WO2016095873A1 - Sistema y método de medición y análisis de parámetros de condición de una máquina - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the technological field and consists of a system and method for monitoring mechanical vibrations and other physical parameters using signals from accelerometers, proximity sensors, temperature sensors, pressure sensors and other parameters to establish what is the condition of a machine in real time and capturing large numbers of samples to send them to a computer for later analysis. It is capable of operating relays to generate alarms or stop the machine and can withstand electrical and mechanical stress. It is modular and can work cooperatively or individually. BACKGROUND OF THE INVENTION
- Galileo Galilei found the relationship between the length of a pendulum's string and its oscillation frequency, and found the relationship between the tension, length and vibration frequency of the strings. Isaac Newton and Robert Hooke enunciated the laws of movement and elasticity, while Daniel Bernoulli, along with Euler, studied the way some bodies vibrate using the harmonic overlay principle.
- the first vibration meters were introduced in the 1950s and measured the general level (broadband level) of vibration in machinery, or in mils (thousandths of an inch) peak to peak of vibratory displacement or in inches per second (PPS) of vibratory speed.
- the TRF analyzer was reached, which made it possible to calculate a very fast frequency spectrum.
- the first analyzers were very bulky and heavy, so they were more suitable in the laboratory than as portable units for use in industry.
- a simple way to describe the vibrations would be the continuous and repetitive movement of an object around an equilibrium position.
- the equilibrium position is reached when the force acting on the object is zero.
- resonance is the phenomenon that occurs when the frequency with which a vibrating system is excited is equal to its natural frequency. It is a phenomenon related to the high amplitudes of vibration and that depends among other things, on the frequency with which a system is excited even if the other parameters (such as the excitation force, mass and elasticity) remain constant.
- This type of vibration is called whole body vibration, which means that all parts of the body move together in the same direction and at any time.
- the vibratory motion of an entire body can be fully described as a combination of individual movements of 6 different types: those are translations in the three orthogonal directions (x, y, z) and rotations around the axes (x, y, z) .
- those are translations in the three orthogonal directions (x, y, z) and rotations around the axes (x, y, z) .
- Mechanical vibrations can be classified from different points of view depending on the excitation, the energy dissipation, the linearity of the elements or the characteristics of the signal.
- the vibration according to this parameter can be free or forced.
- a free vibration is when a system vibrates due to instantaneous excitation, while forced vibration is due to permanent excitation.
- the conversion is done in three stages. First, a sensor captures a physical phenomenon to be measured and displays at its output an electrical signal dependent on the value of the physical variable. The second step is a conditioning system that modifies the signal and has a voltage output. Finally, a circuit transforms or amplifies the output voltage, which by means of an A / D converter is converted into a discrete signal that feeds a computer.
- the sensors according to energy source requirements can be passive or self-generating and directly generate an electrical signal in response to an external stimulus without the need for an external energy source. They take stimulus energy (for example Thermocouples or Piezoelectric Sensors). For their part, active or modulating sensors require an external power source or an excitation signal to be able to operate (for example the thermistor or inductor).
- stimulus energy for example Thermocouples or Piezoelectric Sensors.
- active or modulating sensors require an external power source or an excitation signal to be able to operate (for example the thermistor or inductor).
- the sensors are also classified by the magnitude to be measured, and would be mechanical, such as those that provide an electrical signal in response to a variation of some of the mechanical characteristics of an object / material.
- the invention consists of an information analysis system that allows interpreting the information derived from the signals produced by a machine.
- the system has three basic ones: A card called “Backplane” that serves as an electrical connection between modules and mechanical support for them.
- a module called “Master” which is responsible for controlling communication with a computer and communication with the other modules. It also controls 4 relays that indicate various alarm states.
- the modules called “acquisition modules” that are responsible for converting analog signals to digital signals, also calculates the level “RMS” which is an indicator of the level of danger of vibration, has 2 relays that indicate various alarm states , it has the ability to acquire signal samples and condition them and then send it to a computer through the "Master” module.
- the invention serves to measure and analyze vibrations in machines.
- the system includes a backplane card, a master module, an advanced analysis module, up to 48 acquisition modules with electrical isolation between them, four relays for alarms in the master module, two relays for alarms in each acquisition module, one sensor per each acquisition module, a channel for each acquisition module, an independent signal processor for each acquisition module, a protection system to avoid remote interference with double communication port, two communication channels and a universal analog input for each module Acquisition
- This system is coupled to any machine on which measurement parameters are determined and has the ability to acquire from the machine to which it is coupled, samples of parameter signals and condition them and then send it to a computer through the master module.
