CADETECH, 세계 최대의 구리 광산에서 사용되는 전자기계 삽의 모니터링 개선

Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

"CompactRIO 플랫폼에 구축된 모니터링 어플리케이션은 분석을 위한 최상의 측정 기간을 검색하고 신호-노이즈 비를 최적화합니다."

- CADETECH S.A. Daniel Ramírez

과제:

전자기계 채굴 삽을 위한 고도로 특화된 연속 모니터링 시스템을 개발함으로써 예측 가능한 유지관리 전략 구현

해결책:

NI CompactRIO 플랫폼 및 NI LabVIEW 소프트웨어를 사용하여 완벽하게 작동하는 맞춤식 진동 및 응력 연속 모니터링 시스템 구축

노천 채굴용 전자기계 삽은 광석을 공장까지 트럭으로 수송할 수 있도록 트럭에 적재하는 데 사용되는 대형의 이동형 기계입니다. 일반적으로 삽과 트럭의 비율은 약 1대 12이므로, 예기치 않게 삽이 비가동될 경우 생산에 직접적인 영향을 끼치게 됩니다. 그러므로 전자기계 삽은 매우 중요한 기계로 간주됩니다.

 

기존에는 부적합한 분석 알고리즘과 기기, 거친 환경 등으로 인해 전자기계 삽에 상태 모니터링 및 예측 기술을 적용하기 힘들었습니다. 기존의 기기로 수행되었던 진동 분석 (회전하는 기계에서 예측 유지관리를 수행하는 데 사용되는 주요 도구)은 항속 회전을 가정하는 푸리에 변환을 기반으로 합니다. 이 방법은 삽에는 적합하지 않으므로 다른 접근 방식이 필요합니다.

예방적이고 수동적인 유지관리 전략에서 능동적인 예측형 전략으로 급히 전환해야 했기에, 유연한 모니터링을 위한 첨단 시스템 (Advanced System for Flexible Monitoring), SiAMFlex의 개발로 이어졌습니다. SiAMFlex는 칠레 콘셉시온 대학교의 Pedro Saavedra 교수가 처음 고안하였으며, 전자기계 삽의 진동 신호에 적합한 진동 분석 알고리즘을 개발하기 위한 연구의 결과물입니다. 알고리즘 완성 후, 두 번째 단계는 이 기술을 연속 모니터링 시스템의 핵심으로 구현하는 것이었습니다. 이제, SiAMFlex는 NI 실버 얼라이언스 파트너사인 CADETECH가 지원하고 지속적으로 업데이트하여 완전한 기계적, 구조적 자산 무결성 관리 및 분석 도구로 제공됩니다.

이 모니터링 시스템은 내장 장비, 외장 서버, 컴퓨터, 무선 네트워크 장비로 구성됩니다. 삽 내장 기기에는 다음이 포함됩니다. 

  • NI cRIO-9014 8슬롯 임베디드 섀시가 있는 CompactRIO 시스템 
  • 진동 측정을 위한 NI 9233 Module 
  • 동적 변형률 측정을 위한 NI 9237 Module 
  • 정밀, 고해상도 회전속도계 데이터를 위한 NI 9422 Module 
  • 삽 제어 시스템의 보완 신호를 위한 NI 9205 Module 
  • 삽의 주요 회전 부품에 탑재된 압전식 가속도계 (모터 및 변속기) 
  • 삽의 주요 구조 부품에 탑재된 스트레인 게이지 
  • 주 모터의 증분 엔코더 
  • 무선 네트워킹 장비 
  • 전력 필터링 장비

 

 

내장 CompactRIO 시스템은 가속도계, 엔코더와 스트레인 게이지의 신호를 동시에 수집합니다. 진동 및 변형률 신호는 연속적으로 모니터링되며, 문제를 알리는 첫 번째 지표로서 알림 및 알람 기준점과 비교됩니다. 신호는 알림 또는 알람 발생 시 사용자 정의된 간격에 따라 주기적으로 저장됩니다. 이 경우, CompactRIO 시스템의 모니터링 어플리케이션은 신호-노이즈 비율 분석과 최적화에 가장 적합한 측정 기간을 찾습니다. 이와 같은 방식으로, 데이터는 기계의 변화를 제어하기 위해 미리 정의된 간격으로, 그리고 갑작스러운 이벤트 발생 시 기록됩니다. 두 경우 모두, 삽 제어 시스템의 보조 신호가 참조용으로, 그리고 선행적 수정 가능성을 높이기 위해 저장됩니다.

수집한 데이터는 CompactRIO 내부 플래시 디스크에 일시적으로 저장되었다가 나중에 무선 링크를 통해 마스터 서버로 자동으로 다운로드되어 처리되고, 보다 복잡한 경고 및 알람 파라미터와 비교된 후 데이터베이스에 저장됩니다. 서버에 대한 무선 링크를 사용할 수 없는 경우, 사용자는 단거리의 지점 간 무선 링크를 사용하여 데이터를 연결하고 수동으로 다운로드하거나 (사용자가 삽에 가까이 가서 연결해야 함), 직접 이더넷 케이블을 연결하거나, 아니면 간단하게 CompactRIO의 USB 포트에 펜드라이브를 삽입하여 데이터를 자동으로 업로드하면 됩니다.

 

 

 

데이터가 처리되고 저장되면, 서버 또는 데이터베이스에 네트워크로 연결할 수 있는 모든 컴퓨터에서 사용자 시각화, 분석, 수동 처리 및 추세 관리를 위해 사용할 수 있습니다. 모든 설정, 데이터 전송, 처리, 시각화 및 분석 소프트웨어는 LabVIEW를 사용하여 구현되었습니다.

2008년 4월을 기준으로 칠레에 있는 네 곳의 노천 광산에서 9대의 굴삭기가 연속으로 모니터링되고 있습니다. 이 중 두 곳은 세계에서 가장 큰 규모의 구리 광산입니다. 연속 모니터링 시스템 이외에도, CADETECH는 SiAMFlex 시스템을 사용하지 않는 삽을 위한 여러 휴대용 계측기를 개발하였습니다. 하나는 NI CompactDAQ 시스템을 기반으로 한 계측기이고, 다른 하나는 CompactRIO와 NI TPC-2006 터치 패널 컴퓨터를 사용하여 여행 가방 형태의 폼 팩터로 진동 분석을 수행하는 완전 자율적이고 견고한 16채널 계측기입니다.

이러한 제품 개발은 National Instruments 하드웨어 및 소프트웨어 개발 플랫폼의 뛰어난 유연성, 사용 편의성 및 결정성의 증거입니다.  

 

저자 정보:

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

채굴을 위한 전자기계 삽은 한 번에 100톤의 광석을 적재할 수 있습니다. 전자기계 삽의 복합 정격 전력은 약 3MW입니다.
하드웨어는 거친 환경에서 살아남아야 합니다.
분석 소프트웨어는 완전히 LabVIEW로 구현되었습니다.