Sistema di test e controllo qualità delle valvole antipompaggio

Author(s):
D. Vinci - ES AUTOMATION

Industry:
Oil and Gas/ Refining/ Chemicals

Products:
FPGA Module, CompactRIO, Real-Time Module

The Challenge:
Automatizzare la procedura per il test di qualità delle Valvole Antipompaggio utilizzando un sistema di alta precisione ed estremamente affidabile che abbia un’interfaccia semplice ed intuitiva utilizzabile anche da personale non specializzato.

The Solution:
La soluzione si basa sulla piattaforma hardware CompactRIO di National Instruments e software LabVIEW Real-Time e LabVIEW FPGA Il prodotto finale riesce a traguardare tutte le caratteristiche di affidabilità ed espandibilità richieste; in modo particolare la parte FPGA di CompactRIO ha consentito di realizzare un software estremamente preciso in maniera semplice e veloce. Il costo di realizzazione dello strumento è risultato notevolmente contenuto rispetto ad altre soluzioni commerciali, con l’ulteriore beneficio di offrire un’interfaccia operatore semplice ed intuitiva, fruibile anche da personale non specializzato.

Lo strumento è nato in seguito alla richiesta di un nostro cliente che ha avuto l’esigenza di ampliare la catena hardware e software da lui utilizzata per l’esecuzione dei test di qualità dei suoi prodotti, (basata su complessi sistemi indirizzati a tecnici specializzati).
Considerando la criticità delle misure richieste ed il tipo di ambiente operativo, abbiamo selezionato hardware e software preferendo qualità ed affidabilità in maniera tale da traguardare i seguenti punti fondamentali:
• L’hardware deve essere compatto e comunque indipendente dal terminale operatore; questa caratteristica consente di avere il sistema di acquisizione sempre pronto all’avviamento evitando complesse procedure di set-up, di incrementare il MTBF e di fatto di minimizzare i tempi di fermo macchina. Come ulteriore vantaggio, questo tipo di soluzione consente di non vincolarsi ad hardware e software utilizzato per il terminale operatore che può basarsi anche su soluzioni di tipo consumer.
• Hardware espandibile; la scelta effettuata sull’hardware consente al sistema di evolvere nel tempo e quindi di adeguarsi facilmente nel caso di implementazione di nuove procedure.
• Interfaccia operatore user friendly basata su sistema operativo Windows; questa caratteristica consente di raggiungere l’obiettivo di semplificare al massimo l’interazione con lo strumento.
L’analisi della soluzione ci ha consentito di dirottare le scelte su una piattaforma di ultima generazione e risparmiare notevoli risorse economiche, ma soprattutto di semplificare al massimo le procedure dei test automatizzando completamente le sequenze operative.
Il sistema si divide in due entità ben distinte:
• L’interfaccia grafica, sviluppata con LabVIEW, installata su un normale PC
• Il PAC CompactRIO, su cui gira un programma scaricato su FPGA
Il colloquio tra l’interfaccia operatore ed il CompactRIO avviene attraverso una connessione Ethernet 10/100.
Il programma sviluppato su CompactRIO è completamente parametrico e gira completamente sul FPGA, garantendo quindi tempi e valori prevedibili.
L’operatore del sistema non ha necessariamente conoscenze specialistiche ma è guidato dall’interfaccia grafica attraverso una serie di scelte obbligate in classico stile wizard: il software si adatta automaticamente alle scelte dell’operatore presentando di volta in volta le schermate più adatte consentendo così di ridurre molto vicino allo zero la possibilità di errori di parametrizzazione.
Lo sviluppo è stato portato avanti in maniera completamente modulare, in modo da semplificare al massimo manutenibilità ed estensibilità delle funzionalità: il sistema complessivo è visto come un generatore di forme d’onda arbitrarie ad altissima precisione con capacità di logging dei dati.
Ogni test preconfigurato è visto quindi come una particolare forma d’onda, parametrizzabile dall’operatore, che viene scaricata su CompactRIO ed eseguita con estrema precisione su un output analogico; la risposta dell’hardware in prova è campionata su un input analogico alla stessa frequenza con cui viene generato il segnale di eccitazione e memorizzata per la successiva analisi, eseguita in modalità batch, ed emissione del certificato di collaudo.
Ogni prova analizzata è memorizzata nell’archivio storico su PC, gestito con il software operatore scritto interamente in LabVIEW. Per chiara scelta progettuale il formato degli archivi è basato su uno standard aperto e diffuso come i files di testo .csv completamente compatibili con i più noti programmi di Gestione Fogli Elettronici.
L’operatore può in qualsiasi momento richiamare uno dei test memorizzati nel database storico, visualizzarlo, analizzarlo e ristampare i certificati con la pratica interfaccia sviluppata in LabVIEW, oppure accedere direttamente agli archivi con il programma di gestione Fogli Elettronici preferito.
I test che attualmente sono stati integrati nella piattaforma consistono in:
• “STEP 0-100 IMMEDIATA”: consiste nell’eseguire un’apertura e chiusura completa per rilevare i tempi di risposta della valvola. Il comando analogico viene posto inizialmente allo 0% e dopo un tempo predeterminato tale comando viene istantaneamente elevato al 100%; a conclusione di questo test e dopo un tempo predeterminato lo strumento esegue l’operazione inversa (da 100% a 0%).
• “STEP 0-100 DISCRETA”: consiste nell’incrementare con step fissi (configurabili) il comando verso la valvola portandolo da 0 a 100% (e di seguito da 100 a 0%) in un tempo prestabilito.
• “ISTERESI”: consiste nel generare una rampa lineare del comando verso la valvola, portandolo da 0 a 100% (e di seguito da 100 a 0%) in un tempo predefinito.
• “SENSIBILITA’”: consiste nell’incrementare con step fissi (configurabili) il comando verso la valvola portandolo da un valore iniziale (configurabile) ad un valore finale (configurabile) predeterminati in un tempo predeterminato.
• “ANALISI IN FREQUENZA”: consiste nel generare sul comando verso la valvola una sinusoide periodica di ampiezza e frequenza configurabile. Sul risultato della prova viene eseguita un’analisi batch che consente di passare dal dominio del tempo al dominio delle frequenze, applicando il calcolo della trasformata di Fourier (FFT) in modo da rilevare il guadagno e lo sfasamento della valvola rispetto al comando.
• “ESD”: consiste nel disattivare l’alimentazione della valvola e monitorare il tempo di apertura totale della stessa. La prova viene eseguita per mezzo di un relais collegato ad un uscita digitale dello strumento.
Le successive evoluzioni di questa soluzione prevedono l’integrazione di una routine per eseguire in sequenza i test a frequenze differenti e la successiva analisi con diagramma di Bode.

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D. Vinci
ES AUTOMATION
domenico.vinci@es-group.it

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