- the advanced analysis module consists of a signal processor that calculates frequency spectra and performs orbital analysis.
- the analysis module may be contained within the master module and may use a microprocessor, microcontroller, a digital signal processor (DSP) or an embedded subsystem.
- DSP digital signal processor
- the 48 acquisition modules are responsible for converting analog signals to digital signals and calculate in real time the level of danger of the parameter.
- Each acquisition module has two relays that indicate various alarm states.
- the danger level is the RMS value of parameter signals from the machine and is calculated every 10 milliseconds, making a complete calculation every 100mS with a resolution of 10 mS for instantaneous values.
- the parameters measured by the sensors for predictive analyzes of machine failures include temperature, pressure, vibration, electrical power, electrical voltage, electrical current, distance and distance between iron.
- the remote intrusion protection system consists of a communication channel that must receive a code in order to enable the functions of changing operating parameters of the system and can also receive a code to disable the anti-intrusion feature.
- the modular system allows electrical isolation between modules allowing autonomous operation as well as direct connection to the machine or equipment in operation. In this way they can be inserted or removed from the base without having to turn off the equipment, being possible to replace damaged modules without disconnecting the entire system.
- Any acquisition module can be used to measure the signal from an analog or digital sensor to calculate the RP.
- This invention has a series of novelties that differentiate it from previous art. In the first place it is a modular system, where each measuring channel behaves autonomously. It also has electrical insulation between modules, a module can be destroyed by an electric shock without damaging others or affecting its operation.
- the invention also differs by having a hot connection, where they can be inserted or removed from the base without having to turn off the equipment, which gives it the ability to replace damaged modules without disconnecting the entire system.
- the independence of channels causes each channel to behave autonomously so it continues to monitor the machine and generate alarm signals with the relays without the need to be connected to a master or a computer. In case of partial destruction of the system the surviving modules will continue to operate.
- Simultaneous dual mode can work in protection mode, that is, it monitors the condition of the machine to generate alarms and simultaneously can send information to a computer for advanced analysis.
- the anti-intrusion mechanism has a double communication port, the operating parameters can only be changed in person in the device, and never through the network unless it has an access level approved by the configuration channel.
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Abstract
Un sistema y método para monitoreo de vibraciones mecánicas y otros parámetros físicos utiliza las señales provenientes de acelerómetros, sensores de proximidad, sensores de temperatura, sensores de presión y otros para establecer cuál es la condición de una maquina en tiempo real y capturando gran cantidad de muestras para enviarlas a un computador para análisis posteriores. Es capaz de accionar relés para generar alarmas o detener la máquina y puede soportar stress eléctrico y mecánico. Es modular y puede funcionar de modo cooperativo o individual.
Description
"SISTEMA Y MÉTODO DE MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE PARÁMETROS
DE CONDICIÓN DE UNA MÁQUINA"
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con el campo tecnológico y consiste en un sistema y método para monitoreo de vibraciones mecánicas y otros parámetros físicos utiliza las señale provenientes de acelerómetros, sensores de proximidad, sensores de temperatura, sensores de presión y otros pára establecer cuál es la condición de una maquina en tiempo real y capturando gran cantidad de muestras para enviarlas a un computador para análisis posteriores. Es capaz de accionar relés para generar alarmas o detener la máquina y puede soportar stress eléctrico y mecánico. Es modular y puede funcionar de modo cooperativo o individual. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Históricamente, la ciencia ha dado muchos aportes en el reconocimiento de las vibraciones mecánicas. Pitágoras y Aristóteles realizaron los primeros estudios formales conocidos acerca de vibraciones.
Galileo Galilei encontró la relación existente entre la longitud de cuerda de un péndulo y su frecuencia de oscilación, además encontró la relación entre la tensión, longitud y frecuencia de vibración de las cuerdas. Isaac Newton y Robert Hooke enunciaron las leyes del movimiento y la elasticidad, mientras que Daniel Bernoulli, junto con Euler, estudió la forma de vibrar de algunos cuerpos usando el principio de superposición de armónicos.
