National Instruments - uporabniške rešitve

Prenosni sistem za nadzor vibracij v realnem času

Avtor(ji): Bipin M. Kanth, Captronic Systems, Pvt. Ltd.
Panoga: Avtomobilska
Izdelek: CompactRIO
Cilj: Razvoj aplikacije za sproten nadzor in beleženje naključnih vibracij, katerim so izpostavljeni avtomobilski preizkusni sklopi v naključnih preizkusnih območjih vibracij in študija vplivov vibracij na različne avtomobilske sklope.
Rešitev: Izvedba tridimenzionalnega sistema za nadzor vibracij v realnem času z uporabo rekonfigurabilnega sistema za krmiljenje in zbiranje podatkov NI CompactRIO in do sedaj nedosežene prilagodljivosti tehnologije NI RIO.

Avtomobilski sklopi so podvrženi naključnim vibracijam, katerih vpliv je potrebno pred začetkom proizvodnje preučiti. Sistem omogoča natančne analize za preučevanje vpliva vibracij na določen sklop v realnem času. Analizo vibracij je bilo do sedaj mogoče izvajati zgolj nepovezano z omejenimi možnostmi sprotnega nadzora in analize. Zato je moral uporabnik delati z manjšimi sklopi podatkov v določenih časovnih intervalih, kar je povzročalo izgubo vpogleda v omembne vzroke napak. Sprotno shranjevanje podatkov celotnega trajanja meritev olajša kasnejšo nepovezano analizo.

Izvedba programske opreme
Izvedbo programske opreme smo razdelili v naslednje module:

• Pridobivanje podatkov v realnem času
• Operacije s plavajočo vejico v realnem času in shranjevanje podatkov
• Obdelava zapisanih podatkov podatkov
• Pridobivanje podatkov v realnem času

Po sprejetju začetnega signala iz zaslona LCD serijskega terminala sistem določi razpoložljiv prostor v kartici CF krmilnika v realnem času cRIO-9002. Če velikost ne zadošča, se podatek o tem pošlje na zaslon LCD serijskega terminala, podatki pa se lahko pred nadaljevanjem preizkusa prenesejo v prenosni/osebni računalnik. Če prostor za shranjevanje zadošča, se pridobivanje podatkov začne. cRIO-9233 vzorči napetostni signal, ki ga odda merilnik pospeška IEPE in podatek prenese v krmilnik v realnem času cRIO-9002.

Operacije s plavajočo vejico v realnem času in shranjevanje podatkov

Operacije s plavajočo vejico v realnem času vključujejo določanje RMS, temenske vrednosti in FFT za vsak sklop podatkov, ki vsebuje 4096 podatkovnih točk. Odstranjevanje temenskih vrednosti se uporablja za odstranjevanje naključnih skrajnih vrednosti iz pridobljenih podatkov o tresljajih s pomočjo lastnega algoritma. RMS in temenske vrednosti se beležijo v elotnem trajanju preizkusa z nespremenljivim petminutnim intervalom. Trajanje preizkusa je največ 150 ur. FFT se zabeleži v prvih petih minutah, v zadnjih petih minutah in v skladu s konfiguriranimi vmesnimi intervali. Uporabnik lahko konfigurira vmesne intervale v skladu s trajanjem preizkusa.

Izračunani parametri RMS in temenska vrednost se prenesejo v nadzorno ploščo in vsako sekundo obnovijo. Uporabnik lahko torej nadzira raven vibracij, kateri je izpostavljen določen sklop med delovanjem, in ugotovi, če je v pričakovanem območju.

Obdelava zapisanih podatkov podatkov

Grafični uporabniški vmesnik v prenosnem računalniku omogoča uporabniku izvajanje analiz zapisanih podatkov že izvedenih preizkusov. Zaporedje dogodkov je opisano v nadaljevanju:

• Izbira zahtevanih preizkusnih podatkov
• Pregled zapisanih podatkov
• Izdelava poročila

Prikazane so FFT, temenske vrednosti in diagram RMS. FFT je prikazan v diagramu na levi strani zaslona, temenske vrednosti in RMS pa na desni strani zaslona.

