Sensores y sistemas para CBM

El mantenimiento basado en condiciones (CBM) tiene la promesa de predecir los requisitos de mantenimiento de la maquinaria en función de las mediciones del rendimiento del proceso. Un sistema CBM puede minimizar las acciones de mantenimiento en el equipo sin afectar la disponibilidad o confiabilidad del sistema. CBM proporciona un método de mantenimiento eficiente y rentable mediante el uso de tecnología de detección, procesamiento de señales y técnicas de software.

El mantenimiento basado en condiciones le permite tomar medidas correctivas planificadas después de detectar e identificar la degradación del rendimiento de la maquinaria. El beneficio principal de un sistema CBM es una mayor disponibilidad (tiempo de actividad) de la maquinaria y el equipo de la planta. Otros beneficios incluyen menores costos de mantenimiento al reducir las horas de mantenimiento preventivo y correctivo y la prevención de daños secundarios al detectar posibles fallas en la maquinaria.

Históricamente, debido a los costos involucrados, el mantenimiento basado en condiciones se ha aplicado a maquinaria rotativa grande como motores, bombas, generadores, compresores y máquinas similares. Los sensores son el primer enlace en un sistema de mantenimiento basado en condiciones implementado con éxito.

Técnicas de detección para CBM
Los sensores tradicionales utilizados en aplicaciones a gran escala de CBM podrían incluir los siguientes tipos de dispositivos:

Los sensores de vibración (acelerómetros) miden el movimiento de la máquina e identifican fallas mecánicas que se están desarrollando, como desalineaciones en el equipo impulsado o montajes defectuosos del motor.

La bobina de flujo y las lecturas de corriente monitorean las condiciones eléctricas. El aumento de los niveles de corriente podría indicar el desgaste de los rodamientos en un sistema transportador o una banda pegajosa (gomosa).

Los transductores de temperatura, como termistores, detectores de temperatura de resistencia (RTD) y termopares, monitorean la temperatura ambiente y la temperatura de la superficie del motor. Pueden determinar las condiciones de sobrecalentamiento del motor e indicar altas temperaturas del bastidor causadas por un desgaste excesivo de los cojinetes.

Las cámaras termográficas (unidades portátiles sin contacto) son dispositivos que se utilizan para escanear y guardar la temperatura y la imagen infrarroja de los equipos de producción. Estos datos son útiles para comparar operaciones normales y anormales. El calor puede ser un indicador temprano de daño o mal funcionamiento de la máquina.

Los transductores ultrasónicos detectan fugas e inspeccionan componentes mecánicos y eléctricos.

Ampliación de las aplicaciones de CBM
Con el menor costo de los sensores y el aumento de la potencia de procesamiento integrado disponible en la actualidad, ahora son factibles y rentables más aplicaciones para CBM. Muchos dispositivos eléctricos ahora incorporan sensores que pueden proporcionar datos de rendimiento junto con sus funciones de control básicas. Por ejemplo, los usuarios de servos y otros sistemas de variadores pueden implementar algoritmos de mantenimiento predictivo que monitorean el par de salida del motor al detectar la salida de corriente del variador (ver Foto 1).

Foto 1. Máquina de producción de persianas que contiene un sistema de servoaccionamiento.
(Foto cortesía de G &L Technologies)

Una vez que se conoce el torque requerido en cada punto de un ciclo de máquina "normal", es bastante simple monitorear este perfil de torque y alertar al personal de mantenimiento sobre cualquier anomalía. Una mayor salida de par puede indicar un rodamiento que está comenzando a fallar u otros problemas mecánicos inminentes. Con este conocimiento, puede reparar el equipo mecánico durante el próximo período de mantenimiento programado, en lugar de realizar reparaciones después de una avería imprevista. Los tipos de control de movimiento menos sofisticados (es decir, sistemas paso a paso) que no tienen capacidad de detección de par no pueden proporcionar este tipo de información. Puede ser más eficiente a largo plazo instalar una unidad más capaz basándose únicamente en su capacidad para ayudar en el mantenimiento predictivo.

