Aktuální vydání

celé číslo

08

2022

MSV 2022

Projektování, konstruování a programování automatizačních a řídicích systémů

celé číslo

Monitorování elektráren za pomoci LabVIEW a CompactRIO

Chorvatská poradenská firma Veski, zaměřená na analýzu a diagnostiku vibrací, získala zakázku na vývoj softwarového řešení pro monitorování strojů v chorvatských elektrárnách. Jejím cílem bylo vyvinout ekonomicky výhodný a spolehlivý systém pro nepřetržité monitorování strojů, který by pomohl jedenácti chorvatským elektrárnám snížit náklady na údržbu a opravy generátorů. Pomocí monitorovacího softwaru CoDiS (Computerized Diagnostic System) od společnosti Veski a produktů LabVIEW a CompactRIO společnosti National Instruments byl vytvořen systém pro nepřetržité monitorování vibrací s přenosem informací po LAN. Monitorovací systém Codis byl nainstalován ve více než 30 elektrických generátorech v Chorvatsku a Slovinsku a také v elektrárně Lagarfoss na Islandu.
 

Úlohy monitorovacích systémů

 
Mechanické vibrace mohou poškodit rotační mechanické komponenty a výrazně snižují spolehlivost a zkracují životnost stroje. Nepřetržité monitorování vibrací a dalších jevů umožňuje předvídat chování mechanismů i jejich spolehlivost. Obvykle je však vyžadován sběr dat po celých 24 hodin denně a průběžně prováděná (on-line) analýza databáze.
 
Systémy pro monitorování on-line jsou zvlášť vhodné v elektrárnách, kde se uplatní pro předvídání poruch a odhalování nepravidelností v chodu zařízení. Mohou být také používány k plánování rutinní údržby, díky čemuž lze předcházet dlouhodobým a nákladným odstávkám provozu.
 

Codis pro monitorování a diagnostiku strojů

 
Moderní průmyslové monitorovací systémy obvykle sledují vibrace, teplotu, tlak a průtok, zatímco souběžně probíhá přesná analýza naměřených dat a ukládání do databáze. Firma Veski vytvořila systém Codis pro monitorování vibrací rotorů, statoru a základní dynamiky, vlastností vzduchové mezery, účinnosti, kvality elektrické energie a hydraulických veličin velkých rotačních strojů (obr. 1). Monitorovací systém Codis je modulární a flexibilní. Může být navržen a upraven podle potřeb zákazníka. Celý systém je založen na LabView a obsahuje funkce pro analýzu a práci s databází, pro průběžné monitorování a sběr dat podle potřeb zákazníka. Systém je založen na platformě CompactRIO pro souběžné diagnostické funkce a ochranu. Systém Codis se skládá ze čtyř částí (viz tab. 1):
  • CoDiS-DM (permanent Diagnostic Monitoring system) – systém pro nepřetržité diagnostické monitorování (obr. 1),
  • CoDiS-TR (Transient Recorder) – záznamník přechodových dějů,
  • CoDiS-RT (conventional Real-Time monitoring for signaling and protection systems)
  • všeobecné sledování v reálném čase pro signalizační a ochranné systémy (obr. 1),
  • CoDiS-RM (permanent diagnostic Rotor Monitoring) – nepřetržité diagnostické sledování rotoru.

Konfigurace systému

 
S využitím platforem CompactRIO a FieldPoint od společnosti National Instruments bylo možné vytvořit systém, který je široce konfigurovatelný a zároveň velmi výkonný a spolehlivý. Platforma CompactRIO je založena na rekonfigurovatelných vstupech a výstupech (RIO – Reconfigurable I/O) řízených hradlovým polem FPGA. V systému Codis je zároveň určena pro monitorování stavu i pro ochranu. Monitorovací systém Codis se skládá z:
  • měřicích komponent, které zahrnují veškeré senzory a hardware pro sběr dat,
  • komponent pro úpravu signálu,
  • jednotky CompactRIO, určené pro zpracovávání spolu s místní ovládací jednotkou PDA používanou pro sběr a analýzu dat,
  • centrálního počítače s databází a programem pro analýzu s možností vzdáleného přístupu prostřednictvím LAN.
Systém také umožňuje komunikaci se systémy SCADA za použití analogového nebo sběrnicového výstupu. Systém Codis nepřetržitě sleduje a diagnostikuje tyto stavy:
  • relativní vibrace hřídele (obr. 3),
  • absolutní vibrace uložení,
  • axiální polohu rotoru,
  • minimální hodnoty vzduchové mezery,
  • magnetický tok na pólu rotoru,
  • elektrické parametry, jako je proud a napětí,
  • symetrii fází, zátěžového úhlu,
  • celkové harmonické zkreslení (THD),
  • statické a kvazistatické parametry,
  • teploty a procesní parametry,
  • hydraulické parametry (účinnost η),
  • aktivní a reaktivní výkon.

Monitorování v elektrárně na Islandu

 
Ve vysokotlakých čerpadlech v elektrárně Lagarfoss na Islandu byl instalován systém pro monitorování parametrů a ochranu.
Systém sleduje relativní vibrace hřídele a rotační rychlost. Současně hlídá překročení povolené rychlosti. Dále jsou monitorovány dva hydrogenerátory. Každý z nich používá jednotku CompactRIO pro sběr a zpracování dat. Každá monitorovací souprava obsahuje:
  • šest senzorů posunutí pro měření relativní vibrace hřídele,
  • dva senzory posunutí používané k 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 9481 používaný jako akční člen ochrany,
  • NI CompactRIO-9002 spolu s rekonfigurovatelnou vestavnou skříní CompactRIO-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 SCADA),
  • čtyři reléové digitální výstupní signály, dva pro každý směr (alarm a výpadek).
Všechny relevantní údaje (např. průběhy a výsledky analýzy) jsou dostupné jako sdílené proměnné v síti.
 

Závěr

 
Využitím systému Codis vyvinutého společností Veski a produktů National Instruments byly v elektrárnách sníženy náklady na údržbu a opravy až o 50 %.
 
Boris Meško,
Ozren Orešković,
Ozren Husnjak,
Veski
 
Obr. 1. Sledování vibrací a dalších parametrů velkých rotačních strojů
Obr. 2. Sběr signálů pro nepřetržité diagnostické monitorování, CoDiS DM (vlevo) a pro sledování v reálném čase, CoDiS RT (vpravo)
Obr. 3. Obrazovka systému Codis pro sledování relativních vibrací hřídele
 
Tab. 1. Části systému Codis, jejich funkce a využití