Vsak zaslon je mogoče povečati z dvojnim klikom na posamezen prikaz. Mogoča je tudi nadaljnja povečava posameznega dela slike. Po izbiri zahtevanih preizkusnih podatkov in pregledu valovne oblike je omogočena izdelava uporabniških poročil o valovni obliki s pomočjo pritiska na tipko za izdelave poročila.

Izdelano poročilo vsebuje podatke o uporabniku, preizkušenem sklopu, številki modela, serijski številki uporabljenega merilnika pospeškov in podatke o kupcu z RMS, s temensko vrednostjo in z diagrami FFT komponente med preizkusom.

V primerjavi z dražjimi in obsežnejšimi sistemi za analizo vibracij, ki so na voljo na tržišču, prenosna rešitev za nadzor vibracij v realnem času nudi prilagodljiv in uporaben način izvajanja analiz vibracij. S pomočjo zmogljivosti tehnologije NI RIO in prilagodljivosti programske opreme LabVIEW zagotavlja zanesljivo in robustno rešitev. Sistem nudi analizo vibracij v realnem času in v primeru okvare določenega sklopa omogoča takojšnje ukrepe. Pri vsakem sklopu uporabniku prihrani od šest do osem ur za samo 30 odstotkov cene drugih razpoložljivih preizkuševalnikov.

NI CompactRIO in PXI za simulacijo in preizkušanje regulatorja hitrosti turbine v elektrarnah

Avtor(ji): Wouter Termote, Laborelec
Panoga: Energetika/pridobivanje električne energije, industrijska regulacija/naprave/sistemi
Izdelek: Compact FieldPoint, CompactRIO, LabVIEW, LabVIEW FPGA, LabVIEW Real-Time, PXI/CompactPCI
Cilj:Posodobitev obstoječe preizkusne in programske opreme za regulator hitrosti vrtenja turbine v uporabniku prijazno, avtomatizirano ter prenosno okolje za preizkušanje in simulacije.
Rešitev: Izboljšava programske opreme z uporabo grafičnega vmesnika National Instruments LabVIEW in posodobitev strojne opreme v enostavno prenosljivo samostojno napravo, ki bo omogočala takojšnjo vizualizacijo, temeljito skrajšala trajanje razvoja in vgradnje ob nezmanjšani uporabnosti obstoječega sistema z vsemi visoko dovršenimi dodatki.

Pri Laborelec smo si zamislili prvo izvedbo napredne interaktivne omrežne simulacije delovanja turbine v realnem času (Advanced Real-Time Interactive Simulation of Turbines, ARTIST) v letu 1985. V naslednjih 20 letih smo programsko opremo dopolnili s precejšnjim številom dovršenih rešitev. S tem sistemom smo v elektrarnah preizkušali regulatorje hitrosti vrtenja parnih turbin. Med načrtovanimi vzdrževalnimi posegi smo regulatorje hitrosti priklopili na sistem ARTIST, ki je simuliral delovanje zunanjih komponent, stanje turbine in omrežja ter odjem električne energije. Glede na stanje teh parametrov, so morali regulatorji hitrosti vrtenja pravilno sinhronizirati turbinske generatorje, uravnavati ventile ipd. Tovrstne preizkuse je bilo potrebno izvesti med načrtovanimi vzdrževalnimi posegi, saj lahko okvara regulatorja hitrosti vrtenja običajne, plinske ali nuklearne elektrarne povzroči visoke stroške in celo poškodbo turbine.

