Capítulo 1: Introducción: la posición estratégica del TDI en los sistemas de gestión del estado de la maquinaria
1.1 Industria 4.0 y el auge del mantenimiento predictivo
Con el avance de la Industria 4.0 y la fabricación inteligente, la gestión de plantas está pasando del mantenimiento reactivo y programado tradicional al mantenimiento predictivo. El núcleo del mantenimiento predictivo radica en el uso de datos para predecir fallas, que se basa en la adquisición oportuna de datos operativos de alta calidad de los equipos. El análisis de vibraciones es uno de los métodos más eficaces para monitorear el estado de la maquinaria rotativa, lo que permite la identificación temprana de problemas como desequilibrio, desalineación, desgaste de rodamientos, fallas en los engranajes y sobretensiones.
1.2 El sistema de monitoreo 3500: una arquitectura de dos niveles para protección y administración
El sistema Bfully Nevada 3500 es un sistema de administración y protección de maquinaria modular y programable. Emplea una arquitectura de dos niveles:
Capa de protección: su función principal es monitorear parámetros críticos (como vibración, desplazamiento, temperatura) en tiempo real. Si se exceden los puntos de ajuste seguros, inmediatamente activa acciones del relé (por ejemplo, apagado) para evitar incidentes catastróficos. Esta es una protección 'dura'.
Capa de gestión: su función principal es recopilar, almacenar y analizar datos operativos detallados de la máquina (incluidos datos de estado estable y transitorios) para la evaluación del rendimiento, el diagnóstico de fallas y la predicción de tendencias, lo que respalda las decisiones de mantenimiento. Esta es una gestión 'suave'.
El 3500/22M TDI es el módulo de interfaz central que habilita esta capa de gestión 'suave'. Se instala en el slot 1 del rack 3500 (al lado de las fuentes de alimentación). Si bien no participa en la ruta de protección crítica (garantizar que su falla no afecte la función de apagado de seguridad), es el punto de agregación, la estación de procesamiento y el centro de transmisión de todos los datos de gestión.
1.3 La Misión Central de TDI
La misión de TDI se puede resumir en dos puntos:
Portal de configuración: actúa como un puente entre la computadora host (que ejecuta el software de configuración) y el rack 3500, y se utiliza para descargar los parámetros de configuración para el rack y sus módulos.
Motor de datos: recopila, almacena y procesa de manera eficiente datos de la máquina desde varios módulos de monitoreo dentro del bastidor (por ejemplo, vibración, fase clave, módulos de temperatura) y los transmite a la computadora de adquisición de datos de nivel superior y al software de administración de activos (por ejemplo, Sistema 1).
Capítulo 2: Descripción general del hardware TDI y características principales
2.1 Composición física e instalación
El módulo TDI en sí ocupa una ranura de altura completa. Su funcionamiento depende de un módulo de E/S correspondiente, principalmente de dos tipos:
Módulo de E/S Ethernet 10/100 BASE-T: proporciona una interfaz RJ-45, utiliza cable estándar de categoría 5 y admite negociación automática de 10/100 M.
Módulo de E/S Ethernet 100 BASE-FX: Proporciona una interfaz de fibra óptica MT-RJ para entornos de larga distancia o de alta interferencia electromagnética.
Además, se puede instalar un módulo de salida de señal con búfer opcional para acceder directamente a las señales de salida con búfer desde los módulos de monitor.
El módulo debe instalarse en un bastidor Management Ready 3500/05, identificable por el logotipo de Bfully Nevada Orbit en el lado izquierdo del bisel.
2.2 Diseño e indicadores del panel frontal
El panel frontal es la primera ventana del estado del TDI y contiene los siguientes elementos clave:
2.3 Características funcionales básicas del TDI
Puertos de comunicación:
Puerto RS-232 del panel frontal.
Puerto Ethernet del panel trasero (primario), compatible con el protocolo TCP/IP.
Contactos del sistema:
Proporcione entradas de contacto seco a través del módulo de E/S para 'Trip Multiply', 'Alarm Inhibit', 'Rack Reset', etc., permitiendo que los sistemas externos (por ejemplo, DCS) controlen el rack.
OK Relé:
Este es un contacto de salida de hardware crítico que se utiliza para informar el 'estado de salud' general de todo el sistema 3500 a sistemas externos (por ejemplo, indicadores de la sala de control, DCS). Cualquier falla del módulo, error de configuración, pérdida de comunicación o violación de las reglas de seguridad hará que el relé OK se desenergice (NO OK).
