Monitoreo de Palas Electromecánicas para Minas de Cielo Abierto

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"La aplicación de monitoreo en el sistema CompactRIO busca por los mejores periodos de medición para analizar y optimizar la relación de señal-a-ruido. "

- Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

The Challenge:
Desarrollar un sistema de monitoreo continuo altamente especializado para palas electromecánicas que permita implementar estrategias de mantenimiento predictivo en estas máquinas críticas.

The Solution:
Crear un sistema funcional y a la medida para monitoreo continuo de vibración y estrés utilizando la plataforma NI CompactRIO y el software NI LabVIEW.

Author(s):
Daniel Ramírez - CADETECH S.A.

Las palas electromecánicas para minería a cielo abierto son máquinas enormes, móviles y no estacionarias utilizadas para cargas camiones que transportan el mineral a las plantas de procesamiento. Usualmente existe 1 pala por cada 12 camiones, lo que significa que paros inesperados en las palas tiene un impacto directo en la producción. Por esto, se consideran a las palas electromecánicas como máquinas críticas.

Tradicionalmente ha sido difícil aplicar técnicas predictivas y de monitoreo de condición a estas palas electromecánicas debido a algoritmos de análisis inadecuados y equipos no preparados para el ambiente de operación severo. Los métodos tradicionales de análisis de vibración (el método más común para mantenimiento predictivo en máquinas rotativas) implementado con equipo convencional se basan en la transformada de Fourier, que asume una velocidad rotacional constante. Esto es inadecuado para las palas, por lo que se requiere de un acercamiento diferente.

La urgencia de pasar de una estrategia reactiva y preventiva de mantenimiento a una estrategia predictiva y proactiva llevó a la creación de SiAMFlex, o Sistema Avanzado para Monitoreo Flexible. SiAMFlex fue inicialmente una iniciativa del Profesor Pedro Saavedra de la Universidad de Concepción, Chile, y comenzó con la investigación para desarrollar algoritmos de análisis de vibración que fueran adecuados para las señales de vibración de palas electromecánicas. Una vez que el algoritmo estuvo listo, la segunda etapa fue implementar esta técnica como el núcleo de un sistema de monitoreo continuo. Hoy en día, SiAMFlex es soportado y actualizado continuamente por CADETECH para mantener una herramienta de administración y análisis de la integridad mecánica y estructural de activos.

El sistema de monitoreo consiste de equipo embebido, un servidor, computadoras, y equipamiento para comunicación inalámbrica. El equipo instalado en la pala incluye:

  • Un sistema CompactRIO con el controlador embebido NI cRIO-9014 y un chasis de 8 ranuras.
  • Un módulo NI 9233 para medición de vibración.
  • Un módulo NI 9237 para medición dinámica de tensión.
  • Un módulo NI 9422 para obtener datos precisos y de alta resolución de tacómetros.
  • Un módulo NI 9205 para señales adicionales del sistema de control de la pala.
  • Acelerómetros piezoeléctricos montados en los componentes rotatorios principales de la pala (motores y caja de transmisiones).
  • Galgas extensiométricas montadas en los componentes estructurales principales de la pala.
  • Codificadores incrementales en los motores principales.
  • Equipo de comunicación inalámbrica.
  • Equipo para filtrado de potencia.

El sistema CompactRIO de a bordo adquiere simultáneamente señales de los acelerómetros, codificadores, y galgas extensiométricas. Las señales de vibración y tensión son monitoreadas continuamente y comparadas con valores de alerta y alarma para generar un primer indicador de problemas. Las señales son grabadas periódicamente en intervalos de tiempo definidos por el usuario en caso que se genere una alerta o alarma. En este caso, la aplicación de monitoreo en el sistema CompactRIO busca por los mejores periodos de medición para analizar y optimizar la relación de señal-a-ruido. Con este método, los datos son grabados en intervalos regulares predefinidos para controlar cambios mecánicos eventuales en la máquina, y los datos son guardados cuando algún evento repentino ocurre. En ambos casos, las señales complementarias desde el sistema de control de la pala son grabadas como referencia y para aumentar las posibilidades de realizar correcciones proactivas.

Los datos son almacenados temporalmente en la memoria flash interna del CompactRIO, y posteriormente son descargados de forma automática a un servidor maestro mediante un enlace inalámbrico. Aquí, los datos son procesados, comparados contra parámetros más complejos de alerta y alarma, y almacenados en una base de datos. Si el enlace inalámbrico al servidor no está disponible, el usuario se puede conectar y descargar los datos de forma manual mediante un enlace inalámbrico de corto alcance y punto-a-punto (requiere que el usuario esté físicamente cerca de la pala y establezca la conexión), conectado un cable de red Ethernet, o insertando una memoria USB en el CompactRIO.

Una vez que los datos son procesados y almacenados, están disponibles para visualización del usuario, análisis, procesamiento manual, y administración de las tendencias históricas en el servidor o cualquier computadora en la red con acceso a la base de datos. Todo el software de configuración, transferencia de datos, procesamiento, visualización y análisis fue desarrollado con LabVIEW.

Al mes de abril del 2008, nueve palas son monitoreadas constantemente con SiAMFlex en cuatro minas a cielo abierto en Chile, dos de las cuales están entre las mayores minas de cobre en el mundo. Además de los sistemas de monitoreo continuo, CADETECH desarrolló varios instrumentos portátiles para palas que no usan el sistema SiAMFlex. Uno de ellos está basado en el sistema NI CompactDAQ y los demás utilizan CompactRIO en conjunto con una computadora de pantalla táctil NI TPC-2006 para configurar el equipo como un instrumento de maletín robusto y completamente autónomo para análisis de vibración de 16 canales.

Estos desarrollos son evidencia de la flexibilidad, facilidad de uso, y determinismo de la plataforma de desarrollo de hardware y software de National Instruments.

 

Author Information:
Daniel Ramírez
CADETECH S.A.
Chile
Tel: +56 41 2621500

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