Desarrollar un sistema para adquisición, medidas, análisis, registro y monitoreo con LabVIEW

Oscar Daniel Molina Galindo, Kúspyde Ingeniería Ltda.

"Aceleramos considerablemente el desarrollo utilizando herramientas de software y hardware de NI. Con las herramientas de NI, logramos nuestros objetivos dentro del límite de tiempo y menor costo."

- Oscar Daniel Molina Galindo, Kúspyde Ingeniería Ltda.

El desafío:

Diseñar y fabricar un sistema flexible y adaptable para medir, monitorear y analizar vibraciones en maquinaria compleja como generadores hidroeléctricos y termoeléctricos y maquinaria rotativa utilizada en procesos industriales críticos.

La solución:

Construir un conjunto de sistemas hardware-software denominado AMRO (analizador de maquinaria rotativa) que se pueda adaptar según las necesidades específicas del cliente para diagnosticar maquinaria rotativa utilizando análisis de vibración.

Autor(es):

Oscar Daniel Molina Galindo - Kúspyde Ingeniería Ltda.
Gonzalo Hernández Prieto - Kúspyde Ingeniería Ltda.
Carlos Carrasco Henao - Kúspyde Ingeniería Ltda.

 

Desarrollamos las siguientes dos versiones del sistema que se pueden adaptar de acuerdo a las necesidades del cliente sin altos costos de implementación:
• AMRO -Port: una plataforma portátil para realizar medidas esporádicas y análisis.
• AMRO-Ded: una plataforma dedicada para sistemas que requieren monitoreo y análisis de vibración en tiempo real porque los sistemas son complejos o críticos en una planta o proceso.

 

Utilizando la flexibilidad de la plataforma de National Instruments, desarrollamos productos con un alto grado de precisión y funcionalidad por un precio justo. Además, cualquier compañía puede integrar nuestro producto en cualquier etapa de un proyecto; por lo tanto, se puede adaptar para modernizar los sistemas o procesos existentes.

 

La solución se basa en hardware de adquisición de datos (DAQ) de NI, incluyendo los módulos de la serie C con conectividad USB para sistemas portátiles y la plataforma NI Single-Board RIO para sistemas dedicados. Desarrollamos el software para utilizarse en otras familias de hardware de adquisición de datos, como PXI, en caso de que el cliente necesite aumentar la capacidad de cómputo.

 

Funciones del sistema

El sistema AMRO puede realizar una variedad de funciones que incluyen:

 

  • Análisis de maquinaria rotativa en estados de transición (arranque y parada) y estados estables (velocidad de operación nominal)
  • Realizar medidas y análisis en tiempo real para valores pico, RMS y pico a pico
  • Analizar frecuencias de hasta 25 kHz, con hasta 12,800 líneas de resolución
  • Hasta 64 canales de adquisición de usos múltiples (desplazamiento relativo, aceleración, velocidades, etc.)
  • Monitorear sistemas dedicados de forma remota a través de la web

 

El sistema también incluye:

  • Canales auxiliares para otras variables del proceso como temperatura y presión.
  • Salidas para señalización, control y disparo de alarma.
  • Configuración para controlar los niveles de alarma, la transmisión de alarmas a través de una red celular (TCP, UDP y SMS) y la frecuencia de registro de las medidas.
  • Una base de datos de configuración de clientes y rutas de medidas para sistemas portátiles.

 

El sistema puede realizar funciones de análisis en maquinaria rotativa, incluyendo señales de forma de onda en el dominio del tiempo, espectro escalable en pico, RMS y pico a pico con diferentes opciones de Windows, gráficas en cascada para transiciones de arranque y parada, línea central del eje, medidas de fase y gráficas de órbita.

 

Además, diseñamos nuestro sistema para garantizar la compatibilidad con diferentes tipos de sensores de desplazamiento, velocidad y aceleración de compañías como Connection Technology Center, Inc., Vibromax America, Inc., Bently Nevada, Dytran Instruments, Inc., PCB Piezotronics, Inc. y otras. Por último, el sistema proporciona entrada estándar y flexibilidad de acuerdo a la aplicación particular.

