Llevando la gestión de datos y la monitorización de condiciones eficaces a la industria

abril 10

Turbinas industriales
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Monitoreo de condición

Con las empresas de fabricación y procesos en todo el mundo que enfrentan presiones cada vez mayores para impulsar el rendimiento de la producción y reducir los costos, Thomas Lantermann, gerente senior de desarrollo comercial de Mitsubishi Electric Europe BV, Factory Automation - European Business Group y Douglas Wilson de Raima analizan la importancia de la condición. monitorear, delinear lo que es posible hoy y resaltar lo que está por venir.

A medida que las empresas buscan reducir costos, aumentar la productividad y elevar sus puntajes OEE (efectividad general del equipo) a niveles de clase mundial frente a una competencia cada vez más global, las consideraciones clave incluyen optimizar la utilización de activos, reducir el desperdicio, reducir el consumo de energía y maximizar el tiempo de actividad.

El consumo de energía y el costo del tiempo de inactividad no programado son motivo de especial preocupación. La legislación vigente en toda Europa hace que sea esencial para las empresas administrar el consumo de energía y minimizar los picos de energía, mientras que el costo del tiempo de inactividad no programado para reparaciones puede ascender a decenas de miles de libras por hora. La capacidad de predecir problemas y abordarlos de manera preventiva durante los períodos de mantenimiento programado es vital.

Una de las herramientas principales para abordar estos problemas es el monitoreo de condiciones. Aquí, los parámetros clave que indican la condición y el funcionamiento de la planta y la maquinaria se monitorean continuamente, por ejemplo, buscando cambios significativos que podrían indicar una falla en desarrollo. Los parámetros típicos a monitorear incluyen vibraciones, temperatura, contaminación del lubricante, ruido y consumo de corriente.

Hubo un momento en que el monitoreo de la condición se realizaba solo periódicamente, y significaba que equipos de científicos calificados de doctorado estudiaban detenidamente cuadros y gráficos, analizando picos que podrían ser indicativos de que la maquinaria se desequilibraba. Fue un proceso costoso y solo justificable en los activos más costosos o en las líneas de producción de mayor valor. Pero el panorama ha cambiado radicalmente en los últimos años, con numerosos sensores listos para usar que brindan una indicación simple de que el equipo se está saliendo de la tolerancia.

Ampliación de aplicaciones

Tal monitoreo de condición es vital en activos de alto valor como turbinas eólicas, pero las técnicas y tecnologías emergentes de monitoreo de condición significan que también puede proporcionar protección rentable para máquinas más pequeñas, lo que permite a cualquiera mejorar la eficiencia, reducir el consumo de energía y eliminar el tiempo de inactividad. Los canales de monitoreo individuales se pueden dedicar a todas y cada una de las bombas, ventiladores, motores, centrífugas, turbinas o cribas vibratorias, lo que proporciona un monitoreo de condición efectivo y asequible.

Los últimos dispositivos inteligentes, combinados con mejoras en conectividad, bus de campo y redes basadas en Ethernet en todos los sectores de la industria, han sido impulsores clave detrás de la creciente adopción de técnicas de monitoreo de condición. Pero una consideración importante es cómo recopilar, almacenar, administrar, analizar y actuar sobre la gran cantidad de datos que generan numerosos dispositivos de monitoreo de condición.

Los flujos de datos resultantes ciertamente no se pueden monitorear manualmente, pero cada vez más también están más allá de las arquitecturas tradicionales de automatización de plantas. Si bien los PLC (controladores lógicos programables) son ideales para el control secuencial y algún procesamiento analógico, no tienen la capacidad de procesamiento o análisis de datos para derivar conclusiones utilizables de grandes flujos de datos de monitoreo de condición.

Al mismo tiempo, llevar estos vastos flujos de datos desde el piso de la planta a bases de datos de nivel superior a menudo es problemático: las soluciones tradicionales de bases de datos de PC (computadora personal) pueden ser difíciles, costosas y requieren mucho tiempo para integrarse con los sistemas de control del piso de la planta y limitar la velocidad. y volumen de transferencia de datos. Además, una vez que se han analizado los datos, la transmisión de información procesable al sistema de automatización puede ser difícil de optimizar.

Lo que se necesita es un nuevo enfoque y tiene que comenzar dentro de la arquitectura de automatización. Mitsubishi Electric ha abordado esto con su controlador C, una CPU de lenguaje C dedicada que funciona de forma independiente o se monta en el hardware PLC estándar de la serie MELSEC Q. Al integrarse a la perfección con E / S probadas de la serie Q, módulos de red y tarjetas de control de movimiento, la CPU del controlador C proporciona una solución de PC basada en rack flexible, confiable y fácilmente expandible como parte de una plataforma de automatización multidisciplinaria.

