Levensduur van kabels is te voorspellen

In de industrie zijn veel applicaties afhankelijk van de data en voeding die ze verkrijgen via bijbehorende kabels. Niet alleen de elektrische installaties, maar ook pneumatische en hydraulische varianten die bijvoorbeeld gebruik maken van een PLC, een compressor of pomp/motor combinatie. De bekabeling is daarbij te beschouwen als een volwaardige asset die onderhoud vereist in het kader van betrouwbaarheid en beschikbaarheid.

Statisch of dynamisch belast

Dit onderhoud is beperkt wanneer de bekabeling statisch wordt toegepast in een beschermde (schone, geklimatiseerde) omgeving. Anders is dit bij kabels die zich óf in een agressieve omgeving bevinden óf dynamisch worden belast. In het eerste geval staat de bekabeling bloot aan onder meer weersinvloeden, zand, zout, temperatuurverschillen, chemicaliën enzovoorts. Factoren die invloed kunnen hebben op voornamelijk de buitenmantel. In het geval van dynamische applicaties, worden kabels vooral bij bewegende en gedwongen geleide industriële toepassingen, zoals in een kabelrups, blootgesteld aan hoge mechanische belastingen. In robottoepassingen treden ook torsiekrachten op.

Afhankelijk van de kabeleigenschappen en de belasting zelf, ontstaat uiteindelijk schade aan de mantel, afscherming of ader, draadbreuk of geometrische vervorming van de verschillende kabeldelen. Bij datakabels leidt dit tot een foutieve of zelfs wegvallende informatieoverdracht; bij voedingskabels tot afwezigheid van de voeding of het regelsignaal. Daarbij is een volledige kabelbreuk relatief duidelijk maar kunnen geleidelijke beschadigingen aan databekabeling leiden tot foutieve informatieoverdracht die niet direct wordt opgemerkt maar uiteindelijk wel gevolgen heeft.

Voorspellend onderhoud

Traditioneel gezien worden kabels correctief of preventief onderhouden. Bij correctief onderhoud vindt vervanging plaats nadat de kabel daadwerkelijk kapot is gegaan en inmiddels heeft geleid tot stilstand van de toepassing. Bij preventief onderhoud wordt de kabel vervangen vóórdat hij kapot gaat. Functioneel gezien een goede oplossing omdat preventief onderhoud goed planbaar is en storingen voorkomt. Anderzijds is het geen oplossing voor plotseling optredende calamiteiten én zullen kabels in principe altijd te vroeg worden vervangen.

Voorspellend onderhoud kan een oplossing zijn voor deze problematiek. Bij dit type onderhoud worden bepaalde eigenschappen van de kabel continu gemonitord. In alle gevallen zijn dit eigenschappen die op een bepaalde manier een graadmeter zijn voor het belangrijkste slijtage- of degradatieproces (faalmechanisme) aan deze kabel. Wanneer een specifieke eigenschap in de buurt komt van een bepaalde grenswaarde, weet de gebruiker dat de kabel het einde van zijn levensduur nadert en kan hem op basis daarvan precies op tijd vervangen.

PMBx (predictive maintenance box)

LAPP besloot om voor kritieke kabels een oplossing te ontwikkelingen waarmee deze assets automatisch worden gemonitord zonder dat het nodig is om regelmatig handmatig metingen te verrichten. Daarbij is de focus in eerste instantie gelegd op Ethernetkabels omdat deze een steeds belangrijker rol spelen bij de datacommunicatie in onder meer machinebesturingen. De conditie van dit type bekabeling is te monitoren door de verschillende datatransmissie eigenschappen te meten. Sietse Nap is Business Development Manager bij LAPP Benelux en weet: “Om de eigenschappen van een Ethernetkabel te monitoren wilden onze engineers bij uitstek géén gebruik maken van bekabelde sensoren. Dit zou het aantal kabels alleen maar doen toenemen terwijl alle tijd en moeite voor installatie van deze sensoren en bekabeling de kosten onnodig zou verhogen. In plaats daarvan is de PMBx (predictive maintenance box) ontwikkeld.”

Gemeten waarden

De conditie van een Ethernetkabel is te monitoren door de verschillende transmissie eigenschappen te meten. Een beschadiging van de afscherming leidt bijvoorbeeld tot een verhoogde EMC-interferentie. Kabelbreuk van één van de vele aders ín de kabel vergroot de demping waardoor minder data wordt overgedragen en bij een complete kabelbreuk stopt de volledige communicatie

In de PMBx worden derhalve de volgende gegevens verzameld:

• Attenuation to Crosstalk Ratio (ACR, demping van overspraak)
• Return loss
• Demping
• Nominal Velocity of Propagation (NVP, nominale voortplantingssnelheid)

Deze gegevens worden transparant en zonder vertraging overgedragen naar de cloud en hier middels een speciaal door LAPP ontwikkeld algoritme – een soort rekenformule – geanalyseerd.

Uit deze berekening volgt de LPI. Dit staat voor LAPP Predictive Indicator en betreft de resterende levensduur van de kabel in procenten. Dit percentage bedraagt 100% bij een nieuwe kabel en loopt terug tot maximaal 20%. Wanneer hij onder deze 20% zakt, is de functionaliteit en integriteit van de kabel niet meer te garanderen en is het tijd om de kabel te vervangen.

Installatie

Het ‘kastje’ zelf is eenvoudig te installeren. Hiervoor wordt hij in de betreffende kabel geplaatst tussen de applicatie en de PLC (die de PMBx niet kan ‘zien’). Aan de ene kant van de PMBx wordt de Ethernetkabel ingevoerd terwijl aan de andere zijde zowel de Ethernetkabel als een tweede sensorkabel weer naar buitenkomen. De Ethernet kabel gaat door naar de PLC terwijl de sensorkabel de gemeten gegevens naar buiten brengt. Sietse Nap: “De betreffende installateur kan hierdoor zijn kabels zoals gebruikelijk installeren zonder extra benodigde kennis. Bovendien biedt de oplossing de mogelijkheid om bestaande Ethernetgebaseerde systemen eenvoudig te retrofitten om zo de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van deze systemen te verhogen en de onderhoudsbehoefte en –kosten te verlagen.”

Meer informatie: https://lappbenelux.lappgroup.com/