Sistema de Adquisición de Datos del Laboratorio de Ensayo de Aerogeneradores del CENER

Author(s):
Carlos Charray - GES SIEMSA
Alberto Negrete - GES SIEMSA

Industry:
Energy/Power

Products:
Data Acquisition, Datalogging and Supervisory Control, LabVIEW, SCXI, PXI/CompactPCI, Real-Time Module

The Challenge:
Diseñar y desarrollar un sistema de adquisición de datos capaz de adquirir gran variedad de tipos de medida, ampliable, configurable y robusto. El sistema debe también comunicarse con el resto de sistemas de la instalación por medio de señales cableados y OPC.

The Solution:
Se ha conseguido implantar un sistema modular, que por un lado cuenta con una adquisición independiente basada en Labview Real-Time y por otro la visualización en PC. La versatilidad del PXI junto con un sistema SCXI permite adquirir casi cualquier tipo de magnitud física (vibración, temperatura, presión, deformación, etc). Por otra parte, en el PC, un sistema basado en el DSC permite visualizar los datos en tiempo real y gestionar históricos y alarmas.

El cliente final del sistema, un centro tecnológico dedicado a la investigación, desarrollo y fomento de las energías renovables ha construido una planta en la que se podrá ensayar el tren completo de potencia de un aerogenerador. Este banco está orientado a prototipos de máquinas, con lo que las pruebas a realizar pueden variar mucho de una a otras, tanto la sensórica utilizada como la duración o los periodos de muestreo y almacenamiento. El sistema debe ser pues flexible, ampliable y fiable, ya que los ensayos pueden durar 5 minutos o 5 meses, manteniendo la adquisición de forma permanente durante toda la duración del ensayo.

Para satisfacer estas necesidades se decidió utilizar una configuración PC-PXI. En el PC se ejecutará el programa que permitirá configurar los ensayos, visualizarlos y gestionar los históricos. El PXI se encargará de adquirir las señales configuradas desde el PC y actualizar los correspondientes TAGs en el DSC. También se encuentra en el PXI el módulo de alarmas que permite ofrecer una respuesta rápida ante cualquier situación anómala.

Lo primero que debe hacer el usuario es definir qué canales de entre los disponibles en el sistema desea utilizar en un determinado ensayo. El hardware permite medir temperatura (98 canales), presión (16), vibración (24), sonoridad (8), deformación (32), señales analógicas 0-10 V (32) y 4-20 mA (16), señales eléctricas (6 canales utilizando un datalogger) y señales digitales (64). El software de configuración se conecta a la base de datos y muestra al usuario todos los canales físicos disponibles. Para ampliar el sistema basta con añadir una nueva tarjeta al PXI, configurarla y añadir los canales a la base de datos. Automáticamente los nuevos canales estarán disponibles. A continuación el usuario relaciona las medidas a realizar con los canales disponibles y almacena la configuración en la base de datos creando una plantilla de sensores

Una vez seleccionadas las medidas a realizar, el usuario debe generar una plantilla de ensayo. Esta plantilla, basada en la de sensores, establece los parámetros de adquisición de los diferentes tipos de medida, los límites de aviso y fallo, y las acciones asociadas a estas alarmas. Para todos los tipos de medida será necesario configurar los periodos de muestreo y almacenamiento, y la banda muerta. Otros tipos de medida requerirán configuración adicional, como puede ser la medida de vibración (frecuencia máxima, número de líneas) o deformación (tipo de galga, resistencia, etc.). En esta plantilla, también se podrá representar el layout de sensores sobre el espécimen a ensayar, ya que el sistema permite introducir imágenes y colocar fácilmente sobre ellas los diferentes sensores utilizados, pudiéndose ver superpuestos con la imagen del espécimen los sensores, sus valores e incluso su estado en relación con los límites de alarma y fallo.

Una vez generada la plantilla de ensayo, el usuario está en condiciones de comenzar una nueva prueba. El sistema se conecta al PXI, que está a la espera de recibir la configuración y comenzar la adquisición. Por medio de comandos TCP se inicializará y configurará el PXI. En este momento se le indicará al PXI los canales que debe medir, con qué frecuencia, los límites de alarma y todos los parámetros que necesitará para la realización del ensayo.

Con la plantilla de ensayo generada, es posible comenzar un ensayo. El PC manda al PXI toda la configuración de ensayo, y este, se mantiene a la espera de recibir la orden de comenzar la adquisición. A partir de este momento, el PXI puede funcionar de manera independiente, sin necesidad de que ningún equipo cliente esté conectado. El programa de adquisición, desarrollado en tiempo real, se encargará de adquirir las señales configuradas y actualizar el servidor DSC instalado en el PC. Por si se perdiera la conexión con el PC, el PXI dispone de un buffer circular de tamaño configurable, del que se podrán obtener todos los datos al recuperar la conexión. El PXI se encargará también de la gestión de alarmas, ejecutando las acciones configuradas para cada una de ellas. También deberá comunicarse con el resto de equipos de planta (Sistema de Control, Sistema de Seguridades, etc.) por medio de señales digitales cableadas.

El PXI adquiere los siguientes tipos de medida:

•         98 temperaturas.

•         16 Señales de presión utilizando tarjetas PXI de 4-20 mA.

•         32 Señales de deformación. En este caso se utiliza un sistema SCXI con tarjetas SCXI-1520 conectadas en paralelo a una tarjeta 6520 instalada en el PXI.

•         24 Canales de vibración y 8 de sonoridad con tarjetas PXI-4472.

•         6 Canales de medidas eléctricas (cada una de ellas con 8 medidas diferentes)  utilizando un watímetro conectado por ethernet.

•         32 Señales analógicas diferenciales de 0-10 V y 64 E/S digitales por medio de tarjetas PXI.

•         Medida de calidad de aceite. Se utiliza un contador de partículas conectado por RS-232

El programa de visualización permite ver en tiempo real los datos adquiridos por el PXI conectándose al DSC y leyendo los TAGs configurados. También permite ver históricos del ensayo de una antigüedad menos a 1 mes. En función del tipo de medida mostrará datos instantáneos (Temperatura o presión), espectros (vibración y sonoridad), ondas temporales (deformación, señales eléctricas y analógicas), además de tendencias, alarmas, históricos y layout de la sensórica sobre el especimen a ensayar. El sistema cuenta con una base de datos permanente SQL Server. Todos los días a las 00:00h, o al finalizar el ensayo, e sistema recoge los datos del DSC que no hayan sido almacenados y los vuelca en la base de datos. Esta base de datos permitirá revisar los históricos offline desde cualquier PC situado en red.

Además de todo esto el sistema dispone de una aplicación que permite configurar, visualizar y analizar históricos de manera remota desde cualquier PC situado en la red. Esto permitirá realizar plantillas o ver históricos, mientras otro usuario está visualizando el ensayo en tiempo real.

Conclusión

El producto final entregado al cliente es un sistema que se adapta perfectamente a las necesidades indicadas por él. Gracias a la arquitectura modular basada en el DSC se dispone de una adquisición en tiempo real, independiente del resto del sistema. Los ensayos son totalmente configurables ya que el usuario puede determinar qué canales emplear, y qué medidas realizar en dichos canales. Además el sistema es fácilmente ampliable gracias a la base de datos de configuración y los históricos son accesibles en cualquier momento, incluso durante la ejecución de un ensayo.

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Carlos Charray
GES SIEMSA
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