INTRODUCCIÓN

En el primer artículo comencé a describir qué es la Industria 4.0, dando importancia, además de todos los aspectos que cubren esta nueva revolución industrial, a la comunicación. De hecho, todas las agallas que cubren la Industria 4.0, sin una interconexión entre los sistemas, la comunicación, la Industria 4.0 y todo lo que conlleva no es posible.

Necesitamos recopilar datos de varios dispositivos o máquinas con el fin de analizar y pre v hiedras su comportamiento. Sin la comunicación, estable y fiable, este o no se puede.

En este artículo y en el siguiente, comenzaré un análisis de cómo se comunican los sistemas electrónicos, en qué se basa la comunicación digital en la actualidad. Haré una historia corta para presentar cómo nacieron los protocolos y estándares de comunicación. La comunicación de hoy comienza y se basa en el sistema ISO / OSI, pero antes de entrar en el estudio de este sistema, veamos cómo se comunican los sistemas.

HISTORIA DE COMUNICACIÓN CORTA E INADECUADA

Esto no pretende ser una historia detallada de la comunicación, sino solo una breve introducción.

La comunicación siempre ha sido la base del desarrollo de nuestra civilización. Al principio era comunicación sólo verbal, entonces comenzó a mirar piedra, con dibujos de la cueva de neolithic

luego en tabletas de cera y arranques no incluso el prim y la comunicazion la distancia con señales de humo o fuego y tambores

más tarde que se descubrió el telégrafo, el código Morse, el teléfono, y desde el descubrimiento de teléfono se puede decir que llegó la comunicación moderna , con la transmisión de voz, imagen, música y videos.

COMUNICACIÓN ENTRE CALCULADORAS _[1]

Hablando de la industria 4.0, hablamos de comunicación entre dispositivos electrónicos. Los dispositivos electrónicos se comunican principalmente con dos tipos de conexiones, en paralelo y en serie. En las comunicaciones paralelas de la capa física están constituidos por un número de líneas o cables, igual al número de bits necesarios para formar la información a transmitir, en cada línea de un bit. En las comunicaciones en serie, la capa física está formada por una sola línea y los bits que componen la información se envían en secuencia. Ambas comunicaciones necesitan sincronización para que el receptor pueda reconocer la información que recibe.

Comunicaciones paralelas por el momento en que las dejamos de lado y quizás las reanudaremos más adelante con más detalle, aquí continuaremos con las comunicaciones en serie ya que todas las comunicaciones son en serie. Las comunicaciones en serie son menos costosas que las paralelas, ya que ocupan menos espacio tanto a nivel de circuito como a nivel general y, por lo tanto, las infraestructuras para soportar esta tecnología tienen dimensiones generales más pequeñas.

Las conexiones en serie se dividen en dos grupos, transmisiones sincrónicas y transmisiones asincrónicas. Las transmisiones asincrónicas se caracterizan por una línea mantenida en el nivel lógico 1, hasta que se transmiten los datos. Antes de cada conjunto de datos, la línea se lleva al nivel lógico 0 durante un período de tiempo correspondiente a un bit, esto le indica al receptor el inicio de una transferencia de datos y permite la sincronización entre la fuente y el destinatario. La duración del bit se conoce (tanto para el transmisor como para el receptor) a medida que se define la velocidad de transmisión. Al final del mensaje, la línea se lleva al nivel lógico 1 durante un período de tiempo igual a un cierto número de bits.

Transmisiones síncronas, la sincronización está dada por una señal de reloj inherente al paquete de datos, que es captada por un circuito especial llamado circuito de bloqueo de fase. Esta técnica es la más eficiente y más adecuada para altas velocidades.