Joseph Fourier propuso en 1807, (con base en su conocido análisis de series y transformadas de Fourier), que muchas de las funciones más conocidas podían expandirse en series de senos y cosenos; de suma importancia en el campo de las vibraciones mecánicas, ya que en base al algoritmo de la serie de Fourier trabajan los modernos analizadores de vibraciones. Ya en la primera mitad del siglo XX, Frahm propuso una forma de reducir las vibraciones mecánicas mediante la implementación de un sistema agregado sistema masa-resorte. Stodola Aurel hizo aportaciones importantes
i
relacionadas con las vibraciones de membranas, vigas y placas y Timoshenko realizó aportaciones importantes en la teoría de vibración en vigas.
Los primeros medidores de vibración fueron introducidos en la década de 1950 y medían el nivel general (nivel de banda ancha) de vibración en maquinaria, o en mils (milésimos de pulgada) pico a pico de desplazamiento vibratorio o en pulgadas por segundo (PPS) de velocidad vibratoria.
Posteriormente se agregaron los filtros análogos, para poder hacer la diferencia entre los componentes de frecuencia diferente y de esta manera producir un espectro de vibración.
En la década de 1970, con la computadora personal y el procesador de las señales digitales, se llegó al analizador TRF, lo cual posibilitó el cálculo de un espectro de frecuencias muy rápido. Los primeros analizadores eran muy voluminosos y pesados, por lo cual eran más adecuados en el laboratorio que como unidades portátiles para uso en la industria.
En la década de 1980 se generaron los microprocesadores en un único chip de silicón, lo cual fue seguido muy rápidamente por el analizador de señales digitales portátil, activado por baterías, el cual es un aparato que, junto con un programa de computadora, almacena los datos y maneja los aspectos lógicos, lo cual revolucionó la aplicación del análisis de vibración en el diagnóstico de maquinaria.
Una manera sencilla de describir las vibraciones, sería el movimiento continuo y repetitivo de un objeto alrededor de una posición de equilibrio. La posición de equilibrio es a la que se llegará cuando la fuerza que actúa sobre el objeto sea cero.
Se dice que un cuerpo vibra cuando experimenta cambios alternativos, de tal modo que sus puntos oscilen sincrónicamente en torno a sus posiciones de equilibrio, sin que el campo cambie de lugar.
Se puede decir que es un intercambio de energía cinética en cuerpos con rigidez y masa finitas, el cual surge de una entrada de energía dependiente del tiempo. Este intercambio de energía puede ser producido por desequilibrio en máquinas rotatorias, entrada de energía acústica, circulación de fluidos o masas o energía electromagnética. La frecuencia natural es la frecuencia propia de un cuerpo o sistema al poseer inercia y
elementos restauradores. Es la frecuencia resultante de la vibración libre por lo tanto no depende de la excitación, solo de las características físicas del sistema.
Por su parte, la resonancia es el fenómeno que ocurre cuando la frecuencia con la que se excita un sistema vibratorio es igual a su frecuencia natural. Es un fenómeno relacionado con las altas amplitudes de vibración y que depende entre otras cosas, de la frecuencia con la que se excita un sistema aun cuando los demás parámetros (como lo es la fuerza de excitación, la masa y la elasticidad) permanezcan constantes.
Si bien el fenómeno de vibración es benéfico para algunas situaciones (como el caso del funcionamiento de instrumentos musicales con cuerdas), la mayoría de veces no resulta deseable pues perjudica sistemas llevándolos a perder partes, aflojar uniones o incluso desensamblarse por causa del mismo movimiento.
Este tipo de vibración se llama vibración de cuerpo entero, lo que quiere decir que todas las partes del cuerpo se mueven juntas en la misma dirección y en cualquier momento.
El movimiento vibratorio de un cuerpo entero se puede describir completamente como una combinación de movimientos individuales de 6 tipos diferentes: esos son traslaciones en las tres direcciones ortogonales (x, y, z) y rotaciones alrededor de los ejes (x, y, z). Así, se dice que posee seis grados de libertad.
A nivel mundial existen diversos prototipos y modelos de sistemas de medición de vibraciones. Muchas empresas poseen este tipo de mecanismos, pero ninguna ha logrado dar una solución integral para medición independiente de parámetros preestablecidos ni han logrado la eficiencia que esta innovación logra.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Todas las máquinas presentan su propia señal de vibración y en ella se encuentra la información de cada uno de sus componentes. Es la suma vectorial de la vibración de cada uno de sus componentes.
Las vibraciones mecánicas pueden clasificarse desde diferentes puntos de vistas dependiendo de la excitación, la disipación de energía, la linealidad de los elementos o las características de la señal.
