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Diagnóstico en línea de control de máquinas y lectura de múltiples sensores

 

“El software LabVIEW nos permitió implementar un controlador en tiempo real y en el mismo entorno Windows, lo cual nos ofreció una integración rápida y un producto autónomo fiable, especialmente óptimo para el control de los parámetros prestablecidos y para la minimización de los riesgos en los procesos industriales.”
El Reto:
 Desarrollar un programa que permita modificar los parámetros de un Programmable Logic Controller (PLC) y que corra bajo entorno Windows fácilmente parametrizable y escalable para tener el control de los procesos productivos en máquinas industriales del sector agroalimentario y del sector de mantenimiento de superficies.
La Solución:
 Utilizar LabVIEW como entorno de desarrollo por la facilidad de integrar las diferentes necesidades del sistema: captura de datos, gestión de bases de datos, acceso Web a aplicaciones, interfaces de usuario… En la parte de adquisición, se interconecta el software de Supervisión, Control y Adquisión de Datos (SCADA) via ethernet o wifi con maquinaria industrial que funciona bajo un PLC.
Introducción
 El área de Ingeniería Avanzada de IRIS tiene una amplia experiencia en el desarrollo de sistemas de control y diagnóstico en entorno industrial. Estos sistemas requieren la captura de señales de diversa naturaleza tales como la temperatura de productos alimentarios, su humedad, las señales eléctricas y digitales de alta y baja frecuencia, la presión, la vibración, entre otros. Además, estos sistemas precisan de alta capacidad de almacenamiento debido a que en muchos casos se ejecutan en continuo para la totalidad de la producción.
 IRIS ha adoptado LabVIEW para sus recientes desarrollos tecnológicos mediante los sistemas de ultrasonidos para el sector agroalimentario. Además, el eco-tratamiento desarrollado por IRIS para aumentar la durabilidad de la madera también fue monitorizado de forma satisfactoria a través de LabVIEW. Todas las máquinas preindustriales e industriales a las que se les ha incorporado LabVIEW funcionan bajo sistemas PLC, a excepción del sistema de enfriamiento rápido de la carne recién cocida, cuya tecnología prevé microcontroladores. El sistema de pasteurización no térmica de leche desarrollado por IRIS con el interfaz de usuario LabVIEW, este prototipo preindustrial combina los métodos de la termosonización y los pulsos eléctricos. El sistema de pasteurización no térmica parametriza la temperatura y el caudal de leche a tratar.
 La solución de diagnóstico en línea de múltiples sensores utiliza equipos autónomos de diagnóstico ubicados en cada máquina, una base de datos MySQL distribuida y un servidor central. El acceso a los datos podrá ser descentralizado al estar adaptado el interfaz de usuario para su uso a través de un explorador Web. El Web Server de LabVIEW permite desarrollar aplicaciones de usuario como si fueran a ser usadas de forma local y posteriormente publicarlas vía Web. Por tanto LabVIEW puede ser utilizado como herramienta única de desarrollo integrando la captura de datos, el procesamiento de señales y el diseño de interfaces independientemente de dónde se instalen cada una de estas funciones, el tipo de comunicación entre ellas y cómo vayan a ser utilizadas por el usuario final, en ambientes industriales.
 El convenio entre LabVIEW y Allen Bradley resulta muy útil al proporcionar una herramienta específica que asegura una comunicación eficaz entre el programa y el sistema.
La aplicación de diagnóstico
 Dado que la dinámica de los fallos que a estudiar es relativamente lenta, el sistema realiza una captura de datos por rondas y posteriormente un procesado de los datos obtenidos.
 En cada una de las rondas se realizan distintas capturas (canales y frecuencias) en función de los diagnósticos programados. Todos los resultados son almacenados en la base de datos local y sólo los más significativos o las alarmas son enviados a una base de datos central. En el caso de que hubiera un error en el proceso productivo, se podría conocer el momento preciso en el que se produjo e identificar las posibles causas. LabVIEW proporciona información con detalle para facilitar el trabajo del usuario final. La estructura de la aplicación se compone de varios módulos. El módulo de LabVIEW es el encargado de leer las configuraciones de la base de datos (MySQL) y de los PLCs de cada máquina. En función de los parámetros recogidos, se ordena la ejecución de las capturas en los instantes programados y posteriormente los procesamientos y diagnósticos cuando existen datos disponibles. El Interfaz de usuario LabVIEW permite acceder a las señales capturadas, a los resultados de los diagnósticos y realizar sencillas funciones de análisis como la visualización FFT de alguna o varias de las capturas, pudiendo compararlas entre ellas para tomar las respectivas decisiones.
 Cualquier usuario podrá conectarse a este interfaz vía Web, sin necesidad de descargar los datos capturados. El diseño modular permite fácilmente la modificación de los algoritmos de procesamiento en tiempo de ejecución e incluso añadir nuevos sin necesidad de recompilar la aplicación entera. En este caso los algoritmos se encuentran en una librería dll que se puede modificar en cualquier momento en que no se esté ejecutando un procesamiento en el sistema.
La red de diagnóstico
 El sistema LabVIEW permite gestionar los mecanismos con el fin de mantener actualizadas cada una de las bases de datos. Aunque se pierda la comunicación en alguno de los puntos, todas las máquinas siguen realizando de forma autónoma los diagnósticos programados.
El usuario final de la aplicación dispone de toda la información de diagnóstico generada en las distintas máquinas de manera rápida y flexible. Para ello se ha diseñado una interfaz de usuario tipo SCADA ubicado en el servidor central y accesible mediante cualquier explorador Web. En el momento en que el usuario quiera acceder a las señales capturadas o analizar alguna de ellas, lo hará de manera transparente conectándose al interfaz situado en la máquina en lugar de al situado en el servidor central.
Conclusión
 IRIS ha apostado por LabVIEW como entorno de desarrollo para el conjunto de la presente aplicación de control y diagnóstico. Esto ha permitido la integración de módulos desde la etapa de investigación/desarrollo a la de aplicación final de forma fácil y sin coste adicional. Esta concepción modular facilita el proceso de desarrollo software al diseñarse los módulos (captura, procesamiento y diagnóstico) de manera independiente y posteriormente poder llegar a ejecutarlos en equipos distintos en función de los requisitos de los cálculos y las prestaciones de los equipos utilizados. El sistema ha sido implantado en cuatro máquinas prototipo diseñadas y desarrolladas por el equipo de ingeniería de IRIS, en colaboración con consorcios europeos, con más de 30 empresas en su totalidad.


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