Diagnóstico de las Baterías de Bloques de Iluminación de Emergencia

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"Se ha implementado de forma exitosa un equipo de medidas portátil basado en un PAC CompactRIO con algunas funciones “inteligentes” que permite la realización de pruebas a equipos en el lugar de instalación con una mínima intervención del personal de la fábrica. El coste se mantiene dentro de valores permisibles y la calidad de las mediciones son muy buenas"

- Juan José Cabana González, OPIDIS - Ingenieros

The Challenge:
Implementar un sistema de pruebas de las baterías de los bloques de iluminación de emergencia en Centrales Eléctricas en el lugar de instalación, almacenar la información de las mediciones de las descargas de baterías y procesar dicha información en un sistema de gestión empresarial. El ambiente de funcionamiento puede ser industrial

The Solution:
un sistema de medidas CompactRIO para realizar las mediciones de las pruebas de descarga de las baterías y guardar las mediciones en memorias USB para su posterior procesamiento en un sistema de gestión empresarial. El sistema tiene que ser portátil y requerir una operación mínima.

Author(s):
Juan José Cabana González - OPIDIS - Ingenieros
Pedro Luís Ruíz Aguado - OPIDIS - Ingenieros

Introducción

La Empresa OPIDIS realizó para uno de sus clientes del sector de la generación de energía eléctrica un sistema de pruebas del estado de las baterías de los bloques de iluminación de emergencia de la planta industrial. Estos bloques son de tipo industrial y deben garantizar la iluminación adecuada en caso de fallos de la red de suministro eléctrico en las diferentes zonas de la planta. Los bloques disponen de baterías recargables con capacidad suficiente como para estar funcionando de forma continua desde 12 horas hasta 24 horas o más. Es muy importante para la seguridad que dichos bloques sean verificados con cierta frecuencia para proceder a la sustitución de las baterías cuando estas muestren síntomas de estar próximas al fin de su vida útil.

Para cumplir con este objetivo, el servicio de mantenimiento eléctrico, planifica mediante su sistema de gestión de nivel empresarial los trabajos de mantenimiento para verificar las baterías de los bloques de iluminación. Una vez que las pruebas se han realizado, los datos de las mediciones se procesan en una aplicación que verifica las tendencias de las sucesivas pruebas y determina si las baterías pueden estar próximas a una falla. En este caso se genera una orden de trabajo para sustituir estas baterías.

Con este procedimiento se garantiza que los bloques de iluminación estén preparados para realizar su función y se reducen los cambios de baterías con el consiguiente beneficio económico y medioambiental.

Requisitos Generales del Sistema de Medición

El sistema de medición tiene que medir las tensiones de descarga de las baterías de hasta 3 bloques al mismo tiempo y también el valor de la temperatura ambiente del lugar de la prueba. Esta temperatura puede variar desde unos 20 ºC en las salas de control hasta más de 40 ºC en las salas de máquinas. El sistema de medición también debe ser capaz de funcionar correctamente en estas condiciones ambientales durante el tiempo de descarga de las baterías (entre 12 y 24 horas). Las tensiones de las baterías varían entre 4 VDC hasta 120 VDC.

Otro requisito consiste en poder transferir al sistema de medidas la información de las mediciones (tensiones, identificación, etc.) y posteriormente descargar las mediciones para procesar la información en otro sistema de gestión. Se determinó que la mejor opción sería utilizar memorias USB tipo “pendrive”.

El sistema de medición debe ser simple de operar y configurar. El tamaño físico debe ser pequeño y portátil.

Solución Basada en CompactRIO

La solución que se implementó consiste en utilizar un controlador de automatización programable (PAC) NI CompactRIO-9012 para el equipo de medición portátil y ubicar los elementos y accesorios en un chasis portátil de dimensiones reducidas poco mayores que las dimensiones del PAC CompactRIO. Para la toma de datos se utiliza un módulo NI-9219 para la lectura directa de 3 canales analógicos de tensiones de VDC y un canal de temperatura por medio de un sensor PT100 a 4 hilos.

El equipo dispone de una fuente de alimentación interna muy pequeña con salida a 24 VDC. Se dispone de un panel donde están ubicados los canales de entrada analógicos, las interfaces (USB y Ethernet) y varios indicadores LED e interruptores. En la Figura 1 se muestra el panel frontal del equipo.(ver figura 1)

Para poder implementar los controles e indicadores LED sin tener que utilizar en el PAC CompactRIO de un módulo de entradas y salidas digitales se han utilizado las líneas de control del puerto serie RS-232 como salidas y entradas digitales y controlarlas desde LabVIEW por medio de NI-VISA. De esta forma se puede reducir el coste del medidor. En la Figura 2 se presenta el medidor con la tapa superior quitada.(ver figura 2)

El proceso de medidas comienza con la activación de la alimentación del medidor que inicia el PAC CompactRIO y su programa (realizado en LabVIEW Real-Time y FPGA). El PAC CompactRIO se queda a la espera de que se inserte en el puerto USB una memoria “pendrive” con los datos de la prueba. El PAC CompactRIO lee dichos datos de la memoria USB y cambia los rangos de medida de cada canal de acuerdo a las tensiones de las baterías. Como el módulo NI-9219 tiene como valor máximo de tensión de entrada  ±60 VCD se ha puesto un divisor de tensión en cada canal de entrada con una razón de 0,4 de esta forma el rango de entrada máximo se ha extendido a 150 VDC.

Una vez que se ha comenzado la toma de datos, estos se almacenan en la memoria interna del CompactRIO a una razón de un valor cada 1 segundo. Una vez que se ha llegado a los valores mínimos de descarga de las baterías, la prueba finaliza y las mediciones se almacenan en la memoria USB. Esta información se lleva a un ordenador PC donde el sistema de gestión empresarial lee los datos de las pruebas y donde se determina si se requiere de la sustitución de las baterías.

Debido a que las pruebas pueden durar muchas horas se dispone de un ordenador portátil NetBook para monitorizar las mediciones y el estado del PAC CompactRIO. Este ordenador se conecta al puerto Ethernet del equipo y muestra una interfaz gráfica con los valores importantes del proceso de medidas. El programa se ha realizado en LabVIEW y se comunica con el PAC CompactRIO por medio de variables de red. Desde esta interfaz también se pueden controlar todos los aspectos del proceso de medida y las calibraciones. En la Figura 3 se presentan ambos sistemas conectados.(ver figura 3)

Conclusiones

Se ha implementado de forma exitosa un equipo de medidas portátil basado en un PAC CompactRIO con algunas funciones “inteligentes” que permite la realización de pruebas a equipos en el lugar de instalación con una mínima intervención del personal de la fábrica. El coste se mantiene dentro de valores permisibles y la calidad de las mediciones son muy buenas. Este sistema está en constante evolución y se puede extender a otros tipos de medidas aprovechando la versatilidad de los PAC CompactRIO y su programación en LabVIEW. Se pueden añadir otros módulos de la Serie C para diferentes tipos de mediciones.

Author Information:
Juan José Cabana González
OPIDIS - Ingenieros

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