Überwachung von Pumpen- und Motorsystemen

Using Lansitec Bluetooth Sensor with Accelerometer and Lansitec LoRaWAN Tor

Einführung

Zweck

Diese Fallstudie untersucht die Bedeutung der Bewegungsüberwachung in industriellen Umgebungen. Industrielle Anwendungen jeder Größenordnung sind auf verschiedene Motoren angewiesen, damit Maschinen funktionieren, und die proaktive Überwachung dieser Motoren kann sich für Fertigungsprozesse als entscheidend erweisen. Die Fallstudie untersucht den Einsatz von Lansitecs B005 Bluetooth Beacon mit zusätzlichen eingebauten Beschleunigungsmessern und der SocketSync Bluetooth-Gateway mit LoRaWAN for monitoring a pump and motor system. The Sensoren are deployed to measure vibrations and detect abnormalities in the system's operational behavior via a beaconing technology, transmitting real-time data to the cloud for monitoring and alerting.

Bedeutung der Zustandsüberwachung

Keeping track of the state of motors is crucial to guarantee their effective and dependable performance. Industrial systems are susceptible to wear, misalignment, and other problems causing excessive vibrations, potentially leading to expensive downtime or equipment failure. Continuous monitoring helps detect problems early, leading to preventive maintenance and reducing unexpected breakdowns. Using IoT technology such as Lansitec Sensoren can help businesses improve equipment lifespan, cut down on maintenance expenses, and optimize operational effectiveness.

Systemübersicht

Pumpen- und Motorsystem

Die typische Motor-Pumpen-Konfiguration, die wir zur Veranschaulichung dieses Anwendungsfalls verwenden, wird in Branchen wie Wasserversorgung, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik und Fertigung eingesetzt und beinhaltet, dass der Motor elektrische Energie in Drehbewegung umwandelt. Die Pumpe überträgt diese mechanische Energie dann, um Flüssigkeiten durch Rohrleitungssysteme zu bewegen. Diese nahtlose Interaktion ist für den Dauerbetrieb in verschiedenen Sektoren von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise sorgen Pumpen in der Wasserversorgung für konstante Durchflussraten, um den Bedarf zu decken, während Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechniksysteme auf Pumpen angewiesen sind, um Flüssigkeiten zum Heizen und Kühlen zirkulieren zu lassen.

Herausforderungen

Motorpumpensysteme sind häufig mit mehreren betrieblichen Herausforderungen konfrontiert. Faktoren wie Verschleiß, Fehlausrichtung der Komponenten und Rotorunwucht können im Laufe der Zeit zu übermäßigen Vibrationen führen, die ein entscheidendes Zeichen für eine Verschlechterung des Systems sind. Vibrationen können Lager, Dichtungen und Kupplungen beschädigen, was zu mechanischer Belastung und letztendlich zu frühzeitigen Ausfällen führt. Zu den häufigsten Problemen gehören:

Überwachung von Pumpen- und Motorsystemen Lansitec

Fehlausrichtung

Eine falsche Ausrichtung der Motor- und Pumpenwellen führt zu zusätzlicher Belastung der Lager und Dichtungen.

Lagerverschleiß

Längerer Einsatz ohne ausreichende Schmierung oder mit verschmutzten Schmiermitteln beschleunigt den Lagerverschleiß und verringert die Effizienz.

Ungleichgewicht

Eine ungleichmäßige Gewichtsverteilung bei rotierenden Teilen führt zu verstärkten Vibrationen und belastet die mechanischen Komponenten.

Sensor- und Gateway-Technologie

Introducing Lansitec-Geräte that significantly help to monitor pump's condition

Lansitec B005 Bluetooth Beacon mit Beschleunigungsmesser

This Bluetooth-Beacon can be integrated with a high-precision accelerometer, capable of detecting subtle vibrations and rotational speeds, which is critical for monitoring motor and pump health.

Zu den Hauptmerkmalen gehören:

Der Bluetooth-Beacon constantly advertises iBeacon messages according to settings. It has two built-in high-capacity button cells. The maximum battery life is approximately 5 years with a advertise interval @500ms.

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Bluetooth 5.0

Provides low-energy, wireless communication, enabling real-time data transmission to nearby Gateways within a range of 100 meters.