Listas de eventos:
Lista de eventos del sistema: registra eventos relacionados con el funcionamiento del sistema, como inserción/extracción de módulos, fallas de comunicación y anomalías de energía.
Lista de eventos de alarma: registra los cambios de estado de la alarma (entrada/salida de alarma, OK/No OK) desde los módulos de monitor y relé.
2.4 Soporte triple modular redundante (TMR)
Para aplicaciones críticas que exigen una seguridad extremadamente alta (por ejemplo, energía nuclear, ciertos procesos petroquímicos), el sistema 3500 admite una configuración TMR. Esto requiere la versión TMR del TDI. Además de las funciones estándar, el TMR TDI compara continuamente las salidas de tres módulos de monitor redundantes. Si la salida de un módulo difiere (más allá de un porcentaje configurado) de los otros dos, marca ese módulo como defectuoso y registra un evento en la Lista de eventos del sistema.
Capítulo 3: Mecanismo de recopilación de datos TDI: de la señal al conocimiento
La recopilación de datos es el valor central del TDI. Puede recopilar varios tipos de datos para abordar diferentes estados operativos de la máquina.
3.1 Clasificación del contenido de datos
3.1.1 Valores estáticos
Los valores estáticos son valores escalares extraídos después del procesamiento de señales y generalmente se actualizan una vez por segundo.
Valores de protección: generados por los propios módulos de monitorización, utilizados para comparar con puntos de ajuste y activar acciones protectoras, por ejemplo, amplitud de vibración general, voltaje de separación. Todos los módulos de monitor 3500 (independientemente de su antigüedad) pueden proporcionar valores de protección a través de TDI.
Valores de gestión: valores adicionales generados por el TDI que procesa formas de onda dinámicas desde los módulos de monitorización de la serie M. Los más importantes son la amplitud y la fase de orden nX. El TDI puede calcular hasta 4 valores nX definidos por el usuario por canal (por ejemplo, 1X velocidad de funcionamiento, 2X), que son cruciales para identificar fallas específicas como desequilibrio, desalineación y holgura.
Variables de software: Parámetros de diagnóstico avanzados calculados por software de nivel superior (p. ej., Sistema 1) después de realizar cálculos adicionales (p. ej., análisis de demodulación, cálculos pico a pico) en los datos de forma de onda sin procesar recibidos del TDI.
3.1.2 Datos dinámicos (datos de forma de onda)
Los datos dinámicos son la señal sin procesar y de alta densidad en el dominio del tiempo, fundamental para diagnósticos avanzados como análisis de espectro, trazados de órbita y análisis modal. Sólo los módulos de monitor 'M-Series' pueden proporcionar datos dinámicos.
Formas de onda síncronas: el muestreo se sincroniza con la señal del fasor clave una vez por turno. Los usuarios pueden configurar muestras por revolución (de 16x a 1024x), equilibrando el detalle de la forma de onda (alta frecuencia de muestreo) con la resolución espectral (baja frecuencia de muestreo). Las formas de onda síncronas son esenciales para analizar fallas relacionadas con la velocidad y trazar órbitas de ejes.
Formas de onda asíncronas: muestreadas a una frecuencia fija (de 25,6 Hz a 64 kHz), independientemente de la velocidad del eje. Cada forma de onda consta de 2048 puntos, que se utilizan para generar un espectro de 800 líneas. Los datos asincrónicos se filtran anti-alias, lo que es adecuado para analizar fallas características de alta frecuencia, como las de rodamientos y engranajes.
Datos integrados: El TDI se puede configurar para devolver datos de forma de onda integrados, convirtiendo señales de velocidad en desplazamiento para su análisis bajo ciertos estándares.
3.2 Modos de recopilación de datos
El TDI recopila datos en diferentes modos y densidades según los distintos estados de la máquina y las condiciones de activación.
3.2.1 Valores actuales
El software host puede solicitar al TDI que envíe valores estáticos y formas de onda actuales en cualquier momento. Esto se utiliza para:
Pantalla en tiempo real: muestra datos en vivo en las estaciones del operador.
Tendencias históricas: recopilación de valores estáticos a intervalos de 1 segundo para crear gráficos de tendencias a largo plazo.
Captura de forma de onda programada: recopilación y almacenamiento automático de formas de onda a intervalos definidos por el usuario (por ejemplo, cada hora) para establecer datos de referencia.
3.2.2 Datos de alarma
Cuando cualquier punto de medición dentro del bastidor activa una alarma (Alerta o Peligro), el TDI captura automáticamente datos antes y después del evento para todos los puntos en el 'Grupo de recolección' asociado. Se trata de una función de diagnóstico extremadamente potente, ya que registra datos completos desde el momento de la avería y el período que la rodea.
