Mise en place d'un système de détection et de diagnostic de défaut des machines électriques tournantes

- Hamidreza ZANDI, ENSEM

"Avec son approche simple et ergonomique, LabVIEW nous a permis de réaliser un travail de développement informatique professionnel sans avoir de compétences avancées en programmation."

- Hamidreza ZANDI, ENSEM

The Challenge:

Équiper le banc d'essai de la société Lorelec d'un système de détection et de diagnostic de défaut des machines électriques.

The Solution:

Numériser et conditionner les signaux des différents capteurs à l'aide d'un châssis CompactDAQ. Utiliser LabVIEW, la suite Sound & Vibration et le toolkit Report Generation pour effectuer les traitements mathématiques et créer un environnement logiciel de travail efficace et convivial.

Author(s):

Hamidreza ZANDI - ENSEM
Emmanuel FABVRE - Lorelec

 

La maintenance conditionnelle (MC) des machines électriques est presque aussi ancienne que l'émergence des actionneurs dans l'industrie. Cette technique d'entretien consiste à se baser sur certaines grandeurs physiques comme les vibrations de la machine ou la température des enroulements, pour pouvoir se prononcer sur l'état de santé global de la machine et prédire l'apparition d'une panne.

 

Dans le cadre de son développement technique, la société Lorelec, spécialisée dans la maintenance industrielle, voulait équiper son banc d'essai des machines électriques d'un système de détection et de diagnostic de défaut pour pouvoir vérifier le bon état de santé d'une machine lors de sa révision, localiser les éventuels défauts d'une machine et aussi s'assurer qu'une machine, venue en réparation, est à nouveau prête à fonctionner après une série d'opérations de maintenance.

 

 

Les techniques de la MC des machines

Les techniques et les moyens utilisés pour la maintenance conditionnelle des machines électriques ont beaucoup évolué au fil des ans. Aujourd'hui, parmi les méthodes les plus utilisées dans l'industrie, nous pouvons citer l'analyse vibratoire et l'analyse de courant. Grâce à ces analyses nous pouvons diagnostiquer ou prédire des défauts qui peuvent survenir dans une machine électrique comme, par exemple, le problème de balourd, l'excentricité, le court-circuit entre spires et les barres rotoriques abîmées.

 

Pour notre système de détection et de diagnostic de défaut, nous avons décidé d'utiliser les analyses vibratoires, de courant et de température pour la première phase de notre projet.

 

Environ un mois a été consacré à l'étude technico-commerciale et à la présentation des différentes solutions envisageables pour le système à mettre en place. Pour la partie dédiée à l'acquisition de données, nous avons consulté plus de dix fournisseurs et constructeurs de cartes d’acquisition et d'analyseurs numériques pour arriver à notre choix final : le matériel d’acquisition CompactDAQ. Cette solution, en plus de satisfaire au mieux notre cahier des charges en termes d'acquisition multivoie synchrone , fréquence d'échantillonnage suffisante et support des entrées analogiques variées (tension, IEPE, RDT, TTL), nous permettait d'avoir un système modulaire et évolutif que nous pouvions développer dans les prochaines phases de notre projet, et tout cela à un prix acceptable.

 

 

Système mis en œuvre

Le système réalisé est composé de deux parties, l’une matérielle, l’autre logicielle. Au niveau matériel, nous avions deux accéléromètres triaxiaux et deux monoaxiaux, les quatre IEPE, trois pinces ampèremétriques, deux pyromètres, une sonde de tension équipée des broches capacitives pour la mesure de la tension d'arbre, un détecteur infrarouge pour mesurer la vitesse de rotation de la machine et le matériel nécessaire pour se connecter à des capteurs de température de type PT100 que nous trouvons souvent sur les machines de nos clients. Le conditionnement et l’acquisition des signaux analogiques sont faits avec deux cartes NI 9234 pour les voies IEPE, une carte NI 9220 pour les entrées tension, deux cartes NI 9217 pour les entrées PT100 et une carte NI 9423 pour la vitesse de rotation.