Beschleunigungsmesser

Misst Vibrationen in drei Achsen und erkennt selbst geringfügige Abweichungen vom normalen Betriebsbedingungen, wie z. B. erhöhte Vibrationen aufgrund einer Fehlausrichtung oder mechanischen Abnutzung.

Kompakte Größe und IP67-Einstufung

Der kleine Formfaktor und das robuste Gehäuse des Beacons ermöglichen die Installation in rauen Umgebungen wie Pumpenhäusern und gewährleisten eine genaue Datenerfassung ohne Kabelverbindungen.

Vorteile für den Anwendungsfall

Dank seiner geringen Größe und einfachen Installation kann der Sensor direkt an kritischen Komponenten des Motors und der Pumpe, wie Rotor und Rohrverbindung, angebracht werden. Dort kann er kontinuierlich auf übermäßige Vibrationen achten und Benutzer auf Probleme aufmerksam machen, bevor diese zu Systemausfällen führen. Dank seiner Bluetooth-Funktion werden Daten ohne komplizierte Verkabelung drahtlos an das Gateway übertragen, was Installationszeit und Wartungsaufwand reduziert.

Lansitec SocketSync Bluetooth-Gateway

The Socket Sync Gateway acts as the data bridge, collecting information from the Bluetooth Sensoren and forwarding it to the cloud for analysis.

Zu seinen Spezifikationen gehören:

Das SocketSync Bluetooth Gateway basiert auf BLE- und LoRa-Technologie. Mit der fortschrittlichen LoRa-Technologie und dem integrierten BLE-Modul empfängt und meldet das BLE-Gateway die Nachrichten der BLE-Geräte an die LoRaWAN gateway. The parameter settings, such as the heartbeat period, LoRaWAN Arbeitsmodus und Sensordaten zum Senden einer BLE-Nachricht sind je nach Kundenwunsch anpassbar.

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Bluetooth 5.0

Enables the gateway to connect with numerous Bluetooth Sensoren at the same time up to a distance of 100 meters.

Wi-Fi- und Ethernet-Konnektivität:

Bietet verschiedene Verbindungsmöglichkeiten für die Datenübertragung in die Cloud und gewährleistet Zuverlässigkeit in unterschiedlichen Netzwerkeinstellungen.

LoRaWAN-Datenweiterleitung:

The gateway transmits data over extended distances through the LoRaWAN protocol, ideal for remote or large-scale setups.

Vorteile für den Anwendungsfall

The gateway’s ability to handle multiple sensor connections makes it scalable for systems with several motor-pump setups. Its ability to connect to transmit via LoRaWAN and the Wi-Fi backhaul ensures that data is sent to the cloud smoothly, even in areas with no, unreliable cellular or wired internet access. This guarantees continuous monitoring and activation of alarms if abnormal sensor readings are detected.

Einführung in die LoRaWAN-Technologie

What is LoRaWAN Communication Protocol?

LoRaWAN is a low-power, long-range wireless communication technology, one of the big advantages of large-scale deployments. It enables data transmission over several kilometers with minimal energy use. This is especially useful in industrial settings where systems are spread across large areas.

Zu den Hauptfunktionen gehören:

Kommunikation über große Entfernungen

Deckt Entfernungen von bis zu 15 Kilometern im ländlichen Raum und mehreren Kilometern im städtischen Umfeld ab.

Geringer Stromverbrauch

Ideal for IoT deployments where devices are powered by batteries or solar energy, allowing Sensoren Und Gateways to operate for extended periods without requiring frequent maintenance.

Vorteile für den Anwendungsfall

Through the use of LoRaWAN, the system can send important operational information from the pump house to the cloud, even when the location is distant. This feature allows for easy integration in large facilities or installations spread out over a wide area, minimizing the necessity for manual checks and guaranteeing consistent, dependable monitoring of the motor and pump system.

Implementierungsprozess

Installation

Der Bluetooth Sensoren werden direkt am Rotor des Motors und an der Pumpe am Rohranschlusspunkt installiert, wo Vibrationen am ehesten Betriebsprobleme aufzeigen. Ihr kompaktes Design und die kabellose Funktionalität ermöglichen eine einfache Montage mit Klebstoffen oder Klemmen, ohne dass vorhandene Maschinen gestört werden müssen. Die Lansitec Socket Sync Gateway is mounted on the pump house roof, where it has a clear line of sight to the Sensoren, ensuring optimal Bluetooth connectivity and signal strength.

