Sistema di misura portata aria per ventilatori industriali

Author(s):
F. Bigagli - PROJECT ENGINEERING
N. Nannini - PROJECT ENGINEERING

Industry:
Machines/Mechanics

Products:
LabVIEW, Compact FieldPoint

The Challenge:
Realizzare un sistema di misura ad elevata accuratezza e a basso costo per le prove di Laboratorio dell’azienda costruttrice di ventilatori industriali contraddistinti da un’ampia variabilità dei parametri caratteristici in quanto fortemente diversificati in base alle esigenze del cliente finale. Il cuore del Laboratorio è il tunnel di misura di portata, per il quale sono richiesti un’interfaccia utente chiara e semplice e la creazione e archiviazione dei report dei test eseguiti.

The Solution:
Con un’architettura hardware basata su Compact FieldPoint per la gestione degli I/O analogici e digitali, montati direttamente nel quadro elettrico che gestisce l’impianto, e una struttura meccanica realizzata in base alle norme di settore, è stato realizzato un sistema (denominato FANTEST) in grado di gestire efficacemente campagne di prova accurate, rispettando tutte le normative europee nel campo delle misure di portata e naturalmente interfacciato con i sistemi standard di reportistica (tra cui Excel).

Il test prevede la misura di tutti i parametri funzionali e al contorno che determinano le condizioni della prova.
La prova consiste nel ricavare la curva caratteristica del ventilatore in prova variandone il carico in modo che la portata vada da zero al valore massimo (o viceversa); tale curva rappresenta il risultato finale oggetto di archiviazione e reportistica.
La portata del ventilatore in prova viene ricavata dalle grandezze misurate attraverso una significativa mole di calcoli, necessari per quantificare tutti i parametri funzionali e operativi della macchina in prova, con particolare attenzione ai rendimenti sia assoluti che normalizzati rispetto alle condizioni di prova standard (valori standard di riferimento per temperatura, pressione atmosferica, numeri di giri del ventilatore in prova).

Il sistema di acquisizione è composto da un quadro elettrico dove sono posizionati i relè per l’interfacciamento con la parte di potenza e l’elettronica di acquisizione dati e controllo National Instruments, composta da:
• interfaccia ethernet per 4 moduli cFP-1804
• n°1 modulo cFP-AI-111 per l’acquisizione di 8 segnali mA
• n°1 modulo cFP-AO-200 per generazione di 8 uscite analogiche mA
• n°1 modulo cFP-DI-304 per il monitoraggio di 32 ingressi digitali
• n°1 modulo cFP-DO-401 per il controllo di 16 uscite digitali
Il quadro elettrico è adiacente al tunnel ed è collegato al PC (posizionato nell’adiacente ufficio) mediante la rete ethernet aziendale.
Il tunnel è composto fondamentalmente da due camere separate da una parete su cui sono montate i boccagli calibrati, la cui apertura e chiusura è gestita dal sistema. A monte della prima camera viene fissata la macchina in prova, mentre a valle della seconda sono posizionati una serranda motorizzata ed un ventilatore di estrazione a inverter, che hanno il compito di raggiungere e mantenere al valore voluto la pressione in uscita alla macchina in prova.

In dettaglio il sistema gestisce:
- l’apertura e la chiusura dei boccagli, segnalando eventuali situazioni di conflitto e incongruenza fra i comandi dati e il reale stato del sistema
- la regolazione della pressione in uscita al ventilatore in prova mediante variazione della velocità del ventilatore di estrazione e la variazione dell’apertura della serranda
- il mantenimento della tensione di alimentazione macchina in prova, tramite variac motorizzato
- la misura del numero di giri del ventilatore in prova

Il software, sviluppato in LabVIEW, permette un uso semplice ed intuitivo grazie alla perfetta integrazione dei comandi e dei valori sia acquisiti che calcolati con sinottici appositamente realizzati allo scopo; inoltre rende il Sistema ed i dati da esso rilevati intrinsecamente compatibili con tutte le possibili periferiche di stampa e di archiviazione dati, nonché con la totalità delle reti informatiche esistenti in campo PC.

Le principali funzionalità sono le seguenti:
• Gestione Prova, logicamente suddivisa in tre fasi:
o Setup della prova: è la fase in cui si immettono tutti i dati necessari all’esecuzione della prova (dati di targa, condizioni al contorno, parametri di normalizzazione) e si aprono i boccagli opportuni mediante una valutazione (fornita dal software) della portata raggiungibile in quelle condizioni.
o Prova e Grafici: è l’esecuzione vera e propria della prova, durante la quale viene controllata la pressione in uscita alla macchina e vengono generati i punti della curva caratteristica, che possono essere visualizzati sia in formato numerico che grafico. In queste schermate sono visualizzati i dati di maggior interesse, evidenziando quelli critici per la corretta esecuzione della prova.
o Report e conclusione della prova: a discrezione dell’operatore in ogni momento è possibile creare un report con i punti di lavoro generati fino a quel momento.
• Calibrazione: è possibile eseguire una taratura di tutti i canali acquisiti.
• Visualizzazione di dati in tempo reale
• Analisi a posteriori: possono essere registrati e analizzati tutti i dati provenienti dal sistema, siano essi acquisiti, calcolato o relativi alle regolazioni PID del sistema.

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F. Bigagli
PROJECT ENGINEERING
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