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 y sistemas de gestión de edificios (BMS). La funcionalidad integrada de monitorización basada en condiciones permite nuevas formas de realizar el mantenimiento, como el mantenimiento basado en condiciones.
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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.
En la red de la Industria 4.0, el convertidor de frecuencia desempeña un papel importante y se caracteriza por algunas funciones importantes:
La información del convertidor de frecuencia puede identificarse del siguiente modo:
Las técnicas de análisis de la firma de intensidad del motor permiten al convertidor de frecuencia supervisar el estado del motor y de la aplicación. La técnica permite eliminar potencialmente los sensores físicos o extraer las primeras firmas de fallos que podrían no haber sido posibles de detectar. Por ejemplo, el uso de la técnica permite detectar cavitación y fallos de bobinado con antelación o excentricidad de la carga mecánica.
El concepto de convertidor de frecuencia como concentrador de sensores implica la conexión de sensores externos al convertidor 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 convertidor de frecuencia. La ventaja del concepto no solo está relacionada con el coste, sino que también permite la correlación de los datos de los sensores con diferentes tipos de datos presentes en el convertidor de frecuencia. 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.
A continuación, se presentan diferentes tipos de estrategias de mantenimiento:
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.
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.
Para que un sistema de monitorización de las condiciones sea eficiente, el primer paso importante es determinar y definir las condiciones de funcionamiento normales. Establecer un valor de referencia significa definir las condiciones de funcionamiento normal para la aplicación, lo que se denomina "referencia". Existen varias formas de determinar los valores de referencia.
Referencia manual: Cuando los valores de referencia se definen utilizando una experiencia previa, los valores conocidos se programan en el convertidor de frecuencia.
Funcionamiento de referencia: La referencia se puede determinar durante la puesta en servicio. Con este método, se realiza un barrido de velocidad a través del rango de velocidad relevante que determina la condición en cada punto de velocidad. Sin embargo, en determinados escenarios durante la puesta en servicio, es posible que la aplicación no funcione a plena capacidad o que sea necesario un periodo de rodaje. En estas situaciones, el funcionamiento de referencia debe realizarse después del periodo de rodaje para capturar un estado de funcionamiento lo más cercano posible al funcionamiento normal.
Referencia en línea: Se trata de un método avanzado que captura datos de referencia durante el funcionamiento normal. Esto resulta útil en situaciones en las que no se puede realizar una ejecución de referencia, ya que la aplicación no permite explorar todo el rango de velocidad.
Después de establecer la referencia, el siguiente paso es generar umbrales para avisos y alarmas. Los umbrales indican el estado de la aplicación que se debe notificar al usuario. Existen varias formas de indicar el estado del equipo y una de las más populares en la industria es un estado de semáforo con cuatro colores que se describe en la especificación VDMA 24582 Referencia neutra de fieldbus para la monitorización de las condiciones en la automatización de fábricas.
Los colores significan lo siguiente:
Los siguientes métodos se utilizan para definir los valores umbral:
Los valores monitorizados actuales pueden leerse desde el convertidor de frecuencia a través del LCP, la comunicación fieldbus o la comunicación IoT. Además, las salidas digitales se pueden configurar para reaccionar a avisos y alarmas específicos. Algunos convertidores de frecuencia tienen un servidor web integrado que también se puede utilizar para leer el estado del estado.
La monitorización se realiza con una comparación continua con los umbrales. En el funcionamiento normal se comparan los valores actuales con el valor umbral. Cuando los parámetros monitorizados superan un umbral durante un tiempo predefinido, se activa un aviso o alarma. El temporizador está configurado para actuar como un filtro, de modo que los transitorios cortos no activen avisos ni alarmas.
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.
La monitorización del rendimiento del motor mediante la monitorización basada en condiciones proporciona una forma sencilla y rentable de obtener datos de la máquina para tomar decisiones de mantenimiento inteligentes.
El mantenimiento predictivo ha surgido como una potente herramienta para optimizar el rendimiento de los equipos, aumentar el tiempo de actividad y reducir los costes de mantenimiento.