Con respecto a la excitación, la vibración según este parámetro, puede ser libre o forzada. Una vibración libre es cuando un sistema vibra debido a una excitación de tipo instantánea, mientras que la vibración forzada se debe a una excitación del tipo permanente.
Con la disipación de energía, la vibración puede ser amortiguada o no amortiguada. El amortiguamiento es un sinónimo de la perdida de energía de sistemas vibratorios y se manifiesta con la disminución del desplazamiento de vibración.
En muchos sistemas reales, fuerzas no conservativas como la fricción retardan el movimiento. En consecuencia, la energía mecánica del sistema disminuye en el tiempo y se dice que el movimiento esta amortiguado. La energía mecánica perdida se transforma en energía interna en el objeto y el medio retardador.
La vibración amortiguada es aquella en la que la frecuencia de oscilación de un sistema se ve afectada por la disipación de la energía, pero cuando esta no afecta considerablemente a la frecuencia de oscilación entonces la vibración es del tipo no amortiguada.
Cuando la fuerza retardadora es pequeña, el carácter oscilatorio del movimiento se conserva pero la amplitud disminuye en el tiempo, con el resultado de que al final el movimiento cesa. Cualquier sistema que se comporte de esta forma se conoce cpmo oscilador amortiguado. Si el medio es tan viscoso que la fuerza retardadora es grande en comparación con la fuerza restauradora, el sistema está sobre-amortiguado. Cuando el parámetro es la linealidad de los elementos, la vibración puede ser lineal o no lineal.
Si el comportamiento de cada uno de los parámetros de los componentes básicos de un sistema es del tipo lineal, la vibración resultante es lineal, en caso contrario será del tipo no lineal.
Finalmente, cuando se trata de las características de la señal, la vibración puede ser determinística (periódica - sinusoidal o compleja- o no periódica) o probabilística. Cuando el comportamiento vibratorio de un sistema puede ser representado por medio de una ecuación matemática entonces se dice que la vibración es determinística, pero si la señal de vibración se caracteriza por ciclos irregulares de movimiento entonces no es predecible y la vibración es del tipo probabilística o al azar.
Existen diferentes tipos de maquinaria que pueden ser causantes de vibración en algunos casos causado por algunos de los elementos o por algún proceso. Algunos ejemplos de vibración causada por elementos son: desbalance rotativo, acoples mal alineados, chumaceras dañadas, engranes defectuosos, bandas mal alineadas, entre otros. Algunos ejemplos causados por procesos industriales pueden ser: procesos de maquinado o de máquinas y herramientas, procesos de extrusión, procesos de centrifugado, pruebas mecánicas, etc.
Estas vibraciones pueden implicar problemas tales como: pérdidas económicas, daños en maquinaria, contaminación por ruido, accidentes laborales, otros. Sea cualquiera la causa de la vibración, su reducción es necesaria debido a razones entre las cuales se tienen: La excesiva vibración puede limitar la velocidad de procesamiento o dañar los procesos que controla la máquina, puede ser responsable de la pobre calidad de los productos elaborados por maquinas-herramientas, puede resultar en radiación de ruido o incluso la vibración puede alcanzar a otros instrumentos de precisión de otras fuentes, y causar fallas de funcionamiento.
Aproximadamente el 50% de las averías en máquinas rotativas se deben a desalineaciones en los ejes. Las maquinas mal alineadas generan cargas y vibraciones adicionales, causando daños prematuros en rodamientos.
Uno de los puntos importantes a considerar es el mantenimiento predictivo ya que permite saber el estado actual y futuro de una maquinaria o de sus elementos; el análisis de vibraciones de maquinaria es una de las metodologías ampliamente usadas en el mantenimiento de maquinaria.
Para poder entender lo que ocasionan los diferentes tipos de vibraciones se debe conocer sus componentes básicos que son su masa y su fuerza restauradora.
Una vez detectada a vibración, se requiere un transductor que es un dispositivo que convierte energía de diferentes tipos como calórica, lumínica, acústica, presión, movimiento, caudal u otras, a otra generalmente eléctrica para poder medirla y a posteriori controlarla en forma relativamente fácil. Entre los diferentes tipos de transductores se encuentran los sensores y actuadores.
Un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud.
La conversión se realiza en tres etapas. Primero, un sensor capta un fenómeno físico a ser medido y muestra en su salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física. El segundo paso es un sistema de acondicionamiento que modifica la señal y tiene como salida un voltaje. Finalmente, un circuito transforma o amplifica el voltaje de salida, el cual mediante un convertidor A/D se convierte en una señal discreta que alimenta un computador.
