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Caracterización de bombas de cavidad progresiva


PCM buscaba una nueva técnica de extracción de petróleo mediante la creación de un banco de pruebas que reprodujera el entorno en el que se colocará el equipo y, al mismo tiempo, limitara el impacto del ruido circundante de una planta de producción. Este proyecto forma parte de un proyecto de I+D para su cliente final, que es una empresa petrolera.



Phalanx ha desarrollado una interfaz hombre-máquina (IHM), así como un sistema de control remoto para la gestión de entradas / salidas de hardware (software integrado en un controlador programable CompactRIO). Utilizando el hardware CompactRIO para aprovechar al máximo el rendimiento de este último para automatizar y controlar el banco. El sistema de instrumentación y control fue desarrollado bajo Real-Time con el fin de asegurar el determinismo de las acciones y poder continuar operando en caso de un apagado involuntario de la aplicación para PC. Este equipo nos permitió utilizar el rendimiento de la FPGA para adquirir 10 veces más rápido con el fin de promediar varios puntos permitiendo la reducción de ruido..


Imagen 1 - HMI de la página de prueba Manual en funcionamiento en el banco de pruebas

PCM es líder en la gestión de soluciones de bombeo industrial. Esta empresa está presente en seis sectores industriales: medio ambiente, nuevas energías, industria papelera, minería y minerales, química e ingeniería mecánica. PCM es un fabricante líder de bombas de cavidad progresiva (PCP), una tecnología para satisfacer las necesidades de la industria del petróleo y el gas. PCM también es líder en la fabricación de bombas y sistemas de bombeo para la industria alimentaria. Esta empresa continúa innovando y su actividad principal se mantiene sin cambios.



Un banco de pruebas al servicio de la innovación petrolera

La demanda mundial de energía sigue creciendo. Para 2030, el 75% de la energía mundial estará satisfecha con los combustibles fósiles. La innovación es, por tanto, un foco importante para todas las empresas que trabajan en este entorno con el fin de anticipar los cambios en las necesidades energéticas y responder a los retos medioambientales. Con esta innovación en mente, una empresa petrolera ha optado por recurrir a PCM para que desarrolle una técnica de extracción respetuosa con el medio ambiente que optimice la exploración y producción de petróleo. Este proyecto combina desempeño y responsabilidad.


Desarrollo de software dedicado

El desarrollo del banco de pruebas (ver imagen 1) fue acompañado por el diseño de un software que permitió un control óptimo de los distintos parámetros del banco. Este software fue diseñado e implementado en LabVIEW, permite controlar las electro válvulas, bomba, motor, configurar los PID para optimizar las regulaciones de presión, visualizar los datos provenientes de los sensores (termopares, torquemetro, caudalímetro, presión… ). Se pueden iniciar pruebas manuales y automáticas desde esta interfaz hombre-máquina (IHM) (ver imágenes 2 y 3). Además, el software se ha desarrollado para poder seleccionar el idioma de este último, francés o inglés, con el fin de tener en cuenta el carácter multicultural de las empresas que trabajan en este proyecto.


Imagen 2 - Página de configuración de los sensores

Supervisión y regulación de pruebas en tiempo real

El software permite supervisar el banco de pruebas, cargar parámetros, lanzar pruebas manuales y pruebas automáticas (ciclo programado por el usuario y seguimiento de este ciclo a través de la regulación PID en tiempo real) y guardar los datos en formato TDMS. .

Durante las pruebas, el usuario visualiza los distintos puntos adquiridos en un gráfico, ya sea en modo manual o en modo automático, analizando así el comportamiento del banco de forma simultánea. Todos los puntos se muestran en los gráficos gracias al uso de flujos de red que facilitan el desempaquetado de datos en la PC por paquetes y la detección de una desconexión con el CompactRIO (se muestra un pop-up que indica al usuario la pérdida de conexión con CompactRIO) . En caso de pérdida de conexión con el PC, el banco se pone en seguridad y detiene la prueba en curso.

En este banco, las pruebas automáticas deben ser lanzadas desde el software, sin embargo todas las acciones se realizan en el CompactRIO en la parte de Tiempo Real para asegurar el determinismo de ciertas acciones (limitando el jitter). Es por eso que la regulación de la presión en dos puntos del banco se desarrolló en la parte de Tiempo Real.


Una solución de hardware adaptada a las necesidades presentes y futuras

La adquisición de datos podría haberse realizado en CompactDAQ. Sin embargo, los requisitos de robustez, la necesidad de comandos de control a través de PID y la gestión de seguridad llevaron muy rápidamente al uso de un CompactRIO 9066.

Gracias al uso de este robusto hardware, fue posible el desarrollo en FPGA con el fin de aumentar la velocidad de adquisición. Este aumento permitió reducir el ruido ambiental (limitando el análisis del comportamiento del banco y dando lugar a operaciones de datos no deseadas).

Las pruebas automáticas permiten seguir un ciclo de presión definido por el usuario, esta presión es regulada gracias a una válvula solenoide pilotada por el controlador mediante el uso de los bloques PIDs presentes de forma nativa en LabVIEW. Este seguimiento y control en tiempo real permite asegurar el determinismo de las acciones.

La gestión de la seguridad tuvo que tenerse en cuenta durante el desarrollo para poner el banco en su estado inicial al activar los dispositivos de seguridad devueltos por el variador Siemens.

Además, se eligió CompactRIO por su modularidad. De hecho, al encontrarse este proyecto en la fase de I + D, existían posibilidades de que se añadieran elementos al banco o se modificaran. Por lo tanto, existía la necesidad de hardware que le permitiera cambiar o agregar tarjetas de adquisición o generación. Además, LabVIEW le permite generar código modular que facilita agregar o modificar funcionalidades. El par LabVIEW / CompactRIO cumplió perfectamente con la necesidad de modularidad y escalabilidad esperada en este proyecto de I+D.


Conclusión y perspectivas

Nos tomó dos meses desarrollar la aplicación con todas las características que el cliente deseaba.

El desarrollo de esta aplicación permitió validar el funcionamiento mecánico del banco así como la teoría subyacente. En un futuro próximo, el banco se utilizará para calificar bombas y turbinas en su uso conjunto.

Durante este proyecto, tuvimos que intercambiar tarjetas de adquisición con poca antelación y National Instruments siempre ha podido responder y ser receptivo a ellas.