La monitorización remota permite a los usuarios acceder a datos en tiempo real, reaccionar con antelación para evitar interrupciones, optimizar el rendimiento y tomar decisiones informadas.
Junto con la monitorización del bobinado del estátor y la envoltura de carga, la funcionalidad CBM integrada en los convertidores de frecuencia de Danfoss incluye la monitorización de las vibraciones.
Las bombas obstruidas trabajan con menos eficiencia y consumen más energía que las bombas limpias. Si no se atienden, una bomba obstruida eventualmente se detendrá, causando un tiempo de inactividad no planificado.
Evite daños costosos en las bombas con monitoreo de condiciones de VFD. Detecte la cavitación temprano y proteja el rendimiento con información inteligente y predictiva.
Proteja los motores y prolongue el tiempo de actividad con el monitoreo de filtro de onda sinusoidal en los variadores Danfoss VLT®. No se necesitan sensores externos: obtenga detección temprana y protección duradera
La CBM forma parte de la historia de primicias de Danfoss en materia de innovación. Los convertidores de frecuencia de Danfoss se diferencian del resto del mercado por sus funciones inteligentes integradas en el convertidor de frecuencia para reducir los componentes externos necesarios.
Water and wastewater monitoring
ITALIA: En Rivoira Group, los variadores VLT® con monitorización predictiva integrada ayudan a conservar la fruta perfectamente al asegurar una refrigeración totalmente fiable.
Mantenimiento predictivo eficiente para una buena producción de frutas
DINAMARCA: Una empresa farmacéutica líder a nivel mundial estaba decidida a encontrar una solución inteligente para HVAC que evitara el tiempo de inactividad con monitorización del sistema en tiempo real y alarmas instantáneas personalizables. Además, la solución debía integrarse en la ambiciosa estrategia de digitalización de la organización. La solución: Danfoss VLT® HVAC Drive FC 102 con monitorización predictiva integrada.
Driving maximum uptime in aseptic pharmaceutical production
PAÍSES BAJOS: HEINEKEN comprende que para satisfacer la demanda, su línea de producción debe estar siempre a la altura de las circunstancias, con todos los activos ofreciendo un rendimiento excelente y fiable de forma constante. En la cervecería de Den Bosch, el duro entorno de trabajo planteaba varios desafíos. La solución fue una actualización utilizando variadores con monitorización predictiva integrada.
Brewing up real change at HEINEKEN
Este convertidor robusto e inteligente FC102 mejora las aplicaciones de bombas y ventiladores en los sistemas de gestión de edificios y funciona en exteriores en la mayoría de los climas.
El convertidor de frecuencia VLT® AutomationDrive FC 301 / FC 302 está diseñado para el control de velocidad variable de todo tipo de motores asíncronos y motores de imanes permanentes. Se presenta como versión básica (FC 301) y como versión avanzada altamente dinámica (FC 302), con funcionalidades adicionales.
El FC 103 es específico para el control de compresores, bombas y ventiladores, a fin de obtener un considerable ahorro de energía en plantas de refrigeración.
El VLT® AQUA Drive FC 202 controla todo tipo de bombas y está equipado con un controlador de cascada.
Maximiza el rendimiento energético en soluciones híbridas y ayuda a mejorar el rendimiento acercando el soporte energético al consumo.
Permite que los integradores de sistemas, fabricantes de maquinaria y OEM diseñen y fabriquen sistemas eficaces de convertidores industriales. Las configuraciones del Active Front-end (NXA), Non-regenerative Front-end (NXN), Brake Chopper (NXB) y Inverter (NXI) están disponibles.
Un convertidor para aplicaciones de interior y exterior, que soporta niveles elevados de presión y vibraciones, así como agua, calor y suciedad.
Módulos de convertidor y convertidores cerrados que se integran fácilmente en los principales sistemas de control.
Función especializada que mejora el control del caudal y ahorra energía en aplicaciones de ventiladores y bombas industriales.
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