El tipo de análisis de datos que requiere la monitorización de condiciones es intrínsecamente más adecuado para un enfoque basado en PC que para un enfoque basado en PLC, y muchos desarrolladores de sistemas se sienten mucho más cómodos desarrollando programas de análisis de datos complejos en C o C ++ que en lenguajes de PLC.

Ambos sentidos

El controlador C ofrece lo mejor de ambos mundos, abriendo el mundo de la automatización a los ingenieros que programan en C y C ++, con hardware estándar de la serie MELSEC Q que asegura una alta confiabilidad del sistema, un suministro estable a largo plazo y menores costos de mantenimiento y administración. Ofrece un control avanzado basado en PC con un coste total de propiedad reducido y una mayor estabilidad de funcionamiento, con la ventaja añadida de una integración perfecta con el PLC y un entorno de automatización más amplio.

El controlador C está disponible en tres módulos de CPU (unidad de procesador central) preparados para Mitsubishi Electric iQ Platform. Los modelos Q12DCCPU y Q24DCCPU incluyen dos y tres puertos Ethernet respectivamente, un puerto RS232, un puerto USB, una ranura para tarjeta CompactFlash y una pantalla de 7 segmentos para depuración y diagnóstico. El tercer modelo llamado Q06CCPU proporciona un puerto Ethernet, un puerto RS232 y una ranura para tarjeta CompactFlash. Todas las CPU vienen con el sistema operativo en tiempo real Wind River VXWorks preinstalado. Las opciones del entorno de desarrollo del programa incluyen el banco de trabajo CW de Mitsubishi Electric y el banco de trabajo de Wind River para el Q12 y Q24DCCPU, o Tornado para el Q06CCPU.

CW Workbench es una nueva herramienta de ingeniería de Mitsubishi Electric diseñada específicamente para el controlador C, que permite desarrollar sistemas integrados a gran escala de forma rápida, sencilla y económica. CW Workbench ofrece todas las funciones esenciales necesarias para el desarrollo del sistema, incluido un editor, compilador y depurador. Mitsubishi Electric también ofrece un conjunto completo de herramientas de configuración y monitoreo para las CPU del controlador C, que brindan configuraciones de parámetros sin programas y diagnósticos sin programas. Esto conduce a un medio simple para monitorear el estado de los módulos conectados y realizar fácilmente una depuración simple.

Llevando la solución un paso más allá con respecto a la recopilación, almacenamiento, gestión y análisis de los enormes volúmenes de datos asociados con el monitoreo de condiciones, Mitsubishi Electric ha trabajado con el socio de eF @ ctory Alliance, Raima, para permitir que la tecnología de base de datos RDM Embedded de Raima se ejecute en el controlador C UPC.

Esto proporciona una plataforma de base de datos robusta que permite almacenar, administrar y acceder a los datos directamente con el controlador en lugar de utilizar una base de datos de PC de nivel superior, lo que ofrece un gran potencial para un mayor rendimiento y una integración más sencilla. Permite a los usuarios aprovechar tanto el sistema operativo en tiempo real como el entorno de programación C de la CPU para personalizar RDM Embedded según los requisitos específicos de la aplicación.

Tecnología de base de datos

RDM Embedded es una solución de base de datos integrada de alto rendimiento y tamaño reducido que se implementó con éxito en millones de aplicaciones y dispositivos críticos para la empresa durante los últimos 25 años. Integrada en el controlador Mitsubishi Electric C, la solución combinada Mitsubishi Electric-Raima C NetDB ofrece una base de datos que puede recopilar datos del controlador de una manera rápida, predecible y confiable, con respuesta en vivo en tiempo real para mantenerse al día con los eventos que cambian rápidamente y se actualizan con frecuencia. datos. Es una base de datos compatible con ACID (atomicidad, consistencia, aislamiento, durabilidad), lo que significa que se garantiza que la información recopilada es precisa. Las funciones de recuperación automática garantizan que los datos nunca se corrompan debido a una falla del sistema. Y RDM Embedded proporciona la alta disponibilidad necesaria en los procesos de fabricación modernos.

Fácil de configurar, el C NetDB se entrega con el sistema operativo preinstalado y solo necesita insertarse en el bastidor base Mitsubishi Electric Q Platform. A continuación, se puede configurar y personalizar fácilmente según las necesidades individuales mediante la programación C estándar. En comparación con una solución de PC tradicional, el tiempo y los costos de mantenimiento se reducen significativamente. Por ejemplo: el entorno operativo estable no necesita los parches y actualizaciones constantes que se ven con un sistema operativo (sistema operativo) de PC tradicional. Además, esto reduce los problemas de compatibilidad que a veces se encuentran cuando cambian los sistemas operativos de las PC.