 

Interface homme-machine

Au niveau logiciel nous avions deux principales contraintes à respecter. D’une part, l'opérateur devait pouvoir effectuer le diagnostic de manière efficace. D’autre part, nous devions assurer l'aspect esthétique de l'interface logicielle pour les clients qui assisteraient aux essais de leurs machines. Ayant pris connaissance des possibilités que nous offrait le logiciel LabVIEW nous avions opté pour cet environnement de développement accompagné de la suite Sound & Vibration et du toolkit Report Generation. Ce choix nous a permis d'atteindre notre but et de mettre en place une interface homme-machine efficace et conviviale dans un délai court (environ quatre mois pour réaliser les deux parties matérielle et logicielle). Avec son approche simple et ergonomique, LabVIEW nous a permis de réaliser un travail de développement informatique professionnel sans avoir des compétences avancées en programmation. De plus, grâce à une grande communauté d'utilisateurs nous pouvions trouver la réponse à nos questions rapidement sur internet.

 

 

Caractéristiques du système

Le système final nous permet de diagnostiquer des défauts typiques dans les machines électriques comme le balourd, l’excentricité, le jeu mécanique, des défauts de roulement et le défaut de court-circuit entre spires dans son état primitif.

 

L'interface réalisée permet à l'opérateur de voir l'état de santé global de la machine en se basant sur des indicateurs comme les vibrations globales ou des facteurs de type Kurtosis. Si l'opérateur constate une anomalie parmi ces indicateurs ou s'il veut avoir une analyse plus détaillée de la machine, il a à sa disposition des onglets dédiés à l'analyse vibratoire et de courant statorique où il peut s'appuyer sur des moyens d'analyse temporelle et fréquentielle. L'opérateur peut en l’occurrence placer des curseurs à des fréquences caractéristiques des défauts qui sont calculées en temps réel pour voir si la machine présente ou non un défaut. De même, on peut examiner l'évolution des grandeurs caractéristiques de la machine lors des accélérations et des décélérations dans un onglet dédié ou suivre les grandeurs électriques des centrales de mesure du banc d'essai qui sont visualisées depuis l'IHM à l'aide de la bibliothèque Modbus pour LabVIEW. Enfin, l'opérateur peut enregistrer les spectres de fréquence et comparer plusieurs spectres entre eux.

 

Génération des procès verbaux d'essai

Pour ce projet, nous avons également utilisé le toolkit Report Generation pour générer les procès verbaux d'essai des machines. Ce toolkit nous a permis d'interagir facilement avec des fichiers Word créés avec notre logiciel de GRC, de lire les données nécessaires sur ces fichiers et de compléter ces fiches comme nous l'avions souhaité.

 

Poursuite du projet

Étant satisfaits des résultats de la première phase du projet, nous avons décidé d'intégrer davantage de techniques de diagnostic à notre système ; notamment l’analyse d'orbite pour les machines à paliers lisses. Nous envisageons, en outre, d'ajouter des analyses de type temps-fréquence et de l'analyse d'ordre pour les mesures de vibrations et de courant.

 

Au départ ce projet était uniquement destiné à la plate-forme d'essai de Lorelec. Toutefois, après les retours très positifs de nos clients, nous nous sommes fixé comme objectif de proposer ce système comme un produit à d'autres entreprises.

Janvier 2015

 

Author Information:

Hamidreza ZANDI
ENSEM
linkedin.com/in/hrzandi
France
Tel: +33 (0)6 22 40 09 42
hrzandi@gmail.com

Banc d'essai de Lorelec. Nous pouvons voir à droite l'IHM, au milieu le module d’acquisition avec les capteurs, rangés dans un châssis mobile et à gauche les capteurs placés sur une machine.
Dans la page supervision, l'opérateur peut constater l'état global de la machine en se basant sur des indicateurs de défaut.
Diagnostic de défaut des roulements de la machine en utilisant la transformée de Hilbert. Les fréquences de défaut sont calculées en recherchant les références DIN des roulements dans une base de données.