Los sensores utilizados para monitorear las condiciones de la máquina o del proceso pueden reportar datos, pero, en última instancia, es el sistema al que están conectados el que proporciona la inteligencia para interpretar los datos y tomar medidas.

Un ejemplo de mantenimiento basado en condiciones que utiliza una plataforma lógica es un sistema de gestión de medidas de pH. Una aplicación es un sistema integrado de autodiagnóstico, autolimpieza y autocalibración para sensores de pH instalados en un proceso en vivo. Un controlador lógico programable (PLC) prueba, limpia y calibra automáticamente las sondas de pH en aplicaciones donde las sondas están expuestas a condiciones abrasivas o cáusticas. Para medir la desviación y la eficiencia, el PLC retira la sonda de pH del proceso, inyecta tampones de pH conocidos y lee las entradas de 4-20 miliamperios (mA). El PLC puede compensar la desviación (sesgo / desplazamiento) y la disminución de la eficiencia (pendiente) a lo largo del tiempo para registrar e informar una medición de pH precisa. Basado en la curva de degradación del rendimiento, el sistema también podría predecir cuándo la sonda requerirá un reemplazo completo.

El sistema CBM de conectividad abierta
Los sistemas de monitoreo distribuido de hoy se han movido hacia arquitecturas basadas en estándares abiertos tanto para hardware como para software. Las plataformas basadas en PLC y PC que se comunican con dispositivos y sensores distribuidos de entrada / salida (E / S) a través de una variedad de redes de bus de campo aceptadas se han abierto camino en las aplicaciones CBM.

OPC, u OLE (Object Linking and Embedding) para el control de procesos, es un estándar de la industria creado por varios proveedores líderes de hardware y software en cooperación con Microsoft. Con la tecnología de conectividad abierta, los datos en vivo de los dispositivos industriales se pueden comunicar a los sistemas ascendentes o una página web sin necesidad de programación. Los datos están disponibles para verlos, imprimirlos o archivarlos en cualquier computadora o en cualquier lugar donde se pueda acceder a Internet o la intranet de la empresa. La tecnología OPC permite una recopilación y visualización de datos fácil y económica porque es compatible con muchos dispositivos diferentes. Como beneficio adicional, el software OPC puede ofrecer un enfoque más unificado para la visualización y el registro de datos para plantas que utilizan múltiples marcas de PLC (consulte el Gráfico 1).

Gráfico 1. La recopilación de datos basada en OPC de un sistema de control proporciona datos útiles para decisiones de mantenimiento.

El software OPC ofrece muchas características útiles diseñadas para hacer que los datos monitoreados sean más accesibles y útiles. Por ejemplo, los colores dinámicos permiten a los usuarios determinar el estado de las operaciones de sus procesos de un vistazo. Úselos como un sistema de alerta temprana para alertar al personal de anomalías en las operaciones. Las funciones matemáticas pueden realizar cálculos sobre los datos sin procesar antes de que se muestren o procesen más. Muchos programas CBM basados ​​en OPC listos para usar están ahora disponibles para administrar los esfuerzos de mantenimiento.

Conclusión
Cuando se implementa correctamente, un sistema de mantenimiento basado en condiciones ayudará a reducir los costos de mantenimiento, aumentar la disponibilidad y confiabilidad de la máquina, mejorar la seguridad, mejorar la calidad del producto y, en muchos casos, extender la vida útil del equipo. Carl Hamilton es un especialista técnico de AutomationDirect, un vendedor directo de productos de automatización y control industrial. Para obtener más información, llame al 800-633-0405 o visite www.automationdirect.com. Obtenga más información sobre la automatización. Un glosario de términos de automatización comunes está disponible enviando un correo electrónico al editor de Reliable Plant Paul V. Arnold a [email protected].