CADETECH​社、​世界​最​大規模​の​銅山​における​電気​機械式​ショベル​の​監視​を​改善

Daniel Ramírez、CADETECH S.A.社

「CompactRIO​プラットフォーム​を​ベース​に​した​監視​アプリケーション​は、​解析​に​最適​な​計測​周期​を​検索​し、​S/​N​比​を​最適​化​し​ます。」

- Daniel Ramírez、​CADETECH S.A.社

課題:

重要​な​機械​の​予知​保全​計画​を​可能​に​する​ため​に、​電気​機械式​掘削​ショベル​に​特​化​した​連続​監視​システム​を​開発​する。

ソリューション:

NI CompactRIO​プラットフォーム​と​NI LabVIEW​ソフトウェア​を​使用​し​て、​完全​な​機能​を​備え​た​オーダー​メイド​の​振動/​圧力​連続​監視​システム​を​作成​した。

露天​採鉱​用​の​電気​機械式​ショベル​は、​鉱石​を​処理​工場​に​輸送​する​運搬​トラック​へ​の​積み​込​に​使用​さ​れる​大きな​可動​式​の​非​固定​型​機械​です。​通常​ショベル​と​トラック​の​比率​は​約​1​対​12​なので、​ショベル​の​異常​による​予期​せ​ぬ​ダウン​タイム​は​製造​に​直接​影響​し​ます。​そのため、​電気​機械式​ショベル​は​重要​機械​と​位置付け​ら​れ​てい​ます。

 

不十分​な​解析​アルゴリズム​や​機器、​過酷​な​環境​など​の​理由​で、​その​よう​な​電気​機械式​ショベル​に​状態​監視/​予測​技術​を​適用​する​の​は​従来​困難​と​さ​れ​て​き​ま​した。​従来​型​の​機器​で​行う​既存​の​振動​解析 (回転​機械​の​予知​保全​に​使​われる​主要​ツール) は、​回転​速度​が​一定​で​ある​こと​を​前提​と​した​フーリエ​変換​が​ベース​に​な​って​い​ます。​この​方法​は​ショベル​に​は​適​さ​ない​ため、​別​の​方法​が​必要​となり​ます。

​受動​的​メンテナンス​から​能動​的​な​予知​方式​へ​の​転換​が​急務​と​な​っ​た​こと​が、​SiAMFlex (柔軟性​に​優​れ​た​監視​を​行う​ため​の​高度​な​システム) の​開発​に​つながり​ま​した。​SiAMFlex​は、​チリ​の​コンセプシオン​大学​の​Pedro Saavedra​教授​が​発案​した​もの​で、​電気​機械式​ショベル​の​振動​信号​に​適​した​振動​解析​アルゴリズム​開発​の​研究​から​スタート​しま​した。​アルゴリズム​の​用意​が​でき​たら、​次​の​段階​では​この​テクニック​を​連続​監視​システム​の​中枢​として​実装​し​ます。​SiAMFlex​は、​NI​シルバー​ア​ライアン​ス​パートナー​で​あるCADETECH社によって​サポート​さ​れ​常に​更新​さ​れる​ため、​完全​な​機械​的/​構造​的​資産​の​保全​性​管理/​解析​ツール​を​維持​する​こと​が​でき​ます。

​監視​システム​は、​オン​ボード​機器、​オフ​ボード​サーバ、​コンピュータ、​ワイヤレス​ネットワーク​機器​で​構成​さ​れ​てい​ます。​ショベル​の​オン​ボード​機器​の​内容​は​以下​の通り​です。 

  • NI cRIO-9014 8​スロット​組​込​シャー​シ​を​使用​した​CompactRIO​システム 
  • 振動​計測​用​NI 9233​モジュール 
  • 動的​歪み​計測​用​NI 9237​モジュール 
  • 高​精度、​高​分解能​回転​速度​データ​用​NI 9422​モジュール 
  • ショベル​制御​システム​から​の​相補​信号​用​NI 9205​モジュール 
  • ショベル​の​主要​回転​部品​に​取り付け​ら​れ​た​圧​電​型​加速度​計 (モータ​および​変速​機​トランス​ミッション) 
  • ショベル​の​主​構造​部品​に​取り付け​ら​れ​た​歪み​ゲージ 
  • 主​モータ​上の​インク​リ​メンタル​エンコーダ 
  • ワイヤレス​ネットワーク​機器 
  • 電源​フィルタ​機器

 

 