Métodos de activación: alarma de protección o alarma de software.
Contenido de datos: incluye datos estáticos de alta densidad 20 segundos antes del evento (intervalo de 0,1 s), datos estáticos estándar 10 minutos antes (intervalo de 1 s), datos de forma de onda 2,5 minutos antes (intervalos de 10 s) y períodos de datos correspondientes después del evento. Todos los datos están sincronizados en el tiempo dentro del grupo de recopilación.
3.2.3 Datos transitorios (datos de inicio/parada)
Los procesos de inicio (arranque) y apagado (parada) de la máquina contienen información de diagnóstico rica. El TDI tiene un modo de recopilación de datos transitorios dedicado.
Activador de entrada: definido a través de 'Habilitadores de grupo de colección', que son rangos de velocidad (por ejemplo, 'giro lento hasta velocidad de carrera' y 'rango de sobrevelocidad'). Cuando la velocidad de la máquina ingresa a este rango, el TDI ingresa automáticamente al modo transitorio.
Activador de colección: definido mediante 'Parámetros de control de colección':
Delta RPM (Δ Velocidad): recopila un conjunto de datos cuando la velocidad cambia en una cantidad determinada (configurable por separado para aumentar y disminuir la velocidad).
Tiempo Delta (Δ Tiempo): Recopila datos en intervalos de tiempo fijos.
Reproducción de datos: antes de ingresar al modo transitorio, el TDI retiene los últimos 200 conjuntos de datos en un búfer interno. Al ingresar, envía inmediatamente estos 200 conjuntos 'históricos' junto con datos subsiguientes en tiempo real al host, recreando así completamente el proceso transitorio.
3.3 Flujo de datos y mecanismo de sincronización
El TDI no simplemente envía datos. Organiza los datos mediante el concepto de 'Grupos de colección'. Los usuarios asignan puntos de medición relacionados (por ejemplo, vibración en las direcciones X e Y, señal de fase clave para el mismo eje) al mismo grupo de recolección. El TDI garantiza:
Las formas de onda de todos los canales del grupo se muestrean en el mismo instante, lo que garantiza la coherencia temporal de los trazados de órbita y las formas de onda de los canales.
Los valores estáticos de todos los canales del grupo se recopilan al mismo tiempo.
Tanto los datos de alarma como los transitorios se recopilan y empaquetan por grupo de recopilación, lo que garantiza la coherencia contextual para el análisis de datos.
Capítulo 4: Consideraciones de ingeniería de sistemas y configuración de TDI
La configuración del TDI es un proceso de ingeniería de sistemas que implica coincidencia de hardware, configuración de red, coordinación de software y más.
4.1 Requisitos previos y limitaciones
Requisitos de hardware: el bastidor debe estar preparado para administración; los módulos de monitor que proporcionan datos dinámicos deben ser de la Serie M con revisión PWA G o superior; Se requiere una versión específica del módulo Keyphasor para señales de múltiples eventos por revolución.
Requisitos de software: Se necesitan versiones mínimas específicas del software 3500 de configuración, adquisición de datos, visualización y sistema 1.
Elementos no admitidos: El TDI no puede comunicarse con redes TDXnet o TDIX heredadas ni puede configurarse a través de una puerta de enlace de comunicaciones 3500/92.
4.2 Descripción general del proceso de configuración
Instalación física: Inserte el TDI en la ranura 1 del rack e instale el módulo de E/S correspondiente.
Inicialización de la red: utilizando el puerto RS-232 del panel frontal y el software de configuración 3500, configure los parámetros Ethernet del TDI (nombre del dispositivo, dirección IP, máscara de subred, puerta de enlace).
Configuración del bastidor: a través del puerto Ethernet, complete la configuración de todo el bastidor 3500 (incluidos los módulos de monitor, los módulos de relé, etc.) y descárguelo en el bastidor. Es imprescindible guardar el archivo de configuración del rack generado.
Integración del Sistema 1: en la configuración del Sistema 1, agregue este bastidor 3500 e importe el archivo de configuración del bastidor guardado en el paso anterior.
Configuración de la capa de administración: en el Sistema 1, complete la configuración detallada de adquisición de datos, que incluye:
Creación y definición de Grupos de Colección.
Asignación de canales a Grupos de Colección.
Configuración de frecuencias de muestreo sincrónicas/asincrónicas.
Definición de habilitadores de recolección de transitorios y parámetros de control (Δ RPM, Δ Tiempo).