Para la transmisión de datos y Sisto hay varias codificaciones, todos creados para simplificar los circuitos de codificación y decodificación, y el más famoso , o más bien los que son más extendida son:

– la codificación bipolar o NRZ-L: del nivel cero lógico es el nivel de alto voltaje y viceversa                           

– Codificación NRZI: el nivel lógico 1 corresponde a una transición de voltaje, mientras que cero corresponde a ninguna transición                                                                                                                                                                                     

– Manchester codifica: la transición de voltaje dentro del intervalo de tiempo del bit: 1 flanco ascendente, 0 flanco descendente                                                                                                                                                                       

– Codificación diferencial Manchester: la transición tiene lugar en el centro del intervalo de tiempo de bit. El 0 corresponde a esta transición, mientras que el que está ausente de esta transición                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Características clave y problemas de las redes _[2]

Lo que caracteriza a una red son los siguientes atributos

TOPOLOGÍA La topología se refiere a la forma en que se conectan las distintas estaciones o nodos de la red.             

REDES DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITO Y CONMUTACIÓN DE PAQUETES la conexión entre dos o más nodos se puede hacer de dos maneras , generalmente:             

– redes de conmutación de circuitos, en las que se establece un canal de comunicación física a través de la red, entre el emisor y el receptor

– redes de paquetes conmutados, en los que los mensajes se dividen en paquetes y se transmiten a través de la red al destinatario

CONTROL DE ACCESO AL CANAL TRANSMISOR En las redes de conmutación de circuitos es necesario proporcionar mecanismos que permitan a cada usuario solicitar una conexión con el socio deseado. Mientras que para las redes de conmutación de paquetes en las que todos los usuarios están conectados a un solo canal de transmisión, el problema surge de vez en cuando cuál de los usuarios tiene derecho a usar el canal y resolver cualquier conflicto.             

ENRUTAMIENTO DE MENSAJES En las redes de conmutación de paquetes existe el problema de establecer la ruta de los paquetes dentro de la red.             

INTERCONEXIÓN ENTRE REDES DIFERENTES Para resolver este problema, necesitamos confiar en dispositivos adicionales que tengan un nombre diferente dependiendo del número de niveles ISO / OSI que implementen.             

CONCLUSIONES

Hasta este momento, solo hemos hecho una descripción general de los diversos métodos para crear una red informática. Una descripción general necesaria para poder presentar los próximos artículos que analizarán con más detalle el modelo ISO / OSI e Internet, que todos conocemos. Esto era necesario porque hay muchos métodos o protocolos de comunicación patentados y no patentados en la industria, por lo que debemos entender cómo interconectar las diversas redes y recopilar o intercambiar los datos que necesitamos . Dado que Industry 4.0 es una innovación que brinda la posibilidad de compartir y procesar datos, es necesario comprender cómo nacen estas arquitecturas de red para conectarlas entre sí. Esto ayuda a que el modelo ISO / OSI, que vamos a empezar a ver y reyes en futuros artículos.

BIBLIOGRAFÍA – SITOGRAFÍA

• [1] Manual del ingeniero – Nueva edición 84 de Colombo – Tercer volumen – Sección N – Página 181
• [ 2 ] Manual del ingeniero – Nueva edición 84 de Colombo – Tercer volumen – Sección N – Página 18 6

REVISIONES

• 13 ABRIL 2020 Publicación

INTRODUCCIÓN

En el artículo anterior llegamos a definir que las vibraciones generadas por un dispositivo o una máquina son una fuente de información sobre el estado actual y que es posible identificar fallas a través de ellas. En este artículo analizaremos las vibraciones de qué y por qué se generan e intentaremos obtener un diagnóstico a través de su análisis.

VIBRACIONES DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA _[1]

Las principales áreas de vibración en máquinas eléctricas rotativas son:

• Respuesta del núcleo del estator a la fuerza atractiva desarrollada entre el estator y el rotor.
• Respuesta de los cabezales de los devanados del estator a las fuerzas electromagnéticas en los conductores.
• Comportamiento dinámico del rotor
• Respuesta de los cojinetes del eje a la vibración transmitida por el rotor.

