Monitoramento de escavadeiras eletromecânicas para mineração a céu aberto

Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

"A aplicação de monitoramento na plataforma CompactRIO pode procurar os melhores períodos de medição para análise e otimização da relação sinal/ruído."

- Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

O desafio:

Desenvolver um sistema de monitoramento contínuo altamente especializado para escavadeiras eletromecânicas usadas em mineração, permitindo a criação de uma estratégia de manutenção preditiva para essas máquinas críticas.

A solução:

Criar um sistema de monitoramento contínuo de vibração e estresse customizado e totalmente funcional, usando a plataforma NI CompactRIO e o software NI LabVIEW.

As escavadeiras eletromecânicas para a mineração a céu aberto são máquinas móveis, não estacionárias, e imensas. Elas são usadas para carregar caminhões pesados, que transportam minério às plantas de processamento. Normalmente, há aproximadamente uma escavadeira para cada 12 caminhões. Dessa forma, a parada de uma escavadeira tem efeito direto na produção. Por esse motivo, as escavadeiras eletromecânicas são consideradas máquinas críticas.

 

 

A aplicação de técnicas de monitoramento de condições e preditivas sempre foi um grande desafio, pela inadequação dos algoritmos e equipamentos de análise e as condições ambientais adversas. A análise de vibração tradicional (a principal ferramenta para a manutenção preditiva em máquinas rotativas) executada por equipamento convencional é baseada na transformada de Fourier, que assume uma velocidade rotacional constante. Esse não é o caso das escavadeiras; dessa forma, é necessário usar uma abordagem diferente.

A necessidade urgente de passar de uma estratégia de manutenção reativa e preventiva a uma estratégia preditiva e proativa levou à criação do SiAMFlex, acrônimo que pode ser traduzido como "sistema avançado de monitoramento flexível". O SiAMFlex começou como uma iniciativa do Professor Pedro Saavedra, da Universidade de Concepción, no Chuile, a partir de uma pesquisa para desenvolver um algoritmo de análise de vibração adequado para os sinais de vibração de escavadeiras eletromecânicas. Com o algoritmo pronto, o segundo passo foi implementar a técnica como a base de um sistema de monitoramento contínuo. Agora, o SiAMFlex recebe suporte e atualização contínuos da CADETECH para a manutenção de uma ferramenta completa de gerenciamento e análise da integridade de ativos mecânicos e estruturais.



O sistema de monitoramento é formado por equipamentos instalados na própria escavadeira, um servidor remoto, computadores e equipamentos de rede sem fio. O equipamento instalado na escavadeira inclui: 

  • Sistema CompactRIO com chassi embarcado NI cRIO-9014 de 8 slots 
  • Módulo NI 9233, para medições de vibração 
  • Módulo NI 9237, para medições de deformação dinâmica 
  • Módulo NI 9422, que oferece dados tacométricos precisos e de alta resolução 
  • Módulo NI 9205, para sinais complementares do sistema de controle da escavadeira 
  • Acelerômetros piezométricos, montados nos principais componentes rotativos da escavadeira (motores e transmissões da caixa de engrenagens) 
  • Strain gages montados nos principais componentes estruturais da escavadeira 
  • Encoders incrementais nos principais motores 
  • Equipamento de rede sem fio 
  • Equipamento de filtragem de potência

 

 

O sistema CompactRIO instalado na escavadeira adquire simultaneamente os sinais de acelerômetros, encoders e strain gages. Os sinais de vibração e deformação são continuamente monitorados e comparados aos pontos de controle de alertas e alarmes, como primeiro indicador de problemas. Os sinais são armazenados periodicamente em intervalos definidos pelo usuário, em caso de alerta ou alarme. Nesse caso, a aplicação de monitoramento do sistema CompactRIO procura pelos melhores períodos de medição para análise e otimização da relação sinal/ruído. Com essa abordagem, o armazenamento de dados é realizado em intervalos regulares predefinidos, para o controle das alterações mecânicas normais nas máquinas. Além desses, há a gravação de dados em caso de eventos inesperados. Em ambos os casos, são armazenados também os sinais do sistema de controle da escavadeira, para referência e para aumentar a possibilidade de correções proativas.

Os dados adquiridos são armazenados temporariamente em memória flash interna do CompactRIO e posteriormente enviados por um link sem fio a um servidor mestre, onde são processados, comparados com parâmetros de alerta e alarme mais complexos, e armazenados em uma base de dados. Caso o link sem fio ao servidor esteja indisponível, o usuário poderá conectar e baixar dados manualmente por um link sem fio ponto-a-ponto de curto alcance (o usuário deverá se aproximar da escavadeira e estabelecer o link), fazer a conexão direta por um cabo Ethernet ou simplesmente inserir um pendrive na porta USB do CompactRIO, ao qual os dados serão transferidos automaticamente.

 

 

Uma vez que os dados tenham sido processados e armazenados, eles estarão disponíveis ao usuário para visualização, análise, processamento manual e gerenciamento de tendências no servidor ou qualquer computador com acesso à base de dados. Todos o software de configuração, transferência de dados, processamento, visualização e análise foi criado com o LabVIEW.

Desde abril de 2008, nove escavadeiras são monitoradas continuamente pelo SiAMFlex, em quatro diferentes escavações de mineração a céu aberto do Chile, que estão entre as maiores minas de cobre do mundo. Além dos sistemas de monitoramento contínuo, a CADETECH desenvolveu diversos instrumentos portáteis para escavadeiras que não utilizam o sistema SiAMFlex. Um desses sistemas é baseado no sistema NI CompactDAQ e o outro utiliza o CompactRIO e o computador de painel de toque NI TPC-2006 para configurar um robusto instrumento de 16 canais totalmente autônomo, que executa a análise de vibração ocupando o espaço de uma maleta.

Esses desenvolvimentos são evidência da flexibilidade, facilidade de uso e determinismo da plataforma de desenvolvimento de hardware e software da National Instruments.   

 

Informações sobre o autor:

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

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