Los sensores miden distintos comportamientos de los aparatos, por medio de descriptores estáticos o dinámicos.
Dentro de los descriptores estáticos se mide el rango (valores máximos y mínimos para las variables de entrada y salida de un sensor), la exactitud (desviación de la lectura de un sistema de medida respecto a una entrada conocida, siendo el mayor error esperado entre las señales medida e ideal), repetitividad (capacidad de reproducir una lectura con una precisión dada), reproducibilidad (capacidad de reproducir una lectura cuando se toman medidas distintas bajo condiciones diferentes), resolución (medida más pequeña que se pueda detectar), error (diferencia entre el valor medido y el valor real), no linealidades (desviación de la medida de su valor real, supuesto que la respuesta del sensor es lineal(, No-linealidades típicas (saturación, zona muerta e histéresis), sensibilidad (Razón de cambio de la salida frente a cambios en la entrada), excitación (cantidad de corriente o voltaje requerida para el funcionamiento del sensor), estabilidad (posibilidad de un sensor de mostrar la misma salida en un rango en que la entrada permanece constante) y ruido (señal que no contiene información).
Por su parte, los descriptores dinámicos miden el tiempo de retardo (tiempo que tarda la salida del sensor en alcanzar el 50% de su valor final), tiempo de subida (tiempo que tarda la salida del sensor hasta alcanzar su valor final), velocidad del sensor (cuán rápido responde un sensor ante una entrada), tiempo de pico (tiempo que tarda la salida den sensor en alcanzar el pico máximo de su sobre-oscilación), pico de sobre-oscilación (cuánto se eleva la evolución temporal de la salida del sensor respecto de su valor final) y tiempo de establecimiento (tiempo que tarda la salida del sensor en entrar en la banda del 5% alrededor del valor final y ya no vuelve a salir de ella).
Los sensores se clasifican según varios criterios, entre los cuales resaltan la fuente de energía, la naturaleza de la señal de salida, la naturaleza de la magnitud a medir, la variable física de medida y por la función.
Los sensores según requerimientos de fuente de energía pueden ser pasivos o autogenerativos y generan directamente una señal eléctrica en respuesta a un estímulo externo sin la necesidad de una fuente de energía externa. Toman energía del estímulo (por ejemplo los Termopares o los Sensores Piezoelectricos). Por su parte, los sensores activos o modulantes requieren fuente de energía externa o una señal de excitación para poder funcionar (por ejemplo el termistor o el inductor).
Los sensores también se clasifican por la naturaleza de la señal de salida, siendo unos analógicos pues proveen una señal continua tanto en magnitud como en contenido espacial o temporal (Temperatura, desplazamiento, intensidad lumínica, entre otros); y digitales siendo la salida toma la forma de escalones o estados discretos.
Los sensores se clasifican también por la magnitud a medir, y en serían mecánicos, como los que proveen una señal eléctrica en respuesta a una variación de alguna de las características mecánicas de un objeto/material. Están los térmicos que proveen señales que indican variaciones en la temperatura de los objetos. Los magnéticos que generan señales por variaciones de campo magnético o los químicos que generan señales específicas por reacciones químicas.
También están los sensores que responden a la variable física de medida y los sensores de posición. En estos últimos, su, función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo se encuentran los sensores captadores, tales como los fotoeléctricos, que se basan en el empleo de una fuente de
señal luminosa y una célula receptora de dicha señal, por foto detectores. Según la forma en que se produzca la emisión y detección de luz, se pueden subdividir en: captadores por barrera, o captadores por reflexión.
Fue a partir de esto que se dispuso la creación de un aparato que en realidad funciona como un sistema y método para monitoreo de vibraciones mecánicas y otros parámetros físicos que utiliza las señales provenientes de acelerómetros, sensores de proximidad, sensores de temperatura, sensores de presión y otros para establecer cuál es la condición de una maquina en tiempo real y capturando gran cantidad de muestras para enviarlas a un computador para análisis posteriores. Es capaz de accionar relés para generar alarmas o detener la máquina y puede soportar stress eléctrico y mecánico. Es modular y puede funcionar de modo cooperativo o individual.
La invención consta de un sistema de análisis de información que permite interpretar la información derivada de las señales que produce una máquina.
El sistema mide múltiples señales provenientes de sensores de vibración de temperatura, presión y otros parámetros físicos siendo los de vibración los más importantes para los análisis predictivos de fallas.