Fuerzas electromagnéticas

La mayoría de las máquinas eléctricas basan su funcionamiento en dos principios:

• La fuerza ejercida sobre un conductor atravesado por una corriente eléctrica e inmerso en un campo magnético (Fuerza de Lorentz)
• La fuerza producida por las estructuras ferromagnéticas atravesadas por un flujo magnético (Fuerza de Maxwell)

La fuerza que tiende a cerrar la brecha entre dos bloques de material ferromagnético se define como la fuerza radial del tensor de Maxwell. El tensor de Maxwell representa las fuerzas electromagnéticas que concurren en una máquina rotativa y son perpendiculares al estator y al rotor y simétricas, por lo tanto con cero resultante. La simetría perfecta puede ocurrir si y solo si el rotor y el estator son perfectamente concéntricos, por lo que son ideales. El tensor de Maxwell se puede representar en términos de inducción magnética ( B ) de la siguiente manera:

En las siguientes líneas está la demostración de que la frecuencia de vibración principal de un motor eléctrico es el doble de la frecuencia de potencia, por lo que las siguientes páginas son la demostración matemática de esta afirmación

El flujo magnético Φ viene dado por la fuerza magnetomotriz M dividida por la resistencia del circuito magnético (fòrmula a)

Dado que la reticencia del entrehierro es mucho mayor que la del núcleo de hierro, como primera aproximación tendemos a descuidar esta reticencia del núcleo al calcular la fuerza magnetomotriz necesaria para producir un flujo dado de magnates Φ .

La resistencia al espacio de aire es (fòrmula b)

donde

el flujo Φ está dada por la densidad de flujo d ell’induzione magnético B que cruzó en una superficie perpendicular S (fòrmula c)

reuniendo las fórmulas anteriores [a, b y c] se obtiene

El componente armónico principal de la fuerza magnetomotriz M, tiene una distribución espacial sinusoidal al entrehierro, con un período que depende del número de pares de polos pp y la amplitud variable sinusoidalmente en el tiempo como una función de la frecuencia de potencia f

donde

Como consecuencia, el campo B tendrá el mismo comportamiento y su primer armónico.

Fórmula de inducción magnética

El componente radial del tensor de Maxwell es proporcional al cuadrado de B, por lo que eleva la expresión de B al cuadrado

recordamos eso

Cabe señalar que el componente radial debido al tensor de Maxwell tiene un componente sinusoidal con el tiempo con una frecuencia dos veces mayor que la frecuencia de potencia.

Para que la frecuencia principal de la caja de la vibración del estator es el doble de la frecuencia de alimentación, incluso cuando el rotor y el estator son perfectamente c o ncentrici.

En condiciones de perfecta simetría entre el rotor y el estator, si integramos el esfuerzo de Maxwell a lo largo de todo el espacio de aire, obtenemos que tanto los componentes horizontales como los verticales son nulos. Entonces tenemos que ir y verificar en caso de excentricidad

Excentricidad estática

Esta es la situación en la que el eje del rotor no está en eje con el eje del estator

Como el rotor es simétrico a su eje, no tenemos desequilibrio mecánico. En este caso, la longitud del espacio de aire puede expresarse

en la expresión de inducción magnética tenemos que la longitud del entrehierro es un denominador, por lo que debemos calcular la inversa

prueba que

reemplazando

obtienes

a partir de esto podemos calcular la inducción magnética debido a la excentricidad estática

reemplazando

Sabiendo que lo entiendes

obtienes

La inducción al entrehierro, en presencia de excentricidad estática, se debe a la interacción de tres armónicos con diferentes números de pares de polos.

En las siguientes dos fórmulas para una mayor legibilidad hemos recogido β

Al integrar el esfuerzo de Maxwell a lo largo del entrehierro, se obtiene una resultante diferente de cero en la dirección del entrehierro mínimo. Entonces, con la excentricidad estática hay un aumento de la doble vibración en comparación con la frecuencia de potencia.