Las características clave incluyen la capacidad de realizar una sola consulta a través de múltiples destinos, con tablas circulares que pueden ser consultadas por SQL (Lenguaje de Consulta Estructurado). Además, RDM integrado proporciona características como cursores de base de datos, protocolo de memoria compartida, múltiples tipos de datos, API de inserción masiva (interfaz de programación de aplicaciones), nivel de aislamiento de 'lectura sucia', cifrado mejorado y replicación y notificación selectivas.

Junto con los tipos de datos estándar como enteros, caracteres, caracteres anchos y binarios, RDM también admite tipos de datos como fecha / hora / marca de tiempo, BCD (decimal codificado en binario) y GUID (identificador único global). La fecha / hora / marca de tiempo permite el registro y la manipulación naturales basados en el tiempo. BCD es una representación de base de datos estándar para satisfacer las necesidades de aplicaciones donde se requieren valores exactos en todos los dígitos decimales. El tipo de datos GUID proporciona identificadores únicos generados por algoritmos de 128 bits, con una garantía de unicidad mucho mayor que la que se puede lograr utilizando generadores de secuencia.

La interfaz opcional basada en web, a través de su servidor micro HTTP (protocolo de transferencia de hipertexto), así como un poderoso servidor de replicación, brinda una mayor flexibilidad. Por ejemplo, la función de replicación permite que los datos se muevan desde la base de datos RDM Embedded de Raima a almacenes de datos de terceros (como sistemas SCADA (control de supervisión y adquisición de datos), sistemas ERP (planificación de recursos empresariales) y bases de datos empresariales). Estas características hacen que el acceso remoto a la base de datos sea más simple pero extremadamente poderoso, lo que permite una implementación más compleja de aplicaciones industriales de monitoreo y control.

La funcionalidad de replicación de RDM incluye replicación de terceros y soporte para replicación selectiva de múltiples maestros a esclavos únicos de datos de tablas circulares, importante para dispositivos en el borde de la red donde ocurre el monitoreo de condición. Los datos almacenados en la tabla circular de cada maestro se replican en un sistema de control central que mantiene un historial permanente de todos los datos del dispositivo que luego pueden estar disponibles para una variedad de series de tiempo y otros análisis.

Alto rendimiento

RDM Embedded es una solución de administración de datos de alto rendimiento que ofrece la respuesta en vivo en tiempo real que se necesita en las aplicaciones modernas de monitoreo de condición, con flujos potencialmente vastos de datos de eventos en vivo. El motor de base de datos altamente optimizado admite tasas de transacción extremadamente altas y es compatible con todos los sistemas operativos convencionales en tiempo real.

Además del procesamiento en tiempo real, RDM Embedded mejora aún más las velocidades de respuesta con un motor de base de datos compatible con ACID que admite múltiples métodos de indexación, incluidos índices de hash y árbol B, de acuerdo con los requisitos de rendimiento y aplicación. El hash en grandes volúmenes a menudo proporciona un acceso más rápido a los datos que los métodos de indexación de árbol B.

Como ejemplo, el monitoreo de vibraciones puede resaltar el desarrollo de fallas en maquinaria rotativa. Con acelerómetros, se pueden tomar lecturas en las carcasas de los cojinetes de las máquinas para medir la vibración, mientras que otros sensores pueden medir los ejes giratorios para medir su desplazamiento radial y axial. La comparación de los niveles de vibración con los valores de referencia históricos puede indicar una falla inminente de los rodamientos y permitir que se tomen medidas.

Los variadores de velocidad ahora brindan diagnósticos tales como advertencias sobre los valores de consumo de corriente que pueden indicar un deterioro en el rendimiento del motor o que pueden resaltar problemas en el equipo conectado al eje del motor.

Al mismo tiempo, las últimas generaciones de monitores de energía pueden proporcionar la salida del consumo de energía de todo, desde un solo componente clave hasta una máquina completa. Los sensores de temperatura y las cámaras termográficas fijas en el lugar pueden proporcionar indicadores útiles tanto del consumo de energía como de la falla inminente de los componentes. En industrias donde la lubricación efectiva es crítica, las últimas generaciones de sensores de conductividad pueden detectar de manera confiable los niveles de agua en el aceite, mucho antes de que los niveles altos de agua comiencen a causar problemas.

