Los variadores de frecuencia son más que simples procesadores de potencia
Tienen la capacidad de actuar como sensores y centros de sensores, para procesar, almacenar y analizar datos, además de sus capacidades de conectividad, los convertidores de frecuencia son elementos vitales en los sistemas modernos de automatización y administración de edificios (BMS). La funcionalidad integrada de monitoreo basada en condiciones permite nuevas formas de realizar el mantenimiento, como el mantenimiento basado en condiciones.
Evolución de los sistemas de automatización industrial
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 periodo también se conoce como Revolución eléctrica. Más adelante 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 surgió como resultado de la conexión a la red de computadoras, 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.
Tendencias en los sistemas de automatización de la Industria 4.0
El impacto de la Industria 4.0 en los sistemas de motores y los sistemas de gestión de edificios es una migración de la “pirámide de automatización” a los “sistemas en red”. Esto significa que los diversos elementos del sistema, como motores, variadores de frecuencia, sensores y controles, están interconectados y conectados a una nube, un centro de datos donde se almacenan, procesan, analizan y toman decisiones.
En una red de automatización, la cantidad de datos es importante. Dado que los datos se generan principalmente mediante 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 mediante varios medios para utilizar los datos. Durante la introducción de un sistema avanzado de monitoreo del estado, el costo adicional de los sensores y la conectividad suele considerarse una barrera.
Los variadores de velocidad modernos abren nuevas oportunidades en la red de automatización de la Industria 4.0 y en los sistemas de administración 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.
¿Qué es un variador de frecuencia inteligente?
En la red de la Industria 4.0, el variador de frecuencia desempeña un papel importante y se caracteriza por algunas características que permiten:
- Conectividad segura: El variador de frecuencia puede conectarse a otros elementos de forma segura. Otros elementos de la red pueden incluir variadores de frecuencia, PLC, sensores y una nube.
- El variador actúa como sensor: El variador de frecuencia utiliza el análisis de la firma de corriente y voltaje del motor para detectar el rendimiento del motor y de la aplicación.
- El variador actúa como un centro de sensor: El variador de frecuencia adquiere datos de sensores externos relacionados con el proceso controlado por el variador.
- El variador actúa como controlador: El variador puede sustituir al PLC siempre que las limitaciones de la aplicación lo permitan.
- Lleve su propio concepto de dispositivo: Conectividad inalámbrica con dispositivos inteligentes (teléfono celular, tableta).
La información del variador puede identificarse de la siguiente manera:
- Señales instantáneas: Señales que mide directamente el variador de frecuencia mediante sensores integrados. Datos como la intensidad del motor, el voltaje, la temperatura del variador y su derivada, que es la potencia como una multiplicación de la corriente y el voltaje, o el par del motor. Además, el variador puede utilizarse como un concentrador para conectar sensores externos que proporcionan señales instantáneas.
- Señales procesadas: Señales derivadas de las señales instantáneas. Por ejemplo, la distribución estadística (valores máximos, mínimos, medios y de desviación estándar), el análisis del dominio de frecuencia o los indicadores del perfil de misión.
- Señales analíticas: Señales que proporcionan indicaciones sobre el estado del variador de frecuencia, el motor y la aplicación. Las señales se utilizan para activar el mantenimiento o mejorar el diseño del sistema.
Las técnicas de análisis de la firma de corriente del motor permiten al variador de frecuencia monitorear el estado del motor y de la aplicación. La técnica permite eliminar potencialmente sensores físicos o extraer firmas tempranas de fallas que podrían no haber sido posibles de detectar. Por ejemplo, el uso de la técnica permite detectar de forma anticipada cavitación y fallas de bobinado o excentricidad de carga mecánica.
El concepto del variador de frecuencia como concentrador de sensores implica conectar sensores externos al variador de frecuencia, lo que evita la necesidad de una puerta de enlace para conectar el sensor físico a la red de datos. Los sensores de vibración, los sensores de presión y los sensores de temperatura son ejemplos de sensores que se pueden conectar al variador. La ventaja del concepto no solo está relacionada con el costo, también permite la correlación de los datos del sensor con diferentes tipos de datos presentes en el variador. Un ejemplo obvio es la correlación del nivel de vibración de un sensor externo con la velocidad del motor, ya que la vibración depende de la velocidad.
Mantenimiento basado en condiciones y otras estrategias de mantenimiento
A continuación se señalan 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 se produzca una falla, aunque no se reciban notificaciones del producto.
- Mantenimiento basado en el estado: El producto emite una advertencia cuando la vida útil real del producto difiere de la esperada y se indican las posibles causas raíz.
- Esquemas de mantenimiento predictivo El producto emite una advertencia antes de que alcancen las horas de funcionamiento previstas, con el fin de iniciar una acción de servicio.
¿Por qué es necesario el mantenimiento basado en el estado?
El mantenimiento correctivo y preventivo se basa en fallas (eventos) o en el tiempo. Por lo tanto, el mantenimiento se realiza en caso de fallas (correctivo) o después de horas de funcionamiento preestablecidas (preventivo). Estos tipos de mantenimiento no utilizan realimentación de la aplicación real.
Con la introducción de Industria 4.0 y la disponibilidad de los datos de los sensores, ahora es posible el mantenimiento predictivo y basado en el estado. 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 fallas futuras (mantenimiento predictivo).
Resumen y ventajas del mantenimiento basado en el estado
El mantenimiento basado en el estado 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 fallas en desarrollo. 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. La falla funcional se produce cuando el equipo no realiza la función prevista. La idea del mantenimiento basado en condiciones es detectar la falla potencial antes de que se produzca una falla real.
Ventajas de la planificación de las acciones de mantenimiento
- Reducción del tiempo de inactividad
- Eliminación de paradas de producción inesperadas
- Optimización del mantenimiento
- Reducción del inventario de piezas de repuesto
Funciones de monitoreo del estado para variadores de frecuencia de velocidad variable
Una parte integral del mantenimiento basado en condiciones implica monitorear el estado del equipo. En aplicaciones de velocidad variable, el estado de la aplicación generalmente 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 cuando se aumenta la velocidad.
El uso de un sistema independiente para monitorear el estado de una aplicación de velocidad variable se complica por la necesidad de conocer la velocidad y la correlación entre el valor supervisado y la velocidad. El uso de convertidores de frecuencia para el monitoreo del estado ("variador de frecuencia como sensor" o "variador de frecuencia como concentrador de sensores") es una solución ventajosa, ya que la información sobre la velocidad de aplicación ya está presente en el variador de frecuencia. Además, la información sobre la carga/par del motor y la aceleración está disponible fácilmente en el variador de frecuencia.
El monitoreo del estado sigue un procedimiento de tres pasos:
Obtenga más información en el video y el documento técnico sobre CBM
Actualmente, los convertidores de frecuencia son más que simples procesadores de potencia. Tienen la capacidad de actuar como sensores y centros de sensores, para procesar, almacenar y analizar datos, además de sus capacidades de conectividad, los variadores de frecuencia son elementos vitales en los sistemas de automatización modernos.
Los variadores de frecuencia suelen estar 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 el estado. Las funciones ya están disponibles en algunos variadores y los primeros usuarios ya empezaron a utilizar el variador como sensor.
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