オン​ボード​CompactRIO​システム​は、​加速度​計、​エンコーダ、​歪み​ゲージ​から​の​信号​を​同時に​収集​し​ます。​振動および歪み信号は連続監視され、​不具合​の​最初​の​兆候​として​警告​および​アラーム​の​設定​ポイント​と​比較​さ​れ​ます。​警告​や​アラーム​が​発​せ​ら​れ​た​場合​に​備え、​信号​は​ユーザ​が​指定​した​間隔​で​定期​的​に​保存​さ​れ​ます。​その​場合、​CompactRIO​システム​を​ベース​に​した​監視​アプリケーション​は、​解析​に​最適​な​計測​周期​を​検索​し、​S/​N​比​を​最適​化​し​ます。​この​方法​では、​データは指定された間隔で定期的に保存され、​最終​的​な​機械​的​変化​を​制御​し​ます。​突発​的​な​イベント​が​発生​すると​データ​が​記録​さ​れ​ます。​どちら​の​場合​でも、​ショベル​制御​システム​から​の​相補​信号​が​参考​用​に​保存​さ​れる​ので、​先​を​見越し​た​修正​の​可能性​が​高まり​ます。

​収集​した​データ​は​CompactRIO​の内部フラッシュディスクに一時的に保存され、​後で​ワイヤレス​リンク​経由​により​自動​で​マスタ​サーバ​に​ダウンロード​さ​れ​ます。​そこでデータが処理され、​より​複雑​な​警告/​アラー​ム​パラメータ​と​比較​さ​れ​た​後、​データベース​に​保存​さ​れ​ます。​サーバ​へ​の​ワイヤレス​リンク​が​利用​でき​ない​場合​は、​短距離​の​ポイントツーポイント​ワイヤレス​リンク​を​利用​し​て​データ​を​接続​し​手作業​で​ダウンロード​し​て (ユーザがショベルに近づき、​確実​に​接続​する​必要​が​あり​ます)、​ダイレクト​Ethernet​ケーブル​を​接続​し​ます。​または、​CompactRIO​の​USB​ポート​に​ペン​ドライブ​を​挿入​し​ます。​こうした​操作​によって、​データ​が​自動的​に​アップ​ロード​さ​れ​ます。

 

 

 

データ​の​処理​と​保存​が​終​わっ​たら、​サーバ​上​や​ネットワーク​経由​で​データベース​に​アクセス​できる​任意​の​コンピュータ​上​で、​視覚​化、​解析、​手作業​による​処理、​トレンド​管理​が​可能​に​なり​ます。​すべて​の​構成、​データ​転送、​処理、​視覚​化、​および​解析​ソフトウェア​は、​LabVIEW​を​使​って​作成​さ​れ​てい​ます。

​2008​年​4​月​の​時点​で、​チリ​の​4​箇所​の​露天​採鉱​現場​において (そのうち​2​箇所​は​世界​最​大規模​の​銅山​です)、​9​台​の​ショベル​が​SiAMFlex​により​継続​的​に​監視​さ​れ​てい​ます。​CADETECH​社​では、​連続​監視​システム​の​ほか、​SiAMFlex​システム​を​使用​しない​ショベル​用​ポータブル​計測​器​を​複数​開発​しま​した。​1​つ​は​NI CompactDAQ​システム​を​ベース​にし​て​おり、​もう​1​つ​は​CompactRIO​および​NI TPC-2006​タッチ​パネル​コンピュータ​を​使用​し​てい​ます。​振動​解析​を​実行​する​スーツケース​型​フォーム​ファクタ​の​堅牢​な​完全​自律​型​16​チャンネル​計測​器​を​構成​する​こと​が​でき​ます。

​これらの​開発​は、​National Instruments​の​ハードウェア/​ソフトウェア​開発​プラットフォーム​の​柔軟性、​操作性、​確定​性​を​証明​する​もの​です。 

 

著者​情報:

Daniel Ramírez
CADETECH S.A.
​Chile
​Tel: +56 41 2621500

​ ​掘削​用​の​電気​機械式​ショベル​は、​1​回​に​100​トン​もの​鉱石​を​積載​でき​ます。​合計​定​格​動力​は​約​3 MW​に​も​なり​ます。 ​
​ ​ハードウェア​は​過酷​な​環境​でも​耐え​うる​もの​でなければ​なり​ま​せん。 ​
​ ​解析​ソフトウェア​は​すべて​LabVIEW​に​組み​込​まれ​てい​ます。 ​