Excentricidad dinámica

La excentricidad dinámica es el caso en el que el rotor gira alrededor del eje del estator y no a su propio eje. No es coincidente, también tiene un desequilibrio mecánico, que se puede expresar como una fuerza centrífuga que gira a la velocidad del rotor. El entrehierro gira a la velocidad Ω , por lo que su longitud se puede expresar de la siguiente manera

El excéntrico dinámico produce una fuerza electromagnética giratoria a las velocidades del rotor Ω , que se agrega a eso debido al desequilibrio mecánico.

Siguiendo el mismo razonamiento excentricidad estática puede ser calculado por la expresión de inducción magnética B y el tensor de Maxwell, que es proporcional al cuadrado de B . Se encuentra que la excentricidad dinámica también produce vibraciones a frecuencias

tener f_s es la frecuencia del estator y f_r es la frecuencia del rotor. Dónde en los motores asíncronos tendremos

mientras que en motores síncronos tendremos

M étodos para diagnosticar la excentricidad

Motores asincrónicos

Vemos en los párrafos anteriores que las amplitudes de los armónicos de vibración 2f_s , f_r , 2f_s ± f_r

• aumenta rápidamente con excentricidad (estática y dinámica) especialmente cuando está vacío
• la excentricidad estática tiene solo una pequeña influencia en el componente de frecuencia f_r

Las amplitudes de los armónicos actuales a la frecuencia f_s± f_r

• su amplitud depende en gran medida del grado de excentricidad tanto estática como dinámica
• El efecto de la excentricidad dinámica aumenta el paso de la carga nominal a la operación vacía.

Para diagnosticar la excentricidad del rotor en motores de jaula asíncronas, se han considerado otros armónicos de corriente, que también dependen del número de barras del rotor.

Generadores síncronos

Los armónicos actuales están en frecuencia 5f _s, 7f_s, 11f_s, 13f_s, 17f_s, 19f_s, , su amplitud aumenta con la excentricidad dinámica para ambos tipos de rotor (polos lisos, polos salientes).

Motores brushless

La amplitud de los componentes de la fuerza radial y, en consecuencia, los armónicos de vibración aumentan con la excentricidad dinámica. Aumenta más en motores de imán interno que en motores de imán de superficie. Porque la posición diferente de los imanes crea una distribución diferente del flujo magnético en el hierro.

conclusiones

La excentricidad provoca una fuerza electromagnética desequilibrada en el rotor, llamada tracción magnética no equilibrada (UMP), que intenta mover el rotor aún más. Esto puede causar un aumento en el desgaste de los rodamientos. Además, las fuerzas debidas a la excentricidad someten los devanados del estator a vibraciones potencialmente dañinas. Una UMP alta puede hacer que el rotor roce el estator.

Aquí concluyo, nos centramos principalmente en el análisis de vibraciones, ya que el análisis de vibraciones es la técnica más extendida en este momento y nos permite diagnosticar una posible excentricidad del rotor. No continúo con el diagnóstico, ya que los siguientes puntos de análisis no son el tema del desarrollo actual de estas páginas. En los próximos artículos discutiremos otros temas de la industria 4.0, como la comunicación, la gestión de la gran cantidad de datos generados por los diversos sensores presentes en una planta.

Cabe señalar que todas las pruebas son ecuaciones lineales, pero como ya sabemos desde la década de 1960, la naturaleza ciertamente no es una ecuación lineal. Un famoso ingeniero dijo: Dios no podría ser más grosero al usar ecuaciones no lineales para la naturaleza _[2]. Esto es para anticipar que todos los resultados empíricos que encontraremos siempre diferirán de la teoría.

BIBLIOGRAFÍA – SITOGRAFÍA

• [ 1 ] Análisis de vibraciones 2 por Lucia Frosini, profesora de la Universidad de Pavía.
• [2] “¿Dios juega a los dados? Las nuevas matemáticas del caos” por Ian Stewart, p. 89

REVISIONES

• 25 de diciembre de 2019 Publicación

INTRODUCCIÓN

Con el artículo sobre la Industria 4.0, se ha dicho que el análisis de datos puede evitar el tiempo de inactividad repentino de la máquina y, por lo tanto, proporcionar reparaciones o reemplazos a veces más adecuados para la producción.