Entonces, podemos ver que RDM Embedded que se ejecuta en el controlador C de Mitsubishi Electric aborda la necesidad de un rendimiento seguro y en tiempo real de los datos de monitoreo de condición que requieren las empresas de fabricación de hoy. La gestión, el flujo y el análisis de datos robustos y automatizados ofrecen numerosas ventajas. La detección temprana de fallas en desarrollo significa menos averías y da como resultado un mayor tiempo de actividad, lo que a su vez significa una mayor productividad.

La capacidad de detectar máquinas y equipos que se desvían de la tolerancia significa que la calidad del producto es siempre alta y se reduce la producción de residuos. La programación de mantenimiento mejorada reduce los costos, al igual que la capacidad de monitorear y administrar el consumo de energía. La utilización superior de los activos reduce la necesidad de realizar gastos de capital en máquinas adicionales, mientras que la capacidad de detectar fallas antes de fallas críticas significa que se reduce la necesidad de almacenar costosas existencias de repuestos.

Futuro

Y habrá más por venir, a medida que las tecnologías de monitoreo de condición y las estrategias de análisis se vuelvan cada vez más sofisticadas. Ya estamos viendo la aparición de paquetes de análisis que pueden inferir parámetros en aplicaciones difíciles de monitorear. Por ejemplo, al observar dos parámetros que se pueden monitorear, es posible inferir el valor de un tercer parámetro y tomar decisiones de mantenimiento o producción basadas en esa inferencia. Además, podemos esperar que los modelos matemáticos mejoren y que el software asociado se vuelva más experto en refinar tanto los datos de monitoreo de condición como los datos de eventos, lo que permitirá tomar decisiones mejores y más informadas.

A medida que los sensores y los dispositivos de monitoreo se vuelven cada vez más inteligentes, la calidad y la cantidad de datos disponibles aumentará, con niveles completamente nuevos de datos sobre el estado, la eficiencia de la producción, el consumo de energía, la disponibilidad de la máquina y más. Al mismo tiempo, el auge de las comunicaciones de máquina a máquina (M2M) está impulsando un nuevo modelo de inteligencia conectada, que combina comunicaciones eficientes con costos de transferencia de datos rentables. Las comunicaciones M2M hacen de los datos la herramienta de gestión definitiva, lo que permite a los usuarios implementar y operar sistemas mucho más sofisticados y complejos, al mismo tiempo que pueden monitorear de manera efectiva lo que está sucediendo dentro de esos sistemas.

Mitsubishi Electric Europe y el socio de la eF @ ctory Alliance, Raima, están a la vanguardia de esta revolución en el control del estado, con una asociación sólida y duradera. Las décadas de experiencia de estos dos líderes del mercado, en todos los sectores de la industria, significa que no están simplemente reaccionando a la demanda de los usuarios, sino que en realidad están impulsando desarrollos en áreas como el monitoreo de condiciones, brindando a los usuarios finales las herramientas que necesitan para aumentar el rendimiento y reducir costos.

Sobre Raima

Raima ofrece tecnología de base de datos de alto rendimiento, siempre activa, tanto para el uso de bases de datos en memoria como para dispositivos de almacenamiento persistentes. El enfoque principal de Raima es desarrollar soluciones de administración de bases de datos para todo, desde pequeños dispositivos integrados hasta sistemas de hardware de nivel empresarial.

Los productos Raima Database Manager (RDM) son soluciones de bases de datos multiplataforma, de tamaño reducido, rápidas y confiables que están diseñadas para recopilar, almacenar, administrar y mover datos. Se utilizan en todo el mundo en una amplia gama de soluciones de gestión de datos en industrias tales como sistemas de automatización industrial, sistemas de control de vuelo militar, enrutadores e interruptores de telecomunicaciones, sistemas de comercio financiero, equipos médicos, soluciones de respaldo de datos, dispositivos electrónicos de consumo y más.

Todos los productos cuentan con tecnología de base de datos sólida y confiable que cumple con ACID y emplean una serie de soluciones avanzadas para enfrentar los complejos desafíos actuales de administración de datos. Algunos ejemplos son mover datos de pequeños dispositivos integrados de baja potencia a sistemas empresariales más grandes, construir sistemas de bases de datos de alta disponibilidad, soporte de partición de bases de datos para facilitar la distribución y escalabilidad de los datos, e interfaces que permiten el acceso a los datos de una variedad de fuentes externas.

Los productos Raima Database Manager (RDM) incluyen opciones para cumplir con una variedad de diseños arquitectónicos de administración de datos al proporcionar una variedad de modelos de datos y métodos de acceso para resolver los requisitos de rendimiento más estrictos.

Para obtener más información sobre RDM o descargar el SDK para evaluación, visite el página del producto.

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