Configuración de opciones de captura de datos de alarma.
4.3 Opciones de configuración clave en detalle
4.3.1 Opciones de seguridad
Para evitar un mal funcionamiento, el TDI proporciona seguridad de múltiples capas:
Protección con contraseña: Contraseña de conexión (solo lectura) y Contraseña de configuración (lectura-escritura).
Interruptor de llave: bloquea físicamente los privilegios de configuración.
Opciones de seguridad del software (seleccionables):
Cambie los puntos de ajuste solo en el modo de programa.
Desactive el puerto de comunicación frontal del TDI.
El bastidor de la unidad NO está bien Relé si se cambia la dirección del bastidor en el modo de ejecución.
El bastidor de la unidad NO está bien Relé si se retira o inserta un módulo en el bastidor.
El bastidor de la unidad NO está bien Relé si el interruptor de llave se cambia del modo Ejecutar al modo Programa.
4.3.2 Optimización de los parámetros de control de recopilación
El manual advierte específicamente que una configuración incorrecta puede causar inundaciones de datos. Por ejemplo, establecer un Δ RPM de 0,1 para una máquina de 30.000 rpm generará una enorme cantidad de datos durante el inicio, lo que podría abrumar la memoria TDI y la red.
Fórmula de optimización: el manual proporciona una fórmula para estimar un valor de Δ RPM adecuado, considerando el rango de velocidad de la máquina, el tiempo de rampa, la capacidad de almacenamiento interno de formas de onda TDI (35 conjuntos) y la capacidad de la computadora de adquisición de datos.
4.4 La coherencia de la configuración es primordial
La configuración física del bastidor 3500, la configuración en el software de configuración 3500 y la configuración en el Sistema 1 deben ser completamente coherentes. Cualquier discrepancia (por ejemplo, falta de coincidencia de archivos de bastidor con módulos físicos, asignación inconsistente de fases clave) hará que la recopilación de datos se detenga o produzca errores.
Capítulo 5: Instalación, mantenimiento y solución de problemas
5.1 Los módulos de recepción y protección contra descargas electrostáticas (ESD)
contienen componentes sensibles a ESD. La manipulación debe seguir las pautas de protección ESD: use una correa de conexión a tierra, transporte y almacene en bolsas o papel de aluminio conductores, con especial precaución en ambientes secos.
5.2 Operaciones de mantenimiento
Actualización de firmware: se puede realizar a través del software de configuración 3500. No se debe interrumpir la alimentación y no se deben retirar los módulos durante la actualización, ya que esto podría dañar el módulo. Siempre haga una copia de seguridad de la configuración actual antes de actualizar.
Prueba de verificación: utilice la utilidad de verificación en el software de configuración para probar la funcionalidad de comunicación de los puertos host del TDI.
5.3 Guía de solución de problemas
El TDI proporciona información de diagnóstico rica, que es el primer recurso para resolver problemas.
5.3.1 Diagnóstico mediante estado del LED
LED OK parpadeando a 5 Hz: Fallo interno, consulte la Lista de eventos del sistema.
El LED TX/RX no parpadea: comunicación TDI anormal, verifique la lista de eventos del sistema.
LED Config OK APAGADO: Un módulo de rack tiene un error de configuración.
El LED Config OK parpadea a 5 Hz: se activó una opción de seguridad (p. ej., módulo insertado/retirado), presione el botón Rack Reset para borrar.
5.3.2 Diagnóstico mediante listas de eventos
La lista de eventos del sistema es una potente 'caja negra' que registra todos los eventos a nivel del sistema. El manual detalla docenas de códigos de eventos, sus significados y acciones recomendadas. Ejemplos:
Evento 11: Falla de la memoria flash: reemplace el TDI lo antes posible.
Evento 32: Dispositivo que no se comunica: verifique el módulo en la ranura indicada o en la placa posterior del bastidor.
Evento 1018: Revisión del monitor de administración no válida: identifique y reemplace el monitor M-Series que no cumple con los requisitos de revisión de PWA.
5.3.3 Lista de eventos de gestión
Registra específicamente eventos relacionados con la función de gestión de recopilación de datos; no afecta el funcionamiento del sistema de protección pero sí afecta la carga de datos.
Evento 1002: Fallo en el fasor clave de administración: verifique la calidad de la señal del fasor clave.
Evento 1008/1009: Sistema de gestión detenido/en línea: normalmente es normal durante las operaciones (p. ej., reinicio de DAQ); si ocurre lo contrario, puede requerir el reemplazo del TDI.