Gran parte de la teoría de la industria 4.0 se basa en un análisis de datos, provenientes de varios sensores distribuidos en la planta o en la máquina, de este análisis proviene una predicción sobre posibles fallas o tiempos de inactividad. Sin un estudio o sin tener los fundamentos de diagnóstico y mantenimiento, incluso el mejor programador / software no podrá predecir el deterioro de un componente dado. En este artículo, intentaré presentar el concepto de diagnóstico y mantenimiento, tratando de mantener una línea general para poder cubrir la mayor cantidad de casos.

DIAGNÓSTICO

[1] Diagnóstico: es un procedimiento de traducción, de la información derivada de la medición de los parámetros y de la recopilación de datos relacionados con la máquina, en información sobre las fallas reales o incipientes de la máquina misma. El diagnóstico es una protección contra fallas, es decir, se activa cuando se produce la falla, por lo que en óptica 4.0 es necesario transformar la protección en prevención, pero para realizar este paso es necesario comprender los principios de diagnóstico y mantenimiento.

[1] Aquí comenzamos a hablar sobre el mantenimiento preventivo, que tiene algunas deficiencias:

– por razones económicas obvias, las intervenciones de mantenimiento no pueden ser frecuentes

– Durante las fases de revisión, tratamos de llevar a cabo todas las reparaciones y reemplazos posibles, incluso aquellos que no son necesariamente necesarios. Incremento de costos y tiempos durante estas fases de mantenimiento.

Para resolver estos defectos económicos y al mismo tiempo mantener una máquina eficiente, debemos comenzar a hablar sobre el diagnóstico predictivo. Este término significa tener el estado real de cada componente para predecir o determinar con un alto grado de confiabilidad, cuándo el componente puede romperse, dando la posibilidad de planificar intervenciones específicas y, por lo tanto, reducir los costos de mantenimiento.

DIAGNÓSTICO DE MAQUINAS ROTATIVAS

[ 2 ] Comenzamos analizando los motores y sus causas de falla, esto se debe a que los motores están presentes en toda la automatización industrial y, por lo tanto, una de las principales causas del mal funcionamiento de la planta. Además, conociendo las principales causas de falla, será posible tener diagnósticos más precisos.

¿Dónde pueden ocurrir fallas en un motor?

Este argumento no es fácil de desarrollar, ya que no hay mucho en la literatura, y lo poco que se encuentra está fechado. Aquí presento un par de estudios, citados por la profesora Lucia Frosini de la Universidad de Pavía, en sus diapositivas, puede encontrar el enlace al final del artículo. Los estudios a los que se refiere son, uno de EPRI (Electric Power Research Institute), el estudio se realiza en una muestra de 5000 motores (en corriente continua y corriente alterna) utilizados en diferentes entornos y aplicaciones con potencias superiores a 150kW, mayor parte de ellos son motores asíncronos alimentados a un voltaje superior a 1000V. Esta investigación se llevó a cabo en 1985. El otro estudio es de 1995, y se llevó a cabo en el sector petrolero en Noruega y se refiere a motores ubicados en ambientes exteriores y con potencias superiores a 10kW y voltajes inferiores a 1000V. Los resultados de las dos encuestas son parcialmente diferentes, debido al tamaño de los motores y al entorno de uso. Las causas detrás de las fallas no son fáciles de agregar, pero se puede deducir que las causas principales son el uso inadecuado, los componentes defectuosos y el mantenimiento inadecuado. En los siguientes dos gráficos puede ver los componentes principales que están sujetos a fallas.

CONCLUSIÓN DE LA INVESTIGACIÓN EPRI

ENCUESTA NORUEGA ENCUESTA

Hago una aclaración, en la segunda investigación no se explica la voz (que denominé) cause esterne, en la encuesta “External device”, por lo que no podemos asumir nada al respecto. Pero lo que llama la atención es que en ambos estudios la mayoría de los casos de falla se deben a los cojinetes y los devanados del estator.

