Process monitoring using a variable-speed drive : case: Bioproduct mill

Abstract

Electric motor systems account for more than half of the global electricity consumption. End-use consumption mostly consists of fluid handling systems, which are a major consumer in both the industrial and tertiary sectors. Since a fluid handling systems’ life cycle costs and emissions are primarily generated during use, monitoring and ensuring proper operation is vital. Recognizing, and even predicting, phenomena that reduces energy efficiency and increases life cycle costs can make the system operation more economical and sustainable.

This thesis aims to find out the applicability of variable-speed drive monitoring by examining real-life data from a case site. First, a literary review acquaints the reader with the subject by presenting information about the studied industrial fans, VSD monitoring, and the case site. To establish a framework for the case study, the literary review compiles previous studies on VSD-based phenomena monitoring and justifies the used model-based estimation methodology by showcasing their structure and identifying potential accuracy influencing factors. Additionally, the literary review showcases the bioproduct mill operation and its typical fluid handling applications.

The thesis concludes the model-based operation point estimation to be applicable in both the studied systems. Although uncertainty is associated with model-based estimation, they can still be utilized in identifying harmful phenomena from the system. The thesis also discusses, and proposes, potential methods to derive a correction factor to generate estimates with a low relative error compared to realized values. Applicability of VSD-signal-based monitoring could not be evaluated with the received data sets. Therefore, the thesis focuses on outlining the requirements to allow for the applicability testing in future studies.

Virtausjärjestelmissä käytetyt sähkömoottorijärjestelmät muodostavat suuren osan maailman sähkönkulutuksesta. Koska virtausjärjestelmien elinkaarikustannukset ja -päästöt syntyvät ensisijaisesti käytön aikana, niiden valvonta ja optimaalisen toiminnan varmistaminen ovat tärkeää. Energiatehokkuutta vähentävien sekä elinkaarikustannuksia lisäävien ilmiöiden tunnistaminen, ja ennustaminen, voi tehdä järjestelmien toiminnasta taloudellisempaa ja kestävämpää.

Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää taajuusmuuttajapohjaisen valvonnan soveltuvuutta tutkimalla case-tapauksien dataa. Kirjallisuuskatsaus tutustuttaa lukijan aiheeseen esittämällä tietoa teollisista puhaltimista, taajuusmuuttajavalvonnasta sekä case-kohteesta. Case-tutkimuksen rakenteen luomiseksi kirjallisuuskatsauksessa kootaan aiempia tutkimuksia taajuusmuuttajapohjaisesta ilmiöiden seurannasta ja perustellaan valitun mallipohjaisen estimointimenetelmän käyttöä esittelemällä sen rakennetta sekä tunnistamalla mahdollisia tarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä.

Diplomityössä havaittiin mallipohjaisen toimintapiste-estimoinnin soveltuvan molempiin case-tapauksiin. Vaikka mallipohjaiseen estimointiin liittyy epävarmuutta, niitä voidaan silti hyödyntää haitallisten ilmiöiden tunnistamisessa. Diplomityössä tarkastellaan sekä ehdotetaan mahdollisia menetelmiä myös arvojen eroavaisuuksien vähentämiseksi. Taajuusmuuttajasignaalipohjaisen valvonnan soveltuvuuden kokeilemista ei voitu suorittaa käsitellyillä dataseteillä. Tämän takia diplomityössä keskitytään hahmottamaan vaatimukset soveltuvuuskokeilun mahdollistamiseksi tulevissa tutkimuksissa.