Ya sea una arquitectura distribuida o centralizada, la elección es suya con las plataformas VibroSmart y VM600Mk2 de vibro-meter.
Una batalla innecesaria
El debate sobre las arquitecturas de instrumentación centralizadas frente a las distribuidas lleva más de 40 años, antes que muchos de los que están leyendo esto. Y no va a terminar pronto. Es una lástima porque es innecesario.
En lugar de ver estas arquitecturas como una contra la otra, es útil verlas como una más la otra. Ambas tienen su lugar. Ambas tienen sentido cuando las particularidades de la aplicación dictan un enfoque en una situación y el otro en otra. Sin embargo, para muchos fabricantes, sus ofertas distribuidas implican una funcionalidad y unos tipos de canales muy diferentes a los de sus arquitecturas centralizadas, lo que obliga a los clientes a elegir no en función de la mejor arquitectura, sino del mejor conjunto de características.
Nosotros tenemos una perspectiva refrescantemente diferente: dar a nuestros clientes un conjunto similar de funciones y canales en cada plataforma y dejarles elegir en función de la arquitectura que mejor se adapte a la aplicación, no del conjunto de funciones. En ninguna parte es esto más evidente que en nuestras capacidades de supervisión hidráulica. Para las aplicaciones que pueden abordarse mejor mediante una arquitectura distribuida, nos complace ofrecer nuestra plataforma VibroSmart. Y para las aplicaciones que pueden abordarse mejor mediante una arquitectura centralizada, nos complace ofrecer nuestra plataforma VM600Mk2.
¿Distribuido o centralizado?
Si nunca ha instalado un sistema de monitorización (o ha tenido que pagar por él), es fácil pensar que la preferencia por una de las dos arquitecturas podría reducirse simplemente a factores subjetivos. Pero en realidad, se reduce principalmente a algo bastante objetivo: los costes de instalación.
Pensemos en este importante dato: el coste total de instalación del cableado suele ser de unos 16 euros por metro y punto, y suele ser la parte más costosa de un proyecto de vigilancia. Para hacer esto más tangible, consideremos dos escenarios. El primero es el de tres máquinas con 8 puntos supervisados cada una, situadas a 250 m de una sala de control pero para las que ya existe cableado y con un sistema de supervisión existente que está obsoleto y listo para ser sustituido. El segundo escenario supone las mismas tres máquinas pero con un sistema distribuido. Esto se representa en la figura 1.
“El coste total de instalación del cableado suele ser de unos 16 euros por metro y punto, y suele ser la parte más costosa de un proyecto de supervisión”.
Si tuviéramos que instalar el cableado del escenario nº 1 desde cero utilizando los precios actuales, el coste sería de unos 96.000 euros. Afortunadamente, el cableado ya está instalado y puede reutilizarse. En este caso, podríamos elegir simplemente una solución que pueda montarse con mayor facilidad en lugar del sistema saliente -también en un factor de forma de montaje en bastidor de 19″ EAI- y el VM600Mk2, con su arquitectura centralizada, sería una buena opción.
En el escenario #2, la selección de una arquitectura centralizada tiene un resultado muy diferente. Al igual que en el escenario nº 1, los costes de cableado ascenderían a unos 96.000 euros si el cableado de todos y cada uno de los sensores fuera a un sistema situado en la sala de control. Sin embargo, mediante el uso de un sistema de monitorización distribuido tenemos ahora una opción que nos permite mantener el cableado de los sensores individuales para cada sistema a no más de 10 m (suponiendo que montamos los sistemas distribuidos en cada unidad hidráulica) y luego pasar cables de red redundantes de vuelta a la sala de control donde se ubicará una interfaz hombre-máquina (HMI). En este caso, ahora tenemos dos cables que recorren 280 m (250 + 15 +15) y 24 cables que recorren 10 m cada uno. El coste total del cableado utilizando una arquitectura distribuida pasa a ser de 12.800 euros. O lo que es lo mismo, ¡un ahorro del 87%! Esto es sustancial y subraya por qué un cliente tendría una razón de peso en algunas aplicaciones para elegir una arquitectura distribuida frente a una centralizada. Se reconoce que cada sistema de supervisión distribuido debe montarse generalmente en su propia caja de conexiones simple, pero esto raramente eclipsará el ahorro que permiten los tramos de cableado más cortos y se agudiza para los tramos más largos.
Avanzar en una arquitectura distribuida
Más arriba hemos mostrado cómo una arquitectura distribuida puede reducir drásticamente los costes de cableado en un escenario con tres máquinas. Esto también puede aplicarse a una sola máquina en la que el sistema VibroSmart se distribuye alrededor de la máquina para mantener los tramos de cableado muy cortos. La arquitectura VibroSmart incorpora una placa base virtual que puede crearse tanto conectando los módulos uno al lado del otro mediante conectores especiales en las bases de los terminales, y/o pasando cables Ethernet entre los módulos. Esto se denomina “sidebus” (o S-bus) en el sistema VibroSmart y permite conectar módulos adyacentes de lado a lado mediante los conectores especiales del S-bus y conectar módulos no adyacentes mediante el cableado Ethernet convencional.