Hace poco mencioné las posibles causas de las fallas, el uso inadecuado, los componentes defectuosos y el mantenimiento inadecuado. Las dos primeras causas no se analizarán porque están fuera del alcance de este artículo, ya que pueden rastrearse hasta errores de diseño. Lo que analizaré es un mantenimiento inadecuado. El significado de esta causa tiene como significado principal un análisis incorrecto del problema, que implica una reparación incorrecta o una acción de mantenimiento. Incluso en la industria 4.0 puede haber estas deficiencias, porque el análisis siempre es realizado por el hombre y los posibles errores pueden estar allí, pero con datos históricos y análisis detallados estos errores pueden reducirse, y para lograr esto debemos mencionar la inteligencia artificial , que se presentará en los próximos artículos. El concepto básico, para comenzar a analizar cualquier falla, es que cuando un motor o componente está a punto de descomponerse, hay señales de advertencia que, si se recopilan y analizan, pueden evitar tiempos de inactividad inesperados. Entonces, la pregunta es ¿qué debemos analizar para ver si un componente se está rompiendo? En una máquina eléctrica hay varios aspectos a analizar, eléctricos, magnéticos, mecánicos, fluidos dinámicos y térmicos, y todos interactúan entre sí y, por lo tanto, se pueden distinguir varios indicadores de falla.

Indicadores electromagnéticos:

• actual
• voltajes
• descargas parciales
• flujos magnéticos

indicadores mecánicos:

• ruido
• velocidad angular
• fuerza
• pareja

Indicadores térmicos y químicos:

• temperatura
• análisis de petróleo y gas

entonces podemos medir la eficiencia o el análisis visual, pero entre todos los análisis posibles, el más utilizado es la medición de las vibraciones.

Las vibraciones son indicativas de las fuerzas generadas por el movimiento del rotor, en una máquina eléctrica giratoria, especialmente debido a su desequilibrio. El análisis de vibraciones tiene como objetivo identificar no solo problemas mecánicos, sino también problemas eléctricos, ya que una anomalía eléctrica produce una asimetría en la distribución del flujo magnético al entrehierro y determina una variación en el flujo disperso, lo que produce una distribución diferente de las fuerzas. electromagnético y afecta el progreso de las vibraciones. Por esta razón, la detección también puede ser útil en la carcasa del motor. Desde este primer enfoque, queda claro que las vibraciones de la máquina cambian en presencia de fallas. Desafortunadamente, no son fáciles de identificar porque están enmascarados por otras vibraciones fuera de la máquina. En cualquier caso, las técnicas de análisis de las señales de vibración se han desarrollado para resaltar selectivamente qué partes pueden estar sujetas a fallas o mal funcionamiento, y en función de las frecuencias es posible determinar cuál podría ser la falla. Al determinar si una frecuencia dada se debe a una falla, debemos comenzar a discernir las diversas frecuencias, especialmente las vibraciones naturales, que enmascaran aquellas vibraciones que resaltan un mal funcionamiento. Cada máquina produce sus propias vibraciones, debido a sus características mecánicas, por lo que es necesario eliminar todas estas frecuencias para poder determinar una vibración que identifique una falla.

CONCLUSIONES

Con esto concluye la primera parte de este largo capítulo, decidí dividirlo en varias partes con el fin de rendir fácil de leer. En las segunda partes, se profundizará el análisis de las vibraciones para determinar las fallas y luego se presentarán las causas principales de las fallas en las máquinas rotativas.

BIBLIOGRAFÍA – SITOGRAFIA

• [ 1] Introducción al diagnóstico de máquinas y accionamientos eléctricos por Lucia Frosini, profesora de la Universidad de Pavía.
• [ 2 ] Análisis de vibraciones 1 por Lucia Frosini, profesora de la Universidad de Pavía.

REVISIONES

• 11 de octubre de, 2019 Publicación
• 25 de diciembre de 2019 enlace de actualización siguiente artículo