El sistema tiene tres básicas: Una tarjeta llamada "Backplane" que sirve como unión eléctrica entre módulos y soporte mecánico para ellos. Un módulo llamado "Master" el cual se encarga de controlar la comunicación con una computadora y la comunicación con los demás módulos. También controla 4 relés que indican diversos estados de alarma. Los módulos llamados "módulos de adquisición" que se encargan de hacer la conversión de señales analógicas a señales digitales, también calcula el nivel "RMS" que es un indicador del nivel de peligrosidad de la vibración, posee 2 relés que indican diversos estados de alarma, tiene la capacidad de adquirir muestras de |a señal y acondicionarlas para luego enviarla a una computadora a través del módulo "Master". El invento sirve para medir y analizar vibraciones en máquinas. Cuando una maquina aumenta su nivel de vibración en un punto en particular el aparato la mide y si sobrepasa un umbral predeterminado entonces desconecta la máquina automáticamente evitando daños permanentes. Además se puede diagnosticar y predecir fallas mediante la aplicación de modelos de análisis, esto es útil para programar labores de mantenimiento. La presente invención se trata de un sistema de medición y análisis de parámetros de
condición en línea de una máquina para detectar y predecir fallas. El sistema está compuesto de un chasis sólido de aluminio o plástico dispuesto en un sistema modular. Cada canal de medición actúa de forma autónoma. El sistema incluye una tarjeta backplane, un módulo maestro, un módulo de análisis avanzados, hasta 48 módulos de adquisición con aislamiento eléctnco entre ellos, cuatro relés para alarmas en el módulo maestro, dos relés para alarmas en cada módulo de adquisición, un sensor por cada módulo de adquisición, un canal por cada módulo de adquisición, un procesador de señales independiente para cada módulo de adquisición, un sistema de protección para evitar intromisiones remotas con doble puerto de comunicación, dos canales de comunicación y una entrada analógica universal para cada módulo de adquisición.
Este sistema se acopla a cualquier máquina sobre la que se determinan parámetros de medición y tiene la capacidad de adquirir de la máquina a la que está acoplada, muestras de señales de parámetro y acondicionarlas para luego enviarla a una computadora a través del módulo maestro.
La tarjeta backplane sirve como unión eléctrica entre módulos y soporte mecánico para ellos.
El módulo maestro se encarga de controlar la comunicación hacia una computadora y la comunicación con los demás módulos, y puede contener un servidor SCADA. Este módulo maestro controla 4 relés que indican diversos estados de alarma.
El módulo de análisis avanzados consiste en un procesador de señales que calcula espectros de frecuencia y realiza análisis de orbitales. El módulo de análisis puede estar contenido dentro del módulo maestro y puede usar un microprocesador, microcontrolador, un procesador digital de señales (DSP) o un subsistema embebido.
Los 48 módulos de adquisición se encargan de hacer la conversión de señales analógicas a señales digitales y calculan en tiempo real el nivel de peligrosidad del parámetro. Cada módulo de adquisición posee dos relés que indican diversos estados de alarma.
En este sistema, el nivel de peligrosidad es el valor RMS de señales de parámetros provenientes de la máquina y es calculado cada 10 milisegundos, haciendo un cálculo completo cada 100mS con resolución de 10 mS para valores instantáneos.
Los parámetros medidos por los sensores para los análisis predictivos de fallas en la máquina incluyen temperatura, presión, vibración, potencia eléctrica, voltaje eléctrico, corriente eléctrica, distancia y distancia entre hierro.
El procesador de señales es un microprocesador, microcontrolador, un procesador digital de señales (DSP) o un subsistema embebido.
Los canales de comunicación se encuentran en el módulo maestro y pueden ser canales para USB, Ethernet, RS232, RS485, bluetooth o Wifi. Estos canales consisten en un primer canal para comunicación a una computadora externa de análisis, y el segundo canal de comunicación para el sistema anti intromisión.
El sistema de protección contra intromisiones remotas consta de un canal de comunicación que debe recibir un código para poder habilitar las funciones de cambios de parámetros de operación del sistema y también puede recibir un código para deshabilitar la característica anti intromisión.
El sistema modular permite el aislamiento eléctrico entre módulos permitiendo su funcionamiento autónomo así como la conexión directa a la máquina o equipo en funcionamiento. De esta manera pueden insertarse o retirarse de la base sin necesidad de apagar el equipo, siendo posible sustituir módulos dañados sin necesidad de desconectar el sistema completo.
