Monitorización de las condiciones con convertidores inteligentes

En la transición hacia el actual milenio, hemos sido testigos de un cambio profundo en la tecnología, que ha llevado a una forma completamente nueva de trabajar en un mundo digital. Esta es la cuarta revolución industrial. La primera revolución industrial, que tuvo lugar durante los siglos XVIII y XIX, fue una revolución mecánica, desencadenada por la invención del motor de vapor. A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, se desarrolló la segunda revolución industrial con la adopción de la producción en masa, la electrificación y los cambios en la comunicación. Este período también se conoce como la Revolución eléctrica. Más tarde en el siglo XX, la tercera revolución industrial trajo avances en semiconductores, informática, automatización e Internet. Esta fase también se conoce como la Revolución digital.

La cuarta revolución industrial ha surgido como resultado de la conexión en red de ordenadores, personas y dispositivos impulsada por los datos y el aprendizaje automático. Aunque el término «Industria 4.0» es bastante vago, una posible definición de Industria 4.0 describe la interconexión inteligente de personas, dispositivos y sistemas utilizando todas las posibilidades de digitalización a lo largo de toda la cadena de valor.

El impacto de la Industria 4.0 en los sistemas de motores y los sistemas de gestión de edificios supone una migración de la «pirámide de automatización» a los «sistemas en red». Esto significa que los diferentes elementos del sistema, como motores, convertidores de frecuencia, sensores y controles, están interconectados y conectados a una nube, un centro de datos donde se almacenan, procesan y analizan datos y donde se toman decisiones.

En una red de automatización, la cantidad de datos es importante. Como los datos los generan principalmente los sensores, el número de sensores en los sistemas de automatización modernos está aumentando. Los motores y las máquinas accionadas, como los ventiladores, las bombas y los transportadores, no son los participantes más obvios de una red de datos. Por lo tanto, se requieren sensores para recopilar datos de estas máquinas. Los sensores se conectan a la red de datos y se usan diferentes medios para utilizar los datos. Durante la introducción de un sistema avanzado de monitorización del estado, el coste adicional de los sensores y la conectividad a menudo se considera una barrera.

Los convertidores de velocidad variable actuales abren nuevas oportunidades en la red de automatización de la Industria 4.0 y en los sistemas de gestión de edificios. Tradicionalmente, los convertidores de frecuencia se han considerado procesadores de potencia para controlar la velocidad del motor, el ventilador, el transportador y/o la bomba. Hoy en día, los convertidores de frecuencia también forman parte de la cadena de información, aprovechando la ventaja de la potencia de procesamiento, la capacidad de almacenamiento y la interfaz de comunicación integradas en el convertidor de frecuencia.

A continuación, se presentan diferentes tipos de estrategias de mantenimiento:

• Mantenimiento correctivo: El producto se reemplaza después de una falla. 
• Mantenimiento preventivo: El producto se reemplaza antes de que ocurra una falla, aunque no se reciban notificaciones del producto. 
• Mantenimiento basado en la condición: El producto emite una advertencia cuando la vida útil real del producto varía de la vida útil esperada y se indican las posibles causas raíz. 
• Mantenimiento predictivo: El producto emite una advertencia antes de que alcance las horas de funcionamiento diseñadas, con el fin de iniciar una acción de servicio.

El mantenimiento correctivo y el mantenimiento preventivo se basan en fallos (eventos) o en tiempo. Por lo tanto, el mantenimiento se realiza en caso de fallo(s) (correctivo) o después de unas horas de funcionamiento preestablecidas (preventivo). Estos tipos de mantenimiento no utilizan ningún feedback de la aplicación real.

Con la introducción de la Industria 4.0 y la disponibilidad de los datos de los sensores, ahora es posible el mantenimiento predictivo y basado en las condiciones. Estas estrategias de mantenimiento utilizan datos reales de los sensores para determinar el estado del equipo en servicio (mantenimiento basado en condiciones) o para predecir fallos futuros (mantenimiento predictivo).

El mantenimiento basado en condiciones es la técnica de mantenimiento más sencilla e intuitiva basada en datos de la aplicación real. Los datos adquiridos se utilizan para supervisar el estado del equipo en servicio. Para ello, se seleccionan parámetros clave como indicadores para identificar fallos emergentes. El estado de un equipo suele degradarse con el paso del tiempo. Esto se ilustra con la curva P-f, que muestra un patrón de degradación típico. El fallo funcional se produce cuando el equipo no lleva a cabo la función prevista. La idea del mantenimiento basado en condiciones es detectar el fallo potencial antes de que se produzca un fallo real.

Ventajas de la planificación de las acciones de mantenimiento

• Reducción de los tiempos de inactividad
• Eliminación de las paradas de producción inesperadas
• Optimización del mantenimiento
• Reducción del inventario de piezas de repuesto

Una parte integral del mantenimiento basado en condiciones implica supervisar el estado del equipo. En aplicaciones de velocidad variable, el estado de la aplicación a menudo depende de la velocidad. Por ejemplo, los niveles de vibración tienden a aumentar a velocidades más altas, aunque esta relación no es lineal. De hecho, las resonancias pueden producirse a ciertas velocidades y desaparecer al aumentar la velocidad.

El uso de un sistema independiente para supervisar el estado de una aplicación de velocidad variable se complica por la necesidad de conocer la velocidad y la correlación entre el valor monitorizado y la velocidad. El uso de convertidores de frecuencia para la monitorización de las condiciones («convertidor de frecuencia como sensor» o «convertidor de frecuencia como concentrador de sensores») es una solución ventajosa, ya que la información sobre la velocidad de aplicación ya está presente en el convertidor de frecuencia. Además, la información sobre la carga/par del motor y la aceleración está fácilmente disponible en el convertidor de frecuencia.

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Hoy en día, los convertidores de frecuencia son más que simples procesadores de potencia. Con la capacidad de actuar como sensores y concentradores de sensores, capaces de procesar, almacenar y analizar datos, junto con sus capacidades de conectividad, los convertidores de frecuencia son elementos esenciales en los sistemas de automatización modernos.

Los convertidores de frecuencia ya están muy presentes en las instalaciones de automatización y, por lo tanto, representan una gran oportunidad para actualizarse a la Industria 4.0.

Esto permite nuevas formas de realizar el mantenimiento, como el mantenimiento basado en condiciones. Las funciones ya están disponibles en algunos convertidores de frecuencia y los primeros usuarios ya han empezado a utilizar el convertidor de frecuencia como sensor.