Um genaue Messwerte zu gewährleisten, ist die Kalibrierung des Beschleunigungsmessers von entscheidender Bedeutung. Der Sensor muss unter normalen Betriebsbedingungen auf Grundschwingungen und Rotationsgeschwindigkeit kalibriert werden. Dieser Schritt ermöglicht es dem System, zwischen akzeptablen Betriebsschwingungen und Warnsignalen für mögliche mechanische Probleme zu unterscheiden. Die Kalibrierung kann per Software erfolgen, normalerweise über die zugehörige App oder Webplattform.

Datenfluss

Nach der Installation wird der Lansitec Bluetooth Beacon with Accelerometer erfasst kontinuierlich Daten zu Vibrationen, Beschleunigung und Drehzahl von Motor und Pumpe. Der Beschleunigungsmesser erkennt selbst kleinste Unregelmäßigkeiten im mechanischen Verhalten des Systems. Hier ist eine detailliertere Schritt-für-Schritt-Aufschlüsselung des Datenflusses:

Sensordatenerfassung:
Der Beschleunigungsmesser überwacht dreiachsige Vibrationen und misst die Drehzahl, um ein präzises Profil des Betriebsverhaltens von Motor und Pumpe zu erstellen. Er erfasst Daten wie:
Änderungen der Vibrationsintensität (Hinweis auf Fehlausrichtung, Verschleiß oder Unwucht).
Schwankungen der Drehzahl helfen dabei, etwaige Probleme mit der mechanischen Belastung zu erkennen.

Bluetooth-Übertragung:
Der Sensor überträgt diese Echtzeitdaten drahtlos über Bluetooth 5.0. Diese Bluetooth-Version gewährleistet einen niedrigen Energieverbrauch und stabile Verbindungen über eine Reichweite von bis zu 100 Metern und ist ideal, um die Entfernung zwischen dem Motorpumpensystem und dem Gateway im Pumpenhaus oder in dessen Nähe zu überbrücken.

Gateway-Datenaggregation:
Die Lansitec Socket Sync Bluetooth-Gateway serves as the intermediary device. It receives the Bluetooth signals from multiple Sensoren simultaneously and consolidates the data. The gateway’s ability to support multiple connections ensures scalability for monitoring several motor-pump pairs at once.

LoRaWAN Transmission to the Cloud:
Transmission of data from the gateway to the cloud is done using LoRaWAN-Technologie, allowing for data to be successfully sent over extended distances. The low-power, wide-area network capability of LoRaWAN is crucial for transmitting data reliably in industrial locations or remote pump houses with unreliable or unavailable conventional internet connections. LoRaWAN effectively sends data packets over long distances without using a lot of power, which is crucial for installations relying on solar or battery power.

Cloud-Verarbeitung und Warnungen:
Anschließend werden die Informationen an ein Cloud-basiertes System gesendet, wo sie gespeichert und sofort analysiert werden. Algorithmen für maschinelles Lernen oder vorgegebene Schwellenwerte können ungewöhnliche Muster in den Vibrations- oder Rotationsdaten erkennen und so auf mögliche Probleme hinweisen. Wenn das System Unregelmäßigkeiten wie zu starkes Schütteln oder plötzliche Geschwindigkeitsänderungen erkennt, sendet es sofort eine Warnung über eine mobile App oder ein Web-Dashboard an den Benutzer.

Benachrichtigungen und Wartungsaufgaben: Diese Benachrichtigungen werden zusammen mit allen Betriebsinformationen in einer benutzerfreundlichen Oberfläche angezeigt und bieten praktische Einblicke. Benutzer können Trends verfolgen, vergangene Informationen analysieren und, was am wichtigsten ist, sofortige Warnungen bei möglichen Problemen erhalten. So können umgehend Maßnahmen ergriffen werden, sei es die Einrichtung einer vorbeugenden Wartung oder die Untersuchung eines ungewöhnlichen Messwerts, bevor dieser zu einem schwerwiegenden Problem wird.

