Sistema di archiviazione e remotizzazione dati per turbogruppi

Author(s):
S. Cacciacarne - ANSALDO ENERGIA

Industry:
Energy/Power

Products:
Real-Time Module, LabVIEW, FPGA Module, CompactRIO

The Challenge:
La crescente domanda di energia elettrica ha comportato in prima battuta un aumento del numero di centrali di produzione di energia elettrica, e in seconda luogo un incremento dell’efficienza e disponibilità di ciascuna di esse, attraverso un monitoraggio continuo di parametri relativi alle macchine installate, tramite sistemi di acquisizione e remotizzazione dati in tempo reale, allo scopo di prevedere sempre meglio eventuali fonti di guasto e quindi porvi rimedio nel più breve tempo possibile.

The Solution:
Ansaldo Energia ha realizzato ed installato già in diversi siti un sistema di archiviazione e remotazione dati realizzato attraverso un sistema NI cRIO-9004 di National Instruments, a 8 slot dotato di 500 Mbyte di flash memory e di opportune schede di ingresso sia analogiche che digitali.Il dispositivo è in grado di acquisire fino ad un max di 64 canali con un intervallo minimo di tempo di 5 ms tra un campione e l’altro per ogni canale acquisito.

L’applicazione
Per una migliore comprensione della struttura del sistema, verrà descritta la struttura hardware e successivamente i diversi pacchetti software utilizzati dal medesimo per eseguire l’archiviazione dei dati.

Il sistema può essere suddiviso in tre diversi livelli:

Primo livello : è costituito dal modulo NI cRIO-9004 dotato delle rispettive schede di ingresso.
In tale unità collocata in campo, confluiscono i vari segnali sotto forma 10 Volt provenienti dai diversi sensori di pressione temperature ecc.. sistemati all’interno delle macchine e necessari a capire lo stato di funzionamento delle stesse.Tramite opportuno applicativo realizzato in NI LabVIEW FPGA, i campioni acquisiti dalle diverse schede di input vengono ordinati e inviati alla CPU dell’unità Real-Time NI cRIO-9004.
La CPU è collocata nel modulo NI cRIO-9004, ma è gerarchicamente al livello superiore e un apposito applicativo realizzato con NI LabVIEW FPGA si preoccupa di ricevere salvare sulla flash memory i dati con opportuna struttura binaria in modo da ottimizzare lo spazio di memoria. L’archivio nel quale essi sono conservati è organizzato in diversi files numerati in maniera progressiva e strutturati secondo una tabella, dove la prima colonna contiene l’informazione temporale nel formato giono,mese,anno,ora,minuto,secondo e millisecondo e le successive colonne invece i diversi canali acquisiti. L’intestazione di ogni file è invece costituita dai diversi tag di ogni canale e dai relativi campiscala di ciascuno di essi. E’ importante sottolineare come l’informazione oraria sia mantenuta sincronizzata ad intervalli ciclici con il PC host di secondo livello il quale orologio a sua volta è allineato tramite opportuno protocollo, ad un dispositivo GPS installato in ogni centrale.
Una volta che il file in scrittura ha raggiunto una dimensione di circa 4 Mbyte, l’applicativo si preoccupa di passare ad uno successivo in modo tale da realizzare un archivio storico locale a bordo dell’unità NI CompactRIO formato da un massimo di circa 120 files e compatibile con la dimensione massima della flash memory. E’ ovvio che una volta terminato di scrivere il file N° 120 , il sistema inizierà nuovamente a sovrascrivere il primo file dell’archivio e così via secondo una modalità di storicizzazione dati a “tamburo”. Considerando di acquisire 64 CH a 5 ms, l’archivio locale è in grado di contenere i dati fino ad un massimo di circa 15 ore senza essere sovrascritto nuovamente.

Secondo livello: é costituito da un personal computer connesso tramite protocollo TCP/IP ai moduli NI CompactRIO. In esso è eseguito un applicativo NI LabVIEW che è in grado di connettersi all’unità NI CompactRIO e di prelevare i files dall’archivio locale in modo da creare un archivio storico su di esso e quindi di capienza molto più grande, legata sostanzialmente alla dimensione fisica dell’hard disk del PC.
Il programma presente sul PC qualora si interrompesse per un periodo di tempo la connessione TCP/IP è in grado, una volta ristabilita, di risalire all’ultimo file trasferito e quindi di iniziare il procedimento di archiviazione da quello successivo, ovviamente l’interruzione di comunicazione tra PC e NI CompactRIO non deve durare oltre le circa 15 ore per evitare di perdere dati che verrebbero sovrascritti.
Terzo livello: é semplicemente costituito da un PC connesso all’host tramite una connessione Internet in genere tramite VPN, ovviamente dotata delle opportune protezioni anti intrusione.
Con esso dalla sede centrale è possibile consultare l’archivio dati in modo da eseguire diagnosi a distanza.

Applicativi Software su PC HOST

VI SETUP
La fase di archiviazione è preceduta da una fase di setup del dispositivo. Tramite un VI realizzato in NI LabVIEW e rappresentato in fig.2 è possibile definire:

• il tipo di scheda di ingresso per ogni slot del modulo NI CompactRIO
• il tag di ogni canale acquisito
• il campo scala
• la possibilità di esclusione o meno del canale
• il percorso su pc host nel quale verrà realizzato l’archivio dati remoto
• la dimensione dell’ archivio remoto (giorno, settimana,mese)
• il tempo di scansione dei canali ( 5 ms ; 10 ms; 20 ms ; 50 ms; 100 ms ;200 ms)

Tramite il VI di setup appena descritto viene generato un file che va opportunamente trasferito via ftp a NI CompactRIO e che contiene tutte le informazioni necessarie per eseguire l’archiviazione corretta dei files.

VI ARCHIVIAZIONE
Dopo che il dispositivo in campo ha iniziato ad acquisire dati, all’accensione del PC host viene fatto partire come servizio di Windows un applicativo VI che si preoccupa di travasare i file che via via vengono generati su NI CompactRIO.

VI PER LA VISUALIZZAZIONE GRANDEZZE IN REAL TIME
Oltre all’archiviazione dati è possibile visualizzare anche tutti i canali acquisiti in modo real-time. In fig 3 è visualizzata l’interfaccia utente del VI che via TCP/IP va a leggere e rappresentare su trend i valori acquisiti dalle schede di ingresso su NI CompactRIO.

Al caricamento del file di setup generato precedentemente nella sezione TREND ON LINE compariranno sulla destra del trend i tag di ogni canale acquisito ed i relativi campi scala con l’indicazione del valore della grandezza in formato ingegneristico acquisita in quel momento. E’ possibile per ogni canale eseguire un filtraggio qualora le grandezze risultassero affette da disturbi elettrici. Il grafico qualora fosse necessario, può essere salvato in un file che può essere ricaricato nella sezione TREND OFF LINE per analisi e valutazioni sulle grandezze senza interrompere l’aquisizione real-time che nel frattempo prosegue nella sezione precedente. La possibilità di consultare dati da remoto direttamente dalla sede ha consentito un notevole risparmio economico e in termini di tempi di intervento, facilitando il compito del personale di servizio in grado di eseguire interventi atti alla risoluzione guasti molto più mirati.

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