Sistema de Adquisición de Datos para el Control de Calidad en Generadores Eléctricos

Author(s):
Alberto Negrete - GES Siemsa
Aitor Garmendia - GES Siemsa

Industry:
Energy/Power

Products:
PXI-4472B, FieldPoint, LabVIEW, Real-Time Module

The Challenge:
Desarrollar un sistema automatizado de control de calidad de aerogeneradores eléctricos. El sistema debe ser capaz de gestionar diferentes configuraciones de la sensórica asociada al ensayo, almacenar los resultados en base de datos y generar informes de validación en base a plantillas definidas por el usuario.

The Solution:
Utilizando el software National Instruments Labview y Labview Real Time, el driver NI-DAQmx y las plataformas NI PXI y FieldPoint se ha conseguido desarrollar un sistema de control de calidad sumamente flexible, escalable y fiable en la toma de medidas. Se consiguen medir y registrar datos de vibración, temperatura, medida de resistencia y magnitudes eléctricas tales como tensión e intensidad.

El usuario final, un líder en la fabricación de generadores eléctricos, con un papel relevante en el sector de las energías renovables, deseaba automatizar todo el proceso de control de calidad de producto final. El sistema debía de adquirir una gran variedad de señales, tales como temperatura, vibración,  magnitudes eléctricas y resistencia. Asimismo, debido a la gran variedad de modelos producidos, el sistema debía ser flexible, pudiendo adaptarse a muy diferentes configuraciones de la sensórica para dar respuesta a los requerimientos de diferentes clientes de generadores. Todo ello debía poder ser configurado y visualizado desde un ordenador de sobremesa ubicado en un lugar seguro distante del ensayo del generador. Este ordenador también se encargará de almacenar en una base de datos estándar todos los valores recogidos durante el ensayo, a partir de los cuales se podrán generar informes de validación de los especímenes ensayados. Además, este mismo ordenador actuará como servidor de datos para poder realizar informes desde cualquier punto de la intranet de la empresa, desde Internet siempre que exista acceso a dicho ordenador.

Diseño del sistema

Se decidió diseñar un sistema mixto basado en tecnología PXI y FieldPoint. El uso de Labview Real-Time sobre la plataforma PXI nos permite realizar con fiabilidad las medidas críticas de vibración y resistencia. La flexibilidad del FieldPoint se utilizará para medir el resto de señales (temperatura, magnitudes eléctricas, velocidad).

El chasis NI PXI 1042 cuenta con un controlador PXI 8186 con sistema operativo en tiempo real. El controlador gestiona la adquisición de las señales de vibración conectadas a una tarjeta NI PXI 4472B con 8 canales de adquisición. Las medidas de resistencia son realizadas por un óhmetro OM21 de AOIP que se comunica por RS-232 con el controlador del PXI. Debido a que se desean realizar 12 diferentes medidas de resistencia, y al elevado precio de los óhmetros, se decide utilizar una tarjeta multiplexora PXI-2503 para cambiar el rutado de las medidas del óhmetro.

La medida de los datos cuasi-estáticos (magnitudes eléctricas y velocidad) se realizan utilizando un sistema FiledPoint de National Instruments. El sistema cuenta con un controlador FP-1601 con conexión Ethernet para la comunicación con el PC de Configuración y Visualización. Un módulo FP-QUAD-510 permite leer y convertir a velocidad las señales de los encoders situados en el generador y el motor. Para la medida de los parámetros eléctricos del motor se emplean conversores a 4-20 mA del tipo Sineax. Las salidas de estos conversores se conectan a tres módulos FP-AI-111 de 16 canales cada uno. A uno de estos módulos se conecta también un sensor inductivo que permite medir las velocidades del rotor sin necesidad de que esté montado el encoder, cosa que sucede en las fases iniciales del ensayo de calidad.

Todos estos elementos están situados en un armario industrial ubicado cerca del generador eléctrico ensayado y están conectados junto con el PC a un Switch Ethernet, creando una red local que permite el intercambio de datos entre los diferentes módulos. El PC de Configuración esta a su vez conectado a la intranet de la empresa a través de una conexión WI-FI.

 Características del Software

El software del sistema de adquisición se divide en tres diferentes aplicaciones: Configuración, Adquisición y Visualización e Informes de Validación.

La aplicación de configuración permite realizar y gestionar las plantillas que utilizará posteriormente la aplicación de adquisición. En las plantillas se definen los aspectos generales de las máquinas a ensayar (Tensión, frecuencia,…), la configuración de los sensores a utilizar (canal, sensibilidad,…) y los valores de alarma da cada una de las variables que se adquirirán durante el ensayo.

La aplicación de adquisición se encarga de guiar al usuario por las distintas fases del ensayo. El programa permite realizar cuatro tipos diferentes de ensayos: Ensayo Tipo, Ensayo de Vibraciones, Ensayo Serie y Ensayo de calentamiento. Una vez introducidos los datos del espécimen a ensayar, el usuario deberá seleccionar el tipo de ensayo que desea realizar de entre los predefinidos. En función del tipo de ensayo seleccionado por el usuario variarán las pruebas a realizar durante el proceso de control de calidad. Por cada una de ellas, el programa muestra al usuario las instrucciones de cómo preparar la prueba e indica al PXI la configuración de la medida a realizar definida en las plantillas seleccionadas por el usuario.  En caso de que la prueba lo requiera, se le envía al PXI la orden de comenzar la medida, y se van actualizando en la interfaz de usuario las medidas realizadas por el PXI y, en caso de que existan, las alarmas producidas. Una vez terminada la prueba, el PXI envía al PC de Configuración y Supervisión los datos recogidos durante la misma, y éste los almacena en la base de datos pasando a continuación a la pantalla de selección de prueba, donde aparecerá el resultado de las pruebas realizadas hasta el momento.

La aplicación de informes, que puede ser ejecutada desde cualquier ordenador conectado a la intranet de la empresa, se encarga de realizar informes de validación de los ensayos realizados. El programa filtra los datos almacenados en función del tipo de ensayo, números de serie de las máquinas o fecha del ensayo seleccionados por el usuario. Una vez seleccionado el ensayo del que se desea realizar el informe, se irá rellenando el documento con los datos de las pruebas que se definan en las plantillas (*.dot) de informes.

Conclusión

Se ha conseguido automatizar todo el proceso de control de calidad de generadores eléctricos, consiguiendo una herramienta flexible y fiable que permite realizar y documentar las diferentes pruebas requeridas para superar los controles de calidad de los diversos clientes. El uso de la arquitectura PXI junto al software NI Labview Real-Time garantiza la realización de las medidas críticas en el tiempo. Además, gracias a la tarjeta multiplexora PXI-2503 se ha conseguido ahorrar en equipos de medida externos como en el caso del óhmetro. Finalmente, la gestión de los datos adquiridos ha mejorado considerablemente gracias a la grabación en base de datos de los resultados de los ensayos y a la posibilidad de realizar informes de validación desde cualquier puesto de la intranet de la empresa.

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Alberto Negrete
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