NI LabVIEW a CompactRIO řídí chod elektráren

-- 21.12.11

Zadání

Vývoj ekonomicky výhodného a spolehlivého systému pro monitorování strojů v elektrárnách v Chorvatsku

Řešení

Pomocí monitorovacího softwaru Computerized Diagnostic Systém (CoDiS) od společnosti VESKI a produktů LabVIEW a CompactRIO společnosti National Instruments vytvořit systém pro nepřetržité monitorování vibrací s přenosem informací po LAN „Nepřetržité monitorování vibrací a dalších jevů je důležité z hlediska předvídání mechanického chování a spolehlivosti. Obvykle vyžaduje sběr dat 24 hodin denně a on-line analýzu databáze.

VESKI je chorvatská poradenská firma zaměřená na analýzu a diagnostiku vibrací. Firma vsadila na NI Lab- VIEW a NI CompactRIO jakožto na jádro svého monitorovacího softwaru CoDiS.“ Mechanické vibrace mohou poškodit rotační mechanické komponenty a výrazně snižují spolehlivost a životnost stroje. Když jsme dostali přidělenu zakázku na vývoj softwarového řešení, které by pomohlo 11 chorvatským elektrárnám snížit náklady na údržbu a opravy generátorů, zvolili jsme LabVIEW a CompactRIO pro vytvoření flexibilního monitorovacího systému.

Monitorování a diagnostika strojů

Využití on-line monitorovacích systémů je zvlášť vhodné v elektrárnách, kde se tyto systémy používají k předvídání poruch a odhalování nepravidelností v chodu systému. Systémy mohou být také používány k plánování rutinní údržby a tím k předcházení dlouhodobým a nákladným odstávkám provozu. Monitorovací systém CoDiS jsme nainstalovali na více než 30 elektrických generátorech napříč Chorvatskem a Slovinskem a také v elektrárně Lagarfoss na Islandu. Moderní průmyslové monitorovací systémy obvykle sledují vibrace, teplotu, tlak a průtok, zatímco souběžně probíhá přesná analýza naměřených dat a ukládání do databáze. 

Vytvořili jsme systém CoDiS pro monitorování vibrací rotorů, statoru a základní dynamiky, vlastností vzduchové mezery, účinnosti, kvality elektrické energie a hydraulických veličin velkých rotačních strojů. Monitorovací systém CoDiS je modulární a flexibilní. Může být navržen a upraven podle potřeb zákazníka. Celá aplikace je založena na LabVIEW a obsahuje funkce pro analýzu a práci s databází, pro on-line monitorování a sběr dat podle potřeb zákazníka. Systém je založen na platformě CompactRIO pro souběžné diagnostické funkce a ochranu.

Systém CoDiS sestává ze čtyř částí (viz tabulka č. 1):

• CoDiS-DM (permanent Diagnostic Monitoring system – systém pro trvalý diagnostický monitoring)

• CoDiS-TR (Transient Recorder – záznamník přechodových dějů)

• CoDiS-RT (conventional Real-Time monitoring for signaling and protection systems – obecný monitoring v reálném čase pro signalizační a ochranné systémy)

• CoDiS-RM (permanent diagnostic Rotor Monitoring – trvalý diagnostický monitoring rotoru)

                

Konfigurace systému

S platformou CompactRIO a FieldPoint od společnosti National Instruments jsme byli schopni vytvořit vysoce konfigurovatelný systém při dosažení vysokého výkonu a spolehlivosti. Platforma CompactRIO je založena na nekonfigurovatelných vstupech a výstupech řízených (Reconfigurable I/O – RIO) FPGA polem a funguje souběžně jako jednotka pro monitorování stavu a ochranu.

Monitorovací systém CoDiS se skládá z:

• měřicích komponent, které zahrnují veškeré senzory a hardware pro sběr dat

• komponenty pro úpravu signálu

• jednotky CompactRIO sloužící pro zpracovávání spolu s místní ovládací PDA jednotkou používanou pro sběr a analýzu dat

• centrálního počítače s databází a procedury pro analýzu s možností vzdáleného přístupu přes LAN Systém také umožňuje komunikaci se SCADA systémy  za pomoci analogového nebo fieldbus výstupu. CoDiS zahrnuje trvalé sledování a diagnostiku:

• relativních vibrací hřídele

• absolutních vibrací uložení

• axiální pozice rotoru

• minimálních hodnot vzduchové mezery

• magnetického toku rotorového pólu

• elektrických parametrů (proud a napětí)

• symetrie fází, zátěžného úhlu

• celkového harmonického zkreslení (THD)

• statických a kvazi statických parametrů

• teplot a procesních parametrů

• hydraulických parametrů (účinnost, η)

• aktivního a reaktivního výkonu

Jednotka pro monitorování parametrů a ochranu nainstalovaná ve vysokotlakých pumpách – Lagarfoss Island.

Systém CompactRIO je používán k monitorování relativních vibrací hřídele a rotační rychlosti. Současně hlídá překročení povolené rychlosti. Systém monitoruje dva hydrogenerátory, přičemž každý z generátorů používá CompactRIO jako procesní jednotku. Každá monitorovací souprava obsahuje:

• šest senzorů posunu používaných pro měření relativní vibrace hřídele

• dva senzory posunu používané pro měření rotační rychlosti

• jeden modul NI 9201 pro sběr dat

• dva analogové výstupní moduly NI 9265 pro předávání měřených signálů do systému SCADA

• jeden modul NI 9481jakožto akční člen ochrany

• NI cRIO-9002 spolu s nekonfigurovatelným embeded šasi cRIO-9101 Systém CompactRIO monitoruje:

• šest analogových napěťových vstupů
– tři ložiska ve dvou osách (X a Y)

• dva analogové napěťové vstupy - redundantní ochrana při překročení rychlosti

• šest analogových proudových výstupů  (předávání do systému SCADA)

• čtyři reléové digitální výstupní signály, dva pro každý směr (alarm a výpadek) Všechna relevantní data (např. průběhy a výsledky analýzy) jsou přístupná jakožto sdílené proměnné ve sdílené síti. Společnost VESKI dosáhla s použitím produktů National Instruments snížení nákladů na údržbu a opravy v elektrárnách až o 50 procent.

Informace o autorech:
Více informací o této případové studii vám poskytnou:

Boris Meško
VESKI
Ulica Dragutina Golika 63
Zagreb HR-10000HR
Tel: +38513667133
Fax: +38513667155
veski@veski.hr

National Instruments (Czech Republic), s. r. o.

Dělnická 12, 170 00 Praha 7, Česká republika.
Tel.: (+420) 224 235 774
Fax: (+420) 224 235 749
Bezplatný tel. v ČR: 800 142 669
Bezplatný tel. v SR: 0800 182 362
Všeobecný e-mail: ni.czech@ni.com

Autor: Boris Meško, Ozren Orešković, Ozren Husnjak