Diese reibungslose Datenübertragung gewährleistet eine kontinuierliche Echtzeitüberwachung der Motor-Pumpen-Systeme. So können Wartungsteams frühzeitig auf Warnungen reagieren, Ausfallzeiten minimieren und die Betriebseffizienz verbessern. Überwachungs- und Wartungsworkflow

Echtzeitüberwachung

The information gathered by the Sensoren is displayed in real-time using a dashboard or mobile app that is cloud-based. This interface offers users a complete overview of the operational characteristics of the motor and pump, such as vibration levels, acceleration, and rotational speed. Individuals can monitor patterns in the long run, evaluate how well they are performing, and detect any deviations from typical functioning. The constant flow of data in real-time enables early identification of minor problems, preventing them from developing into significant equipment breakdowns.

Durch die kontinuierliche Überwachung wird sichergestellt, dass Wartungsteams:
Allmählichen Verschleiß erkennen: Durch Beobachtung geringfügiger Vibrationserhöhungen oder anderer Indikatoren.
Führen Sie datengesteuerte Wartung durch: Reparaturen oder Ersetzungen nur dann durchführen, wenn tatsächliche Daten auf ein Problem hinweisen.

Alarmanlage

Das System ist so konzipiert, dass es automatisch Anomalien erkennt, wie z. B. übermäßige Vibrationen oder plötzliche Änderungen der Motordrehzahl, die auf mechanische Probleme wie Fehlausrichtung, Lagerverschleiß oder Unwucht hinweisen können. So funktioniert der Alarmablauf:

Der Sensor erkennt abnormale Vibrationen oder Geschwindigkeiten.
Die Daten werden über Bluetooth zur Socket-Sync-Gateway.
Das Gateway leitet die Informationen weiter durch LoRaWAN in die Cloud.
Wenn die Algorithmen der Cloud-Plattform Abweichungen von normalen Schwellenwerten erkennen, löst sie eine Alarm.

Die Warnung wird sofort und in Echtzeit über die mobile App oder das Dashboard an die Bediener übermittelt. Die Benachrichtigungen werden mit detaillierten Datensätzen geliefert, sodass die Bediener die Schwere des Problems einschätzen und umgehend reagieren können, indem sie entweder eine Wartung veranlassen oder die Maschine anhalten, um weiteren Schaden zu vermeiden. Diese proaktive Methode trägt dazu bei, Ausfallzeiten zu verkürzen und das Risiko kostspieliger Ausfälle zu verringern.

Durch die ständige Überwachung von Vibrationen und Beschleunigungen erkennt das System mechanische Probleme wie Fehlausrichtung, Verschleiß oder Unwucht frühzeitig. Diese Früherkennungsmethode hilft, plötzliche Geräteausfälle zu vermeiden, ermöglicht es Wartungsteams, Probleme im Voraus zu beheben und Betriebsunterbrechungen zu reduzieren.

Kosteneinsparungen werden durch frühzeitiges Erkennen von Problemen erzielt. Dies führt zu einer Verringerung unerwarteter Wartungs- und Ausfallzeiten, was wiederum zu geringeren Reparaturkosten und Betriebsineffizienzen führt. Eine gute Wartung der Geräte kann auch zu Energieeinsparungen führen, da defekte Motoren und Pumpen in der Regel mehr Energie verbrauchen.

Deployment is made easy by using wireless technology like Bluetooth Sensoren Und LoRaWAN for long-distance communication, removing the necessity for intricate and expensive wiring. This decreases the time and effort needed for installation, simplifying implementation for both new and existing infrastructure.

Das solarbetriebene Gateway reduziert den Energieverbrauch durch die Nutzung erneuerbarer Energien, wodurch ein nachhaltiges System entsteht und die Abhängigkeit von externen Stromquellen verringert wird. Dies garantiert, dass das Überwachungssystem auch in abgelegenen oder isolierten Gebieten effektiv funktioniert, was zu zusätzlichen Einsparungen bei den Betriebskosten führt.

Fallstudienszenario

Imagine a water distribution pump station where a motor drives the main pump to supply water to several surrounding areas. It supplies water to a municipality and operates a 20 kW motor driving a centrifugal pump. During normal operation, the Lansitec Bluetooth Beacon with Accelerometer is calibrated to detect vibrations within the acceptable range of 0.1-1.5 mm/s, as per ISO 10816 standards for motor vibration. Over a week, the sensor recorded a steady increase in vibrations from 1.1 mm/s to 2.5 mm/s on the motor’s rotor. This deviation is transmitted to the Lansitec SocketSync Gateway and forwarded to the cloud via LoRaWAN, where the real-time data analysis flags the anomaly. The sensor, calibrated to monitor the motor’s normal operation, identifies this deviation as abnormal. The data is immediately transmitted to the Lansitec Socket Sync Gateway via Bluetooth and then forwarded to the cloud using LoRaWAN. The cloud platform’s algorithms flag this vibration as indicative of potential misalignment in the motor shaft.