Cada canal se comporta de manera autónoma generando señales de alarma con los relés sin necesidad de estar conectado con un maestro o una computadora.
La entrada analógica universal permite medir todo tipo de señal proveniente de sensores analógicos y digitales.
Cualquier módulo de adquisición puede usarse para medir la señal proveniente de un sensor analógico o digital para calcular el RP .
El sistema además funciona en modo dual simultáneo de la siguiente forma: puede funcionar en modo de protección para monitorear la condición de la máquina y generar alarmas, y simultáneamente puede enviar información a una computadora o al módulo de análisis para hacer análisis avanzados de esas vibraciones. La invención contempla además el método de medición y análisis de parámetros de condición de una máquina
que se describe de la siguiente forma: Se instala un chasis sólido de aluminio o plástico dispuesto en un sistema modular para conectarlo a una máquina con el fin de medir y analizar parámetros de condición de la máquina donde: cada señal proveniente de un sensor analógico o digital, entra a un módulo aislado de adquisición donde se calcula los niveles de peligrosidad de la señal y se activan los relés si se sobrepasan esos niveles. La señal adquirida se envía a un módulo maestro y a un módulo de análisis avanzados que puede también retransmitirse a una computadora externa mediante un canal de comunicación. El módulo maestro activará hasta cuatro relés para alarmas cuando se sobrepase algún parámetro y aceptará cambios de sus parámetros de operación mediante la recepción de códigos por un canal secundario de comunicación. El módulo maestro podrá a su vez soportar un servidor SCADA.
Esta invención posee una serie de novedades que la diferencian del arte previo. En primer lugar se trata de un sistema modular, donde cada canal de medición se comporta de manera autónoma. Posee además aislamiento eléctrico entre módulos, un módulo puede ser destruido por una descarga eléctrica sin dañar a los demás ni afectar su funcionamiento.
La invención también se diferencia por poseer una conexión en caliente, donde pueden insertarse o retirarse de la base sin necesidad de apagar el equipo, eso le da la capacidad de sustituir módulos dañados sin necesidad de desconectar el sistema completo. La independencia de canales produce que cada canal se comporte de manera autónoma por lo que sigue monitoreando la máquina y generando señales de alarma con los relés sin necesidad de estar conectado con un maestro o una computadora. En caso de destrucción parcial del sistema los módulos sobrevivientes continuarán funcionando. El modo dual simultáneo, puede funcionar en modo de protección, o sea monitorea la condición de la máquina para generar alarmas y simultáneamente puede enviar información a una computadora para hacer análisis avanzados.
El mecanismo anti intrusión tiene un doble puerto de comunicación, los parámetros de operación se pueden cambiar únicamente de manera presencial en el aparato, y nunca a través de la red a menos que tenga un nivel de acceso aprobado por el canal de configuración.
Claims
1. Un sistema de medición y análisis de parámetros de condición en línea de una máquina para detectar y predecir fallas, que consiste en un chasis sólido de aluminio o plástico dispuesto en un sistema modular, donde cada canal de medición actúa de forma autónoma y que contiene:
• una tarjeta backplane,
• un módulo maestro,
• un módulo de análisis avanzados,
• hasta 48 módulos de adquisición con aislamiento eléctrico entre ellos,
• cuatro relés para alarmas en el módulo maestro,
• Dos relés para alarmas en cada módulo de adquisición,
• un sensor por cada módulo de adquisición,
• un canal por cada módulo de adquisición,
• Un procesador de señales independiente para cada módulo de adquisición,
• Un sistema de protección para evitar intromisiones remotas con doble puerto de comunicación,
• Dos canales de comunicación,
• Una entrada analógica universal para cada módulo de adquisición.
2. Un sistema de la reivindicación 1 , que en conjunto tiene la capacidad de adquirir de la máquina a la que está acoplada, muestras de señales de parámetro y acondicionarlas para luego enviarla a una computadora a través del módulo maestro.
3. Un sistema de la reivindicación 1 , donde la tarjeta backplane sirve como unión eléctrica entre módulos y soporte mecánico para ellos.
4. Un sistema de la reivindicación 1 , donde el módulo maestro se encarga de controlar la comunicación hacia una computadora y la comunicación con los demás módulos, y puede contener un servidor SCADA.
5. Un sistema de la reivindicación 4, donde el módulo maestro controla 4.relés que indican diversos estados de alarma.
6. Un sistema de la reivindicación 1 , donde el módulo de análisis avanzados consiste en un procesador de señales que calcula espectros de frecuencia y realiza análisis de orbitales.
