Comment les caméras infrarouges (IR) aident à la surveillance de l’état (SE)
Une caméra thermographique (imagerie infrarouge ou caméra thermique) utilise le rayonnement infrarouge pour détecter des objets.
L’imagerie infrarouge joue un rôle essentiel dans la maintenance prédictive. Les caméras surveillent les machines ou les équipements de l’usine pour créer des images thermiques qui révèlent les points chauds. Ces points chauds aident à détecter les futurs dysfonctionnements, les surchauffes, les dommages aux machines ou aux installations et les blessures du personnel. Les réparations ou la maintenance peuvent être effectuées au moment le plus sûr et le plus rentable.
Une condition essentielle pour le fonctionnement sûr de toute installation électrique est la sélection correcte des équipements. L’entretien de tels équipements doit suivre des paramètres établis au niveau de l’évacuation de la chaleur dans tous les modes de fonctionnement et des pièces conductrices de courant qui les relient. Le transfert de chaleur s’effectue également dans les installations électriques des zones chaudes vers les zones froides de trois manières : par conduction, convection et rayonnement.
Système d’imagerie thermique / caméra infrarouge
Chaque objet émet de l’énergie infrarouge, appelée signature thermique. Cette énergie infrarouge est mesurée et détectée par une caméra infrarouge (IR) ou imageur thermique. La caméra convertit ces données infrarouges en une image électronique représentant la température de surface apparente de l’objet mesuré. Un imageur thermique possède un système optique qui concentre l’énergie infrarouge sur une puce de détection spéciale (ensemble de capteurs) composée de milliers de pixels de détection disposés en grille. Un signal électronique est produit lorsque chaque pixel du réseau de capteurs réagit à l’énergie infrarouge focalisée sur lui. L’unité de traitement de la caméra prend le signal de chaque pixel et applique un algorithme mathématique pour créer une carte de couleurs (thermographe) de la température apparente de l’objet mesuré. Chaque valeur de température se voit attribuer une couleur différente et une matrice de couleurs est produite. Cette matrice est envoyée à l’unité de mémoire de la caméra, qui affiche la thermographie (image thermique) de l’objet, comme le montre la figure 1.
Figure 1 : Système d’imagerie thermique (caméra infrarouge)
Scénario d’applications de la SE avec une caméra infrarouge
En détectant des anomalies souvent invisibles à l’œil nu, la thermographie permet de prendre des mesures correctives avant que des pannes coûteuses ne surviennent. Il existe une infinité de cas d’utilisation des caméras thermiques dans le domaine de la maintenance prédictive ; certains d’entre eux sont l’entretien électrique et mécanique, les services publics et la perte d’énergie. Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des défis rencontrés dans le scénario d’application industrielle.
Inspections en cas de faible tension : Les inspections électriques nécessitent des caméras infrarouges. Des connexions électriques lâches augmentent la résistance du courant, entraînant une augmentation de la température. En conséquence, des défaillances des composants peuvent être provoquées, entraînant des pannes imprévues et des blessures. De plus, l’efficacité d’un réseau électrique diminue avant la panne. En conséquence, de l’énergie est perdue en générant de la chaleur, entraînant des pertes inutiles, comme indiqué ci-dessous.
Inspections en cas de tension élevée : Des caméras infrarouges sont couramment utilisées pour surveiller les transformateurs de puissance. Les températures des ailettes de refroidissement et des connexions haute tension peuvent être comparées afin que des mesures correctives puissent être prises avant que des problèmes importants ne surviennent. Les disjoncteurs, interrupteurs et lignes électriques à haute tension font partie des autres installations à haute tension qui sont contrôlées par une caméra infrarouge. L’imagerie infrarouge identifiera les régions potentiellement problématiques, comme le montre la figure ci-dessous.
Maintenance mécanique : La plupart des industries manufacturières se composent d’équipements statiques et rotatifs critiques qui sont des éléments essentiels aux opérations, tels que les moteurs, démarreurs, convoyeurs, systèmes d’assemblage, etc. Les données thermographiques complètent les études vibratoires dans le suivi des équipements mécaniques.
Figure 2(a) : Mauvaise connexion et dommages internes (b)fusible interne endommagé
Figure 3(a) : Connexion mal sécurisée (b)Inspection des lignes électriques à haute tension
Figure 4(a) : Rouleau suspect (b)Moteur en surchauffe
Intégration de la thermographie infrarouge avec la surveillance de l’état
Afin de détecter les défauts à l’aide d’une caméra thermique infrarouge, un algorithme de scan de surveillance IR est présenté ci-dessous pour le processus de scan de l’équipement global. Le scan IR fait partie d’un système de surveillance de l’état intégré utilisant d’autres technologies pour une surveillance de l’état complète.
Le cas échéant, le processus de scan de la machine ou de l’équipement peut être configuré à des intervalles de temps prédéterminés. Une fois le processus de scan lancé, il compare les images thermiques d’une cible définie à l’image de référence de l’équipement pour repérer les anomalies thermiques dans le système. Si aucun écart n’est trouvé, un processus avec un nouveau scan est lancé après un intervalle de temps déterminé par l’utilisateur. Si une anomalie est détectée pendant le processus de scan, il passera à la phase suivante pour évaluer le problème à l’aide d’un logiciel d’imagerie thermique IR. Le processus de diagnostic commence par l’identification de la nature du problème. Une fois la nature trouvée, le problème est comparé à la priorité définie par le planificateur de maintenance dans la liste d’importance et d’alarmes. Si le problème est très important et provoque une inadéquation, un rapport IR est généré pour la zone effective de l’objet cible. Il comprend tous les détails de gradient de température nécessaires et les modèles thermiques pour mener une enquête détaillée et prévoir une réparation. Il est envoyé au planificateur de maintenance avec les mesures correctives nécessaires pendant cette phase de diagnostic.
Figure 5 : Processus de scan de surveillance IR pour l’équipement
Illustration 6 : Composants typiques du système d’imagerie thermique utilisé dans la surveillance de l’état
Si la nature du problème n’est pas prioritaire, il est ajouté à la pile d’attente pour effectuer un nouveau scan. Si une anomalie est trouvée, mais que le problème n’est pas identifié, il mènera une enquête plus approfondie, en utilisant des tests de vibration et d’ultrasons de l’équipement.