Esta granularidad de la distribución puede ser especialmente ventajosa en aplicaciones como la hidroeléctrica, en la que las máquinas verticales pueden abarcar varias plantas de la sala de máquinas y una pequeña caja de conexiones con uno o más módulos VibroSmart puede montarse muy cerca de cada grupo de sensores deseados. Como se muestra en la figura 2, puede tratarse de una caja de conexiones muy pequeña para alojar sólo uno o dos módulos VibroSmart; la alimentación puede suministrarse de forma remota, lo que significa que la caja de conexiones ni siquiera necesita albergar fuentes de alimentación individuales. Se puede tender un único cable Ethernet entre cada caja de conexiones para crear esta placa base virtual (S-bus) y un único par trenzado puede transportar la alimentación de 24Vdc necesaria para cada caja de conexiones.
Tipos de canales
Como se muestra en la figura 3, las máquinas hidráulicas tienen una serie de mediciones especiales, como el entrehierro, el flujo magnético, la descarga parcial y la cavitación, la mayoría de las cuales requieren sensores especiales y el correspondiente acondicionamiento de señales especial. También tienen una serie de mediciones convencionales, como las temperaturas, los flujos, la posición de empuje, la fase, la vibración de la carcasa y la vibración radial del eje; sin embargo, hay requisitos especiales de acondicionamiento de señales para la vibración en las unidades hidráulicas que no son característicos de otras máquinas.
Una de estas características es la necesidad de frecuencias muy bajas. Las unidades más pequeñas, como las que incorporan ruedas Pelton, suelen girar a varios cientos de rpm. Aunque se considera bastante rápido para las unidades hidroeléctricas, esto correspondería normalmente a una máquina muy lenta en sí misma, mucho más lenta que la mayoría de los motores, bombas, compresores, sopladores y turbinas de gas y vapor. Aun así, las unidades más grandes que utilizan diseños de tipo Francis y Kaplan suelen girar aún más despacio y son habituales las velocidades de sólo 50-60 rpm. Esto significa que los sensores y monitores deben tener una respuesta en frecuencia de hasta 1 Hz sólo para captar la velocidad de rotación, por no hablar de las frecuencias subarmónicas. Para ello se necesitarían frecuencias fraccionarias de hasta 0,1 Hz.
Otro comportamiento característico de las unidades hidráulicas es la llamada “zona de carga brusca” (RLZ), que corresponde a las condiciones de flujo turbulento cuando se pone en marcha una unidad y se ajusta el flujo a través de las compuertas. Normalmente se detecta a partir de la firma de vibración eliminando el componente 1X de la señal general de banda ancha, lo que da lugar a una medición conocida como NO 1X. Los operadores necesitan una respuesta rápida de un sistema de supervisión cuando una máquina está en RLZ, ya que puede causar daños importantes si se deja en esa condición durante demasiado tiempo.
Algunas unidades hidroeléctricas forman parte de sistemas de almacenamiento por bombeo, en los que la energía se genera durante los periodos de máxima demanda permitiendo que fluya fuera de un embalse, haciendo girar la turbina y el generador conectado normalmente. Sin embargo, durante los periodos de baja demanda, esta agua se bombea de nuevo al embalse haciendo funcionar el generador como un motor y la turbina como una bomba. Esto permite que la central hidroeléctrica actúe como una “batería” cargándose y descargándose. La carga de la batería se produce mediante el bombeo, almacenando la energía como energía potencial en virtud de la elevación del agua en el embalse. La batería puede descargarse cuando sea necesario permitiendo que el agua vuelva a fluir a través de la turbina, haciendo girar el generador y produciendo energía. Este ciclo suele continuar diariamente para cargarse durante los periodos de inactividad y descargarse durante los periodos de máxima demanda. Este tipo de plantas requieren esquemas especiales de supervisión que puedan detectar cuándo la máquina funciona en modo de generación y cuándo en modo de bombeo, ya que los puntos de ajuste de las alarmas serán diferentes. Se trata de la llamada supervisión “basada en el estado”, que reconoce el estado de funcionamiento de la máquina y ajusta los valores de consigna en consecuencia.
