarmes ou trigger (PNP 100 mA)

Accéléromètre VSA avec électronique de diagnostic séparée VSE1xx



Caractéristiques du produit : Capteur compact de surveillance vibratoire

avec transmetteur et sortie alarme

Pour la protection permanente des machines

Surveillance permanente des vibrations selon la norme ISO 10816.

Sortie alarme avec seuil et temps de réponse réglables (PNP 500 mA)

Sortie analogique : signal 4...20 mA (4 mA = 0 mm/s; 20 mA = 25 mm/s) pour un affichage en salle de surveillance

LED de visualisation sur le capteur

Réglage facile avec les 2 anneaux permettant également de lire les réglages

Capteurs compacts de diagnostic vibratoire VK



Caractéristiques du produit : Tout en un : capteur et électronique de diagnostic

(pas de nécessité de coffret électrique !)

LED d'affichage sur l'appareil.

Suivi de la vitesse de la vibration globale suivant norme ISO 10816.

Jusqu'à 5 diagnostics en ligne, comprenant les bandes fines de 20 fréquences max.

Historique / mémoire courbe de tendance dans le capteur (jusqu'à 2850 valeurs ou heures par objet)

2 sorties d'alarme (PNP 100 mA)

Transfert de données de diagnostic même sur de longues distances (RS485 / Profibus DP via passerelle)

Peut être utilisé comme un système mobile de mesure (analyseur)

Disponible en 2D/2G ATEX

Capteurs compacts de diagnostic vibratoire VE



Binary and analoguealarm signals

Transfert en ligne des données de diagnostic vibratoire et mesures VSE

Wind turbine PLC

PLC

Router / switch

Diagnostic electronicsVSExxx

Vibration sensorsVSAxxx

Temperature sensor

Parameter setting

Further input signals

Binary and analoguealarm signals

Vibration sensorsVSAxxx

Parameter setting

Analogue load signal

Diagnostic electronicsVSExxx

Analogue speed signal

Inductive sensor for speed monitoring

Analogue load signal

CMS Condition Monitoring Systems

Data server with OPC server and visualisation

Optional data acquisition

Process control and planning level

Real Time Maintenance project implementation

Enterprise ResourcePlanning System, e.g. SAP



Information on VSE recorder: Software for triggered recording of FFT spectrum in form of a file when alarm is exceeded.

Condition monitoring des parcs via VSE recorder software. Analyse détaillée des spectres FFT ou des enveloppes FFT

Service company for maintenance

Data evaluation from wind turbine PCs

Router / switchPossibility to save automaticallywhen triggered by:• status signal• time signal• analogue input signal

SCADA system (control system)

Wind park operator



Condition monitoring des parcs via Ethernet / OPC interface

Information on processor performanceTo sample one value via OPC at a sampling rate of 1 sec takes 1 MHz processing power.Example: 2.4 GHz = 2400 values.

SCADA system (control system)

Wind park operator

Connection via OPC server E30114

Information on OPC server:The number of VSE units depends on the number of transmitted variables and the bandwidth of the network.

Router / switch

Service company for maintenance



Vue d ’ensemble du parc

Possibilité d ’avoir une vue global de tous les parcs



Vue d ’ensemble d ’une éolienne



Vue précise des alarmes

1 500 rpm

58° C



Données Techniques Seuils pour l’évaluation déjà intégrés au système

Diagnostic en ligne des vibrations à un excellent rapport performance / prix

Surveillance décentralisée des installations et des équipements intégrés dans la machine

Différents modèles : appareils compacts de terrain (modèle VK/VE) ou modules d’armoire (modèle VSE)

Pour un suivi de tendance, enregistrement intégré de toutes les valeurs de diagnostic (modèle VE/VSE)

Deux mesures de l’éolienne (La charge et la vitesse de rotation), peuvent être contrôlées et signalées si elles sont au-dessus ou en-dessous des valeurs limites. Elles peuvent être sauvegardées dans la mémoire de l'historique.

Sorties d'alarme TOR et analogique

Fonction de passerelle pour d’autres signaux process

Interface de données standard (OPC) pour l'intégration dans les systèmes de niveau supérieur (modèle VSE)



Le bon produit pour chaque application

Paramètres souhaités But VK VE VSE

Vibration générale de la machine PROTECTION √ √ √

Enregistrement des tendances DOCUMENTATION x √ √

Diagnostic vibratoire DETECTION PRECOCE DE PANNE x x √

Compatibilité réseau SUPERVISION x x √

Modèles



Pour la surveillance de l ’état des roulements et des organes mécaniques critiques (multiplicateur, générateur, etc.), un système de maintenance préventive conditionnelle est nécessaire. Le système d'ifm electronic - comportant le boitier électronique de diagnostique VSE0xx et les capteurs de vibration - VSA0xx peut être utilisé de façon universelle grâce à sa structure modulaire.

Surveiller le Multiplicateur, la Génératrice et l’Arbre lent

Electronique de diagnostique efector octavis VSE0xx & capteur de vibration VSA0xx :

Jusqu'à 4 capteurs de vibration raccordables à un boitier électronique de diagnostique

2 botiers électroniques et jusqu'à 8 capteurs de vibration peuvent surveiller une chaîne complète d'entraînement.