Der Alarm wird ausgelöst, wenn die Vibration den voreingestellten Grenzwert von 1,5 mm/s überschreitet, ein kritischer Wert, der auf eine mögliche Fehlausrichtung hinweist. Das Wartungspersonal erhielt über die mobile App eine Warnung, die eine sofortige Inspektion veranlasste. Bei der Untersuchung stellte sich heraus, dass die Kupplung des Motors zu verschleißen begann, was zu einer Fehlausrichtung führte. Ohne Kontrolle hätte dies zu schweren Motorschäden führen können, die kostspielige Reparaturen oder sogar einen vollständigen Motoraustausch nach sich ziehen würden, was mehrere Tage Ausfallzeit zur Folge gehabt hätte.

Ergebnis

Dank der Früherkennung konnte das Wartungsteam die Kupplung reparieren, bevor sie einen Motorausfall verursachte, und so kostspielige Ausfallzeiten verhindern. Das Team konnte die Kupplung zu geringen Kosten von $500 austauschen und so einen Motorausfall vermeiden, der bis zu $10.000 hätte kosten können und mindestens 48 Stunden Ausfallzeit für den Austausch erfordert hätte. Die Pumpstation, die normalerweise täglich 500.000 Liter Wasser verarbeitet, konnte ihre volle Betriebskapazität ohne Unterbrechung aufrechterhalten. Dieser proaktive Ansatz sparte nicht nur Reparaturkosten, sondern hielt auch die Betriebseffizienz der Pumpstation aufrecht, was auf lange Sicht zu einer Reduzierung der Reparaturkosten um 70% führte und erhebliche Störungen der Wasserversorgung verhinderte. Da keine Notfallreparaturen erforderlich waren und die Wasserverteilung nur minimal gestört war, erlebte die Station erhebliche Kosteneinsparungen Und längere Betriebszeit, und demonstriert den Wert einer kontinuierlichen Überwachung bei der Vermeidung kritischer Systemausfälle sowie die Wirksamkeit der Nutzung solcher Systeme zur Verlängerung der Gerätelebensdauer, Optimierung der Betriebseffizienz und Minimierung der Wartungs- und Betriebskosten.

Herausforderungen und Lösungen

Mögliche Hindernisse

Signalstörungen: In industrial environments with metal structures and machinery, Bluetooth signals between Sensoren and the gateway may experience interference, reducing transmission reliability.
Sensor-Fehlkalibrierung: If Sensoren are not calibrated correctly, they may generate false alarms or miss critical data, leading to poor decision-making.
Energieverwaltung: Sensoren Und Gateways, especially in remote locations, rely on stable power sources, which can be a challenge in areas without reliable electricity.

Lösungen

Richtige Kalibrierung und Positionierung: Regular calibration and optimal placement of Sensoren (e.g., on critical motor and pump parts) ensure accurate data collection. Initial calibration should be based on the machine’s baseline vibration levels, with periodic recalibration to account for environmental changes.
LoRaWAN for Reliable Communication: By leveraging LoRaWAN, the system ensures long-range, low-power communication, which is more resilient to interference compared to shorter-range wireless protocols like Wi-Fi or Bluetooth alone. LoRaWAN’s ability to transmit over distances up to 15 kilometers in rural areas makes it ideal for remote pump stations.
Solarbetrieben Gateways: For remote installations, using solar-powered Gateways ensures uninterrupted data transmission even in areas with unreliable or no electrical power. This reduces maintenance costs and provides energy efficiency while enabling continuous monitoring.

Abschluss

The combination of a sensor that has an accelerometer and a beacon with a robust LoRaWAN gateway provides a reliable and scalable solution for monitoring motor and pump systems. Not just in the demonstrated use case but anywhere where motors are involved. The wireless setup reduces installation complexity, while real-time data and early warnings allow for proactive maintenance, preventing costly equipment failures and downtime. This is what Industry 4.0 is all about.

This system’s scalability makes it adaptable to various applications such as HVAC systems, industrial machinery, and remote monitoring sites. The low-power, long-range capabilities of LoRaWAN enable its use in hard-to-reach locations.