 

Aplicaciones de hidrogenerador

Puede usar el sistema para medir, monitorear, registrar y analizar vibraciones en tiempo real o de manera esporádica. Los hidrogeneradores que tienen más de 10 sensores se benefician enormemente de nuestro sistema porque usted puede usar AMRO para adquirir, analizar y procesar señales de sensores. Usted puede implementar sistemas dedicados para monitorear y analizar simultáneamente múltiples conjuntos o máquinas. La figura 1.a muestra un esquema de toda la instrumentación, incluyendo impulsores, estator y estructura del entrehierro. La figura 2 muestra las medidas de vibración realizadas en hidrogeneradores Toshiba de 125 MW.

 

 

 

 

La interfaz de usuario ayuda al operador con la preparación y colocación de los sistemas de detección, proporcionando la información y las instrucciones necesarias. Esto evita riesgos de seguridad, como operar el dispositivo fuera de sus límites especificados. Básicamente, construimos las siguientes tres aplicaciones para realizar las funciones descritas:

 

I. Una aplicación de visualización y grabación integrada en el panel de pantalla táctil o una PC industrial desarrollada con el sistema de desarrollo NI LabVIEW completo y el Módulo LabVIEW Touch Panel.


II. Una aplicación de medidas, registro, análisis y control integrada en los sistemas NI Single-Board RIO o CompactRIO que utiliza el sistema de desarrollo LabVIEW completo y los módulos LabVIEW Real-Time y LabVIEW FPGA


III. Una aplicación de supervisión, monitoreo y generación de informes programada en LabVIEW y que se ejecuta en una PC remota

 

Todos estos sistemas están integrados utilizando la tecnología de NI.

 

Soporte de instrumentación Bently Nevada

La Figura 3 muestra una aplicación integrada que utiliza el sistema AMRO-port con un sistema de monitoreo de Bently Nevada. AMRO está tomando las señales de nueve sensores de la siguiente manera: dos para el impulsor de guía superior, dos para el impulsor de guía inferior, dos para el impulsor de guía superior dispuestos axialmente, un acelerómetro en la carcasa inferior y un sensor de velocidad para la carcasa inferior.

 

 

 

Beneficios del sistema

Aceleramos considerablemente el desarrollo utilizando herramientas de software y hardware de NI. Con las herramientas de NI, logramos nuestros objetivos dentro del límite de tiempo y menor costo. El sistema final cuesta entre $10,000 USD y $250,000 USD, dependiendo de los requisitos del cliente. El desarrollo del sistema AMRO nos permitió mostrar a nuestra compañía como un proveedor de tecnología de medidas y análisis de vibración en Colombia, lo que no tiene precedentes en nuestro país. También permitió a nuestra compañía participar en licitaciones y convocatorias en las que normalmente solo participan compañías multinacionales. Esto brinda a las compañías locales el conocimiento y las opciones que necesitan para resolver problemas que involucran la adquisición y el análisis de vibración.

 

Por último, la disponibilidad del hardware de adquisición para sistemas dedicados y portátiles marca una gran diferencia con respecto a las soluciones tradicionales porque una compañía puede usarlo para migrar de un sistema portátil a uno dedicado utilizando hardware y software adquiridos en las primeras implementaciones, lo que le permite a la compañía actualizar y hacer crecer su sistema sin costosas inversiones adicionales.

 

Información del autor:

Oscar Daniel Molina Galindo
Kúspyde Ingeniería Ltda.
Bogotá
Colombia
Tel: +57 1 247 2724
Fax: +57 1 247 2895
od.molina@kuspyde.com

Figura 1.a: Puntos típicos de medidas en un hidrogenerador de eje vertical: (1) rotor del impulsor de guía superior, (2) impulsor de guía inferior y (3) carcasa inferior
Figura 1.b: Ver inicio de la aplicación de AMRO
Figura 3. Montaje sobre un hidrogenerador tipo vertical marca Toshiba para 125 MW. Con seis (6) sensores de proximidad, dos (2) sensores de aceleración y un (1) sensor de velocidad, sobre CompactDAQ y AMRO-port.
Figura 3. Montaje sobre un hidrogenerador tipo vertical marca Toshiba para 125 MW. Con seis (6) sensores de proximidad, dos (2) sensores de aceleración y un (1) sensor de velocidad, sobre CompactDAQ y AMRO-port.
Figura 2. Medida en tiempo real de vibración en hidrogeneradores de impulsor de guía inferior: formas de onda de dominio del tiempo y señales de espectro
Figura 2.b: Órbitas