Connexion Ethernet TCP intégrée Mémoire interne des alarmes



Condition Monitoring System “BASIC”pour géneratrice + multiplicateur + arbre lent

Characteristic data: online diagnosis + alarm message + trend recording

consisting of 4 vibration sensors VSA001 and 1 diagnostic electronics VSE002

1) monitoring bearing, converter 2) monitoring bearing, rotor 3) monitoring bearing, rotor shaft (end of gearbox) 4) monitoring rotor bearing 9) speed input (pulse, 4-20 mA) 10) load input (pulse, 4-20 mA) 11) alarm output (2 to 10 alarm outputs) 12) data interface TCP/IP 13) PC for configuration or data storage 14) diagnostic electronics VSEDiagnostic data:

ISO RMS, bearing state (BPFO, BPFI, BSF), cage frequency (FTF), a_peak, a_rms



Condition Monitoring System “COMPLET”pour géneratrice + multiplicateur + arbre lent

Characteristic data: online diagnosis + alarm message + trend recording

consisting of 8 vibration sensors VSA001 and 2 diagnostic electronics VSE

1) monitoring bearing, converter 2) monitoring bearing, rotor 3) monitoring bearing, rotor shaft (end of gearbox) 4) monitoring rotor bearing 5)-8) vibration monitoring gearbox 9) speed input (pulse, 4-20 mA) 10) load input (pulse, 4-20 mA) 11) alarm output (2 to 10 alarm outputs) 12) data interface TCP/IP 13) PC for configuration or data storage 14) diagnostic electronics VSE

Diagnostic data: ISO RMS, bearing state (BPFO, BPFI, BSF), cage frequency (FTF), meshing, side-band analysis, a_peak, a_rms



Des variations de vibration sur les pâles, causées par des fissures ou du givre, peuvent être détectées par nos capteurs de vibrations raccordés à nos boîtiers électroniques.

Surveiller les pâles avec des capteurs de vibration

Electronique de diagnostiqueefector octavis VSE002 & capteur

de vibration VSA001 : 1 capteur de vibration par pale

Diagnostique centralisé avec le boîtier électronique placé dans l'armoire électrique du rotor

Raccordement supplémentaire des détecteurs externes (TOR ou analogique)



Surveiller les pompes et les moteurs en Périphérie

Il y a souvent des moteurs et des pompes dans la périphérie d'une éolienne qui doivent être surveillés. Ainsi, on doit contrôler l ’usure des roulements, le déséquilibre et la cavitation. Efector octavis offre une disponibilité optimale de l'installation grâce à un contrôle permanent de l ’ensemble. On peut aussi surveiller avec nos capteurs le désalignement, les engrenages et les ruptures de dents.

efector octavis VE1xxx : Exemple VE1001 ou VE1002

Détection d ’usure des roulements par analyse des fréquences

Jusqu'à 20 fréquences sélectionnables, niveaux des seuils réglable

Boîtier compact : capteurs, évaluation et diagnostic dans un seul et unique boîtier



Intérêt à choisir ifm electronic

Produits de sa propre production avec des normes de qualité élevées Principal fournisseur des systèmes intégrés de surveillance des vibrations en

ligne Plus de 1.000 éoliennes équipées des systèmes Octavis à travers le monde Développement et production en Europe (Allemagne) Certification QS Contacts locaux compétents dans le monde entier Conseil, formation et de support dans le monde entier



Retour d’ Expériences

Plus de 1.000 éoliennes équipées de CMS IFM (fin 2008)Pays : Espagne, France, USA, Allemagne



Notre partenaire français pour la mise en œuvre et l’expertise CMS



Autres produits IFM dans les éoliennes : Détecteurs inductifs

Détecteurs inductifs IFM & IGM : Exemple IFM204 ou IGM204

Très bonne résistance CEM (bonne résistance à la foudre)

Plage de température de -40oC à +85oC

Haut indice de protection IP67 / IP 69K

Tenue aux vibrations selon EN 60068-2-6 Fc

Tenue aux chocs permanents selon EN 60068-2-29 Eb

Afin d'éviter les surtensions, la vitesse de rotation du générateur doit se situer dans une plage déterminée. Les détecteurs inductifs ifm des séries IFM et IGM sont utilisés pour une détection fiable de la vitesse de rotation.



La centrale hydraulique d ’une éolienne doit être contrôlée de manière précise et fiable.

Pour cela, on utilise des capteurs ou transmetteurs de pression , des capteurs de température et des sondes de Niveau électronique

Capteurs de pression PNxxxx : Exemple PN2 : 1 sortie de commutation

et une 2ème sortie sélectionnable TOR ou analogique avec tension 0...10 V ou courant 4...20 mA

Fonctionnement sans dérives pendant plus de 100 millions de cycles de pression

Affichage des valeurs réglées et mesurées sur un afficheur 4 digits à 10 segments

D'autres gammes de produits utilisables : PK, PP, PA

Autres produits IFM dans les éoliennes : Capteurs de pression, T°, niveau



Nous contacter en France, téléphone 0820 22 30 01

Michel Astier – Agence de ParisResponsable Marché Eolien FrancePhone +33 1 41 67 80 80

Edil Alvarez - Agence du Bourget du LacChef de produit CMS Vibration Phone +33 4 79 96 40-25

Richard Vivent - Agence de NantesIngénieur CMS VibrationPhone +33 2 51 77 40 97

Daniel Chavoutier - Agence de Lyon Ingénieur CMS VibrationPhone +33 4 37 50 32 37

100 personnes en France

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