ARTIST smo, na primer, uporabili za preverjanje, ali lahko regulatorji nemudoma prevzamejo nadzor nad hitrostjo vrtenja parne turbine ob odklopu iz električnega omrežja. Uporabili smo ga tudi za preverjanje obnašanja regulatorja turbine v primeru nihanj frekvence električnega omrežja. Omejitev obstoječega sistema je bila njegova prenosljivost. Sistem je bil nameščen v velikem zabojniku z mnogimi tračnimi zapisovalniki in samostoječimi analognimi napravami. Kontrolne kabine nismo mogli postaviti ob regulatorje hitrosti vrtenja turbine. V sistem smo vgradili obsežen računalniški program, napisanim v jeziku C++ – izpis programske kode je obsegal kar pet debelih knjig. Posledica tega je bilo zamudno vzdrževanje in omejitve pri posodobitvah. Izvedba novega sistema ARTIST

V letu 2005 smo posodobili tako programsko kot strojno opremo. Najprej so naši strokovnjaki nadgradili programsko opremo ARTIST za uporabo v grafičnem okolju. Več kot 50.000 vrst programske kode v jeziku C++ so nadomestili z NI LabVIEW in ponovno uporabili težko prevedljivo jedro jezika C v okolju LabVIEW. S tem so naši strokovnjaki omogočili bolj realističen vpogled v industrijske procese. Uporabniki so lahko na primer nemudoma nadzirali delovanje regulatorja hitrosti v spreminjajočih se razmerah v omrežju. Še več, nadomestili smo dosedanjo, nekako okorno doma izdelano ARTIST strojno opremo z novim, enostavno prenosnim sistemom, sestavljenim iz National Instruments CompactRIO in PXI. Na ta način se je prenosnost opazno izboljšala, trajanje vgradnje simulatorja ARTIST ob regulator hitrosti vrtenja turbine pa skrajšalo.

Izvedba strojne opreme

Uporaba modularne programske opreme nam je omogočila hitre spremembe strojne opreme. Zunanji signal smo lahko povezali s katerimkoli vhodnim signalom sistema. Program ARTIST je opremljen s konfiguracijskim modulom, ki določa vsak vhodni signal. Vhodni signal lahko povežemo z dejanskim V/I-signalom ali pa s programsko opremo ustvarjeno simulacijo. V zadnjem primeru lahko sistem uporabimo kot trenažni simulator za operaterje in vzdrževalce ali pa z njim preizkušamo nadzorne strukture novih procesov. Mogoča je bila tudi povezljivost OPC na druge procese ali na zunanji DCS. Priključimo lahko modele, razvite s programsko opremo The MathWorks, Inc. MATLAB in Simulink.

Pri dejanskih V/I-signalih lahko ta sistem uporabimo za združevanje National Instruments Compact FieldPoint s krmilnimi zankami do 100 Hz in/ali NI CompactRIO za združevanje simulacije s časovno padajočo kakovostjo signala merilnikov hitrosti hitrovrtečih se turbin. Celoten sistem je sestavljen iz platforme PXI in krmilnika PXI, ki delujeta na operacijskem sistemu Microsoft Windows XP. Platforma PXI vsebuje tudi frekvenčni generator NI PXI-5404 za proizvajanje 50 Hz mrežnega signala.

Uporabno orodje za različne uporabnike A

RTIST ni samo preizkusno orodje za operaterje električnih central. Vzdrževalno osebje, na primer, uporablja ARTIST za preizkušanje regulatorjev hitrosti vrtenja po izvedenih popravilih ali zamenjavah sklopov, ali pa za ocenjevanje nadzorne strukture novih procesov in njihovih parametrov. Electrabel, ena vodilnih evropskih energetskih družb in prva na tržišču Beneluksa, uporablja ARTIST v svojih izobraževalnih centrih za poučevanje novih operaterjev.
S programom ARTIST lahko inženirji izvajajo preizkuse regulatorjev na kraju obratovanja termocentral v Belgiji kot tudi zagone po izvršenih posodobitvah. Novi ARTIST bo prvič uporabljen ob reviziji turbin v nuklearni elektrarni Doel št. 4 v letu 2006. Na podlagi odzivov uporabnikov bo Laborelec nadaljeval s posodabljanjem omrežnega simulatorja za dosego kar najvišjih zmogljivosti.