ATLL implementa una estrategia de mantenimiento predictivo con Rockwell Automation

Aigües Ter Llobregat (ATLL) abastece de agua potable a los más de cien municipios de su red regional mediante los caudales procedentes de los ríos Ter y Llobregat , así como de agua de mar desalinizada. Estos caudales, una vez potabilizados en sus estaciones de tratamiento, son conducidos hasta los depósitos municipales. Se trata de una de las empresas referentes en la utilización de sistemas de automatización industrial para el sector de aguas, contando con aproximadamente:

• 230 PLC (Allen-Bradley PLC-5, SLC 500 y ControlLogix).
• 210 terminales de operador Allen-Bradley PanelView.
• Gestión de activos centralizada desde un único puesto de control.

Ahora, incorpora las últimas tecnologías en el mantenimiento predictivo y protección de sus equipos rotativos. Diferentes técnicas de mantenimiento predictivo, como son la vibración y la temperatura, permiten conocer el estado en el que se encuentran los componentes que intervienen en el sistema, y con ello, se pueden adaptar los mantenimientos, preventivos o por tiempo, o incluso la operativa de la máquina, al estado de la misma, viendo la evolución hacia el fallo y anticipándose a una gran avería.

Desafíos
ATLL tiene una larga experiencia en la utilización de sistemas de mantenimiento predictivo basados en lectura de vibraciones sobre sus máquinas, mediante utilización de colectores de datos portátiles. La ventaja, en este caso, es que con una inversión reducida en la adquisición de la instrumentación y el software se pueden llegar a medir un gran número de máquinas en una planta. El inconveniente, en cambio, es el coste que supone tener un amplio equipo humano formado en estas técnicas, y la falta de información en tiempo real del estado mecánico de aquellos equipos que se consideraban críticos para el proceso.

En la actualidad, existe, por un lado, una mayor demanda en el consumo de agua, producida por un aumento significativo en la concentración de población y, por el otro, mayores exigencias relativas a normativas europeas para la potabilización y mejora de sabor, así como una optimización en el consumo energético. Con estos antecedentes, ATLL moderniza sus instalaciones, disponiendo en la actualidad de la mayor planta desalinizadora mediante técnicas de electrodiálisis reversible (EDR) del mundo.

Dentro de esta reforma se encuentran una de las instalaciones más críticas de la planta: la captación de agua. Dicha captación, inicialmente formada por 4 bombas verticales, en la actualidad se ha ampliado a 8 bombas. Tras un análisis exhaustivo de las diferentes alternativas en el mercado relativas a la monitorización on line de vibraciones, temperatura y parámetros críticos, finalmente ATLL se decidió por la solución de Rockwell Automation basada en la familia XM. 

Solución
En instalaciones similares, con la utilización de variadores de frecuencia para regular la velocidad en los motores, se han conseguido ahorros en el consumo energético de hasta el 50% cuando se regulan  cargas centrífugas, como es el agua, trabajando con bombeos entre un 100% y un 80% de su capacidad. Esto significa que las máquinas utilizadas deben tener un control muy preciso de la velocidad para regular el caudal, y desde un punto de vista mecánico, ciertas precauciones a la hora de operarlas y mantenerlas.

Gracias a la entrada de tacómetro que disponen los dispositivos de control de vibraciones Allen-Bradley de la serie XM120, es posible correlacionar el nivel de vibración y velocidad de operación de forma directa. Esto permite controlar de forma permanente el valor de la vibración como múltiplo de la velocidad de giro (1x, 2x, 3x…). Estos datos, al igual que la lectura de fase, son claves tanto a la hora de arrancar y parar las bombas, como en condiciones normales de operación, ya que permiten localizar las frecuencias críticas y de resonancia del conjunto del sistema.

Sistema distribuido
El precio del cobre, los costes en los mantenimientos de los cableados y los desarrollos en las comunicaciones han favorecido la utilización de los buses de campo, y con ello, un nuevo concepto de arquitectura distribuida. El mantenimiento predictivo no puede ser ajeno a estos avances y, de esta forma, se han creado dispositivos para ser instalados cerca de la máquina y dotados con inteligencia propia. Dichos equipos son capaces de actuar de forma autónoma en el caso de producirse algún estado crítico de alarma de vibración u otras variables, cumpliendo estándares estrictos como API 670, pero sin olvidar que deben estar integrados en sistemas de control de planta.

En ATLL se han instalado 4 canales de vibraciones, uno de tacómetro y 6 canales de lectura de temperatura a sendos módulos XM, instalados en un pequeño armario a pie de cada una de las bombas. Cada uno de estos armarios está comunicado a través de un bus campo en tiempo real DeviceNet. Estos, a su vez, están conectados con otros dispositivos distribuidos como son: un controlador ControlLogix, un módulo convertidor XM500 y un par de terminales de operador PanelView 1250 que realizan el control y supervisión de la instalación. El controlador, además, hace de pasarela entre la DeviceNet de campo y la Ethernet de planta.

Limitaciones de los transmisores
Hoy en día se pueden encontrar en el mercado multitud de soluciones de instrumentación que son capaces de dar una salida en lazo de corriente 4-20 mA, proporcional a un determinado nivel de vibración. La primera limitación encontrada es que dichos transmisores están diseñados para trabajar en unos rangos de amplitud y frecuencia determinados. Esto limita el uso de un modelo concreto de transmisor en función de una amplitud aproximada por cada tipo de máquina. Además, los rangos de media de frecuencia, al ser siempre fijos, no pueden filtrar niveles de vibración procedentes de otras máquinas, o incluso no son capaces de detectar problemas mecánicos, como fallos en rodamientos, por incompatibilidad en los rangos o unidades de medida. Además, la utilización de estas sondas obligaba a cablear punto a punto cada canal, así como a disponer, en la parte de recepción (controlador), de tarjetas compatibles con señales analógicas, con el coste adicional consecuente.

ATLL finalmente ha elegido la solución XM, que le permite la instalación de sondas de vibración estándar (acelerómetros) sin ninguna limitación respecto a los rangos de frecuencia ni amplitud, y sin ningún tipo de distinción entre ellas, ya que las configuraciones por punto y máquina se realizan en la programación de los módulos XM, no en la selección de la sonda.

Capacidad de análisis
ATLL valora de forma muy positiva que los dispositivos en campo dispongan de información suficiente y necesaria para poder hacer un diagnóstico avanzado. Cada módulo XM 120 de vibración es capaz de medir, en tiempo real, más de 30 parámetros de vibración: espectro FFT, forma de onda, 4 bandas configurables en función de frecuencia y velocidad de giro, niveles de amplitud independientes en función al tipo de fallos (desequilibrios, desalineaciones, rodamientos…), estados del sensor, configuración de programación de estados, registro de transitorios, inhibición de alarmas en función de la velocidad de la máquina…

Esta información se procesa de forma local por cada módulo y se manda al controlador ControlLogix y a los diferentes sistemas y departamentos de la planta, de modo que puedan conocer en tiempo real los estados generales y parámetros de las bombas. El personal de mantenimiento dispondrá así de información más exhaustiva como el análisis de tendencia de espectros y formas de onda, y a su vez quedará registrada en la base de datos del programa Emonitor.

Conclusión
ATLL, con la implantación de un sistema predictivo de protección y monitorización on line de última generación, ha conseguido integrar en el sistema de control de planta toda la información procedente del estado de las bombas de la captación de aguas. Dicha información le será de gran utilidad tanto para la operativa general como para adaptar de forma más eficiente los planes de mantenimiento a las condiciones reales de las máquinas, pudiendo ampliarse al resto.