노천 채굴을 위한 전자기계 굴삭기 모니터링

Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

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

- Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

과제:

전자기계 채굴 굴삭기를 위한 고도로 특수화된 연속 모니터링 시스템을 개발함으로써 예측가능한 유지관리 전략 구현

솔루션:

NI CompactRIO 플랫폼과 NI LabVIEW 소프트웨어를 사용하여 완벽하게 작동하는 맞춤식 진동 및 스트레스 연속 모니터링 시스템 구축

노천 채굴에 사용되는 전자기계 굴삭기는 트럭을 싣기 위해 사용되는 대형의 이동식 비고정 머신으로 광석을 가공 공장으로 수송합니다. 일반적으로 삽부분과 트럭의 비율은 약 1대 12이므로 예기치 않게 삽부분이 가동되지 않을 경우 제조에 직접적인 영향을 끼치게 됩니다. 따라서 전자기계 굴삭기는 중요한 머신으로 간주됩니다.

 

 

기존에는 부적절한 분석 알고리즘과 기기 및 거친 환경 등으로 인해 전자기계 굴삭기에 상태 모니터링 및 예측 기술을 적용하기가 힘들었습니다. 기존의 기기로 수행되었던 진동 분석 (회전 머신에서 예측가능한 유지관리를 위한 주요 도구)은 항속도 회전을 유지하는 푸리에 변환에 기반합니다. 그러나 이는 삽부분에 적합하지 않으므로 다른 방식이 필요합니다.

SiAMFlex (Advanced System for Flexible Monitoring)는 사후 대응이나 예방 위주의 전략에서 예측가능하고 적극적인 방식으로 전환이 필요한 시점에 구축되었습니다. SiAMFlex는 칠레 University of Concepción의 Pedro Saavedra 교수가 고안하였으며, 전자기계 굴삭기의 진동 신호에 적합한 진동 분석 알고리즘을 개발하기 위한 연구의 결과물입니다. 알고리즘 완성 후 두 번째 단계는 본 기술을 연속 모니터링 시스템의 핵심으로써 실행하는 것입니다. 이제 CADETECH가 SiAMFlex를 지원하고 지속적으로 업데이트하여 완전한 기계/구조적 자산 무결성 관리 및 분석 도구를 유지합니다.



모니터링 시스템은 온보드 기기, 오프 보드 서버, 컴퓨터, 무선 네트워크 기기로 구성됩니다. 삽부분 온보드 기기에는 다음이 포함됩니다.

  • NI cRIO-9014 8-슬롯 임베디드 섀시가 있는 CompactRIO 시스템
  • 진동 측정을 위한 NI 9233 모듈
  • 다이나믹 스트레인 측정을 위한 NI 9237 모듈
  • 정밀한 고분해능 타코미터 데이터를 위한 NI 9422 모듈
  • 삽부분 컨트롤 시스템의 보완 신호를 위한 NI 9205 모듈
  • 삽부분의 주요 회전 컴포넌트에 탑재된 압전기 가속도계 (모터 및 변속기) 
  • 삽부분의 주요 구조 컴포넌트에 탑재된 스트레인 게이지
  • 주요 모터의 증분 엔코더
  • 무선 네트워크 기기
  • 전력 필터링 기기

 

 

온보드 CompactRIO 시스템은 가속도계, 엔코더 및 스트레인 게이지의 동시 신호를 수집합니다. 진동 및 스트레인 신호는 연속적으로 모니터링되며 문제를 알리는 첫 번째 인디케이터로써 알림 및 알람 기준점과 비교됩니다. 신호는 알림 또는 알람시에 사용자가 정의한 간격으로 주기적으로 저장됩니다. 본 경우 CompactRIO 시스템의 모니터링 어플리케이션은 신호-노이즈비 분석과 최적화를 위해 최상의 측정 기간을 검색합니다. 이같은 방식으로 데이터는 머신에서 최종적인 기계 변화를 컨트롤하기 위해 미리 정의된 정기적인 간격으로 저장되며 데이터는 갑작스러운 이벤트 발생시 기록됩니다. 두 경우 모두 삽 컨트롤 시스템의 보완 신호는 참조를 위해 저장되므로 사전 예방을 위해 수정할 수 있는 가능성이 증대됩니다.

수집된 데이터는 CompactRIO 내부 플래시 디스크에 임시 저장되고 무선 링크를 통해 마스터 서버로 자동 다운로드되어, 데이터가 처리되고 더욱 복합적인 알림 및 알람 파라미터와 비교되며 데이터베이스에 저장됩니다. 서버로의 무선 링크를 사용가능하지 않을 경우, 사용자는 짧은 범위, 점대점 무선 링크 (사용자는 반드시 삽에 가까워야 하며 링크를 구축해야 합니다.)를 통해 데이터에 연결하고 직접 다운로드하고, 직접 이더넷 케이블을 연결하거나 펜 드라이브를 CompactRIO의 USB 포트에 삽입하면, 데이터는 자동 업로드됩니다.

 

데이터가 처리되고 저장되면 서버 또는 데이터베이스에 네트워크 접근가능한 모든 컴퓨터에서 시각화처리, 분석, 직접 처리 및 트렌딩을 진행할 수 있습니다. 모든 구성, 데이터 전송, 처리, 시각화 처리 및 분석 소프트웨어는 LabVIEW를 사용하여 구축되었습니다.

 

 

2008년 4월 현재 9개의 굴삭기가 칠레의 4개 노천 채굴 현장에서 SiAMFlex로 연속 모니터링되고 있으며, 그 중 두 곳은 전 세계 최대 규모의 구리 광산입니다. 연속 모니터링 시스템 이외에도, CADETECH는 SiAMFlex 시스템을 사용하지 않는 굴삭기를 위한 여러 휴대용 계측기를 개발하였습니다. 그 중 한 가지는 NI CompactDAQ 시스템에 기반하였으며 다른 계측기는 CompactRIO와 NI TPC-2006 터치패널 컴퓨터를 사용하여 전자동의 견고한 16-채널 계측기를 구성하였습니다.


이와 같은 개발은 유연성, 사용 편리함 및 NI 하드웨어와 소프트웨어 개발 플랫폼의 결정성을 대변하는 실례입니다.  

 

필자 정보:

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

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