7. Un sistema de la reivindicación 1 , donde el módulo de análisis puede estar contenido dentro del módulo maestro y puede usar un microprocesador, microcontrolador, un procesador digital de señales (DSP) o un subsistema embebido.
8. Un sistema de la reivindicación 1 , donde los 48 módulos de adquisición se encargan de hacer la conversión de señales analógicas a señales digitales y calculan en tiempo real el nivel de peligrosidad del parámetro.
9. Un sistema de la reivindicación 8, donde cada módulo de adquisición posee dos relés que indican diversos estados de alarma.
10. Un sistema de la reivindicación 8, donde el nivel de peligrosidad es el valor RMS de señales de parámetros provenientes de la máquina y es calculado cada 10 milisegundos, haciendo un cálculo completo cada 100mS con resolución de 10 mS para valores instantáneos.
11. Un sistema de la reivindicación 1 , donde los parámetros medidos por los sensores para los análisis predictivos de fallas en la máquina incluyen temperatura, presión, vibración, potencia eléctrica, voltaje eléctrico, corriente eléctrica, distancia y distancia entre hierro.
12. Un sistema de la reivindicación 1 , donde el procesador de señales es un microprocesador, microcontrolador, un procesador digital de señales (DSP) o un subsistema embebido.
13. Un sistema de la reivindicación 1 donde los canales de comunicación se encuentran en el módulo maestro y pueden ser canales para USB, Ethernet, RS232, RS485, bluetooth o . Wifi, y consisten en un primer canal para comunicación a una computadora externa de análisis, y el segundo canal de comunicación para el sistema anti intromisión.
14. Un sistema de la reivindicación , donde el sistema modular permite el aislamiento eléctrico entre módulos permitiendo su funcionamiento autónomo.
15. Un sistema de la reivindicación 1 , que permite la conexión directa a la máquina o equipo en funcionamiento, de manera que pueden insertarse o retirarse de la base sin necesidad de apagar el equipo, siendo posible sustituir módulos dañados sin necesidad de desconectar el sistema completo.
16. Un sistema de la reivindicación 1 , donde, cada canal se comporta de manera autónoma generando señales de alarma con los relés sin necesidad de estar conectado con un maestro o una computadora.
17. Un sistema de la reivindicación 1 , donde la entrada analógica universal permite medir todo tipo de señal proveniente de sensores analógicos y digitales.
18. Un sistema de la reivindicación 1 , en donde cualquier módulo de adquisición puede usarse para medir la señal proveniente de un sensor analógico o digital para calcular el RPM.
19. Un sistema de la reivindicación 1 , que funciona en modo dual simultaneo de la siguiente forma: puede funcionar en modo de protección para monitorear la condición de la máquina y generar alarmas, y simultáneamente puede enviar información a una computadora o al módulo de análisis para hacer análisis avanzados de esas vibraciones.
20. Un método de medición y análisis de parámetros de condición de una máquina que se describe de la siguiente forma:
Se instala un chasis sólido de aluminio o plástico dispuesto en un sistema modular para conectarlo a una máquina con el fin de medir y analizar parámetros de condición de la máquina donde: cada señal proveniente de un sensor analógico o digital, entra a un módulo aislado de adquisición donde se calcula los niveles de peligrosidad de la señal y se activan los relés si se sobrepasan esos niveles. La señal adquirida se envía a un módulo maestro y a un módulo de análisis avanzados que puede también retransmitirse a una computadora externa
mediante un canal de comunicación. El módulo maestro activará hasta cuatro relés para alarmas cuando se sobrepase algún parámetro y aceptará cambios de sus parámetros de operación mediante la recepción de códigos por un canal secundario de comunicación. El módulo maestro podrá a su vez soportar un servidor SCADA.
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|---|---|---|---|
| PCT/CR2014/000008 WO2016095873A1 (es) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | Sistema y método de medición y análisis de parámetros de condición de una máquina |
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| PCT/CR2014/000008 WO2016095873A1 (es) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | Sistema y método de medición y análisis de parámetros de condición de una máquina |
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| WO (1) | WO2016095873A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109532489A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-03-29 | 辽宁工业大学 | 一种基于数字化监测重型车辆发动机的监测系统和监测方法 |
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2014
- 2014-12-19 WO PCT/CR2014/000008 patent/WO2016095873A1/es active Application Filing
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