“Una tarjeta lo hace todo”
Una de las ventajas sustanciales del enfoque del vibrómetro es que estas mediciones hidroeléctricas -y muchas otras para otros tipos de máquinas- pueden realizarse tanto en la plataforma VM600Mk2 como en la VibroSmart. Esto garantiza que pueda elegir su plataforma en función de la arquitectura que mejor se adapte a su aplicación, y no porque la funcionalidad necesaria esté disponible en una plataforma pero no en la otra. Esto es posible gracias al enfoque de VibroMeter de “una tarjeta lo hace todo” para el procesamiento de señales. Cuando diseñamos el VM600 original a finales de la década de 1990 y lo lanzamos al mercado en el año 2000, tomamos la decisión innovadora de crear una tarjeta de monitorización verdaderamente universal que pudiera realizar cualquier medición de vibración, posición o velocidad -y, de hecho, cualquier medición dinámica o cuasiestática- en un único módulo. Esto se conoce como MPC4 (Tarjeta de Protección de Máquinas – 4 canales) y revolucionó la industria. Ese mismo enfoque se utilizó en el diseño de la plataforma VibroSmart, en la que un único tipo de módulo (VSV30X) podía utilizarse de forma universal para cualquier medición dinámica o estática convencional de maquinaria, ya sea de vibración, entrehierro, cavitación, flujo magnético, etc. Para ello, el usuario puede personalizar completamente el tipo de transductor y las características de la medición.
Este enfoque permite que tanto el VM600 como los sistemas VibroSmart se utilicen en prácticamente cualquier tipo de máquina para cualquier entrada de sensor necesaria. Además, ambas plataformas combinan ahora la funcionalidad de monitorización de la condición y la de protección de la maquinaria en el mismo módulo/tarjeta, reduciendo aún más la carga de piezas de repuesto con un enfoque verdaderamente universal. También incorporan relés integrales, eliminando la necesidad de módulos separados para proporcionar salidas discretas.
Simplicidad
Una de las características que definen las arquitecturas de monitorización de Vibro-Meter es la sencillez. Esto es evidente no sólo en el enfoque universal “una tarjeta lo hace todo” para los tipos de canales, sino también en el número relativamente pequeño de otros módulos necesarios.
En la plataforma VM600, sólo hay otros cinco módulos: temperatura, potencia, CPUM (comunicaciones), RLC (relés adicionales) y XMV/XMCi (monitorización del estado).
En la plataforma VM600, sólo hay otros cinco módulos: temperatura, potencia, CPUM (comunicaciones), RLC (relés adicionales) y XMV/XMCi (monitorización del estado).
En la plataforma VibroSmart, es aún más sencillo y consta de un único tipo de módulo adicional: el VSI010. Este módulo admite comunicaciones tanto en serie como basadas en Ethernet con plataformas de automatización y control que utilizan protocolos como Modbus, Profibus y GOOSE. Esto permite la compatibilidad con entornos más antiguos de control de maquinaria y control de procesos que utilizan comunicaciones en serie, así como con entornos más nuevos con infraestructuras de comunicaciones basadas en Ethernet. El módulo también admite la redundancia total de la red para garantizar que las comunicaciones nunca se interrumpan.
Hay accesorios disponibles, como conmutadores de red y paneles de conexión BNC.
Consideraciones sobre el software
El enfoque agnóstico adoptado por Vibro-meter en sus plataformas de hardware también se extiende a la conectividad del software. Ambas plataformas son totalmente compatibles con nuestra suite VibroSight, que permite la configuración, la supervisión del estado, el apoyo a la toma de decisiones, la importación/exportación de datos, etc. Esto garantiza que un único entorno de software pueda unificar todo el hardware de monitorización que utilice en sus operaciones, permitiéndole mezclar y combinar el hardware en función de las particularidades de sus operaciones, las ubicaciones de las máquinas y las instalaciones nuevas frente a las de reequipamiento. VibroSight también contiene los tipos de trazado especializados que se utilizan en las máquinas hidráulicas, como el entrehierro y el flujo magnético. Esto garantiza una solución completa para la maquinaria hidráulica que incorpora todos los tipos de medición, no sólo la vibración y la posición convencionales.
Soluciones integrales
Nuestra capacidad para abordar el mercado hidroeléctrico va más allá de la flexibilidad de los sistemas de monitorización centralizados y distribuidos, y del software correspondiente con nuestra suite VibroSight. También ofrecemos los sensores especializados que se emplean habitualmente en las turbinas y generadores hidráulicos, junto con los sensores convencionales de aceleración y proximidad. Puede obtener más información sobre las plataformas VibroSmart y VM600Mk2 en nuestro catálogo de productos en línea o poniéndose en contacto con el profesional de ventas y servicio de vibrómetros más cercano.
Los módulos XMV/XMC son dispositivos de 16 canales y son necesarios sólo cuando se requiere la monitorización de la condición y no se necesitan las funciones de protección de la maquinaria. Cuando se requiere la protección de la maquinaria, se utilizan los módulos MPC4Mk2, que proporcionan protección y monitorización de estado integradas, eliminando la necesidad de un módulo separado como el XMV.