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Mantenimiento y Automatización

Por: Ing. Aldar Escamilla. Ingeniero Electrico con especialidad de Automatización.

Los sistemas automatizados pueden estar compuestos de múltiples componentes que permiten optimizar un proceso al punto de requerir un mínimo de Intervención operacional. Como por ejemplo un Crucero que viaja por el mar, un molino de Viento que genera electricidad o una línea de reciclado de papel.

Donde se utiliza un sistema de supervisión como un enorme lazo de control que verifica el clima y cambia la dirección del barco y además lo hace de tal forma que evita el oleaje del agua de la alberca para que los turistas no noten el cambio de dirección.

Definición de mantenimiento.

La intención de la implementación de un plan de mantenimiento es la conservación de la operación de un proceso en optima funcionalidad según su diseño.

Las diferentes actividades del mantenimiento incluyen la reparación, ajuste, modificación y prevención de obsolescencia.

Reparación de equipo que dejo de funcionar implica el acceso a las partes de refacción, que en ocasión  se tiene en el sitio donde la parte a reparar está instalada, conocido también como el sitio de funcionamiento. O se cuenta con los canales de distribución de las partes de refacción con tiempos de entrega razonables según la urgencia del proceso.

El tiempo de reparación está en función de las herramientas requeridas para realizar la tarea y las habilidades de la o las personas a cargo de esta. Mejor conocido como el MTTR que en Ingles significa Tiempo Calculado de Reparación (Mean Time to Repair), que consisten en sumar el tiempo total gastado en reparaciones durante un periodo determinado y dividido por la cantidad de reparaciones. Y aunque muy genérico, si se clasifican las reparaciones específicas de sistemas o equipo similar se llega a la estimación del tiempo de reparación para partes, lo cual sirve para responder a la pregunta “Cuanto tiempo se lleva en reparar esto?”. Ya que no es lo mismo cambiar el fusible de una tarjeta analógica a cambiar la CPU de una computadora.

Para lograr responder la pregunta, se requiere que el sistema de mantenimiento tenga la capacidad de almacenar los datos históricos de tiempo además de que las partes que se han cambiado o reparado sean clasificadas en sus similitudes y lugar de instalación. Esto puede implementarse en una base de datos de Microsoft Excel o con un software estadístico con capacidad de comunicación vía texto a teléfonos celulares como Limble CMMS o MPulse entre otros, cabe mencionar que la eficiencia del método utilizado no corresponde al software utilizado sino a la utilización adecuada de este por las personas de mantenimiento.

Los ajustes de los que equipos se tienen que realizar cuando el fabricante de equipo original (OEM) hace cambios en el diseño de sus equipos y una parte de refacción viene con una mejora que puede ser identificada como la solución o mejora al diseño original o adaptación a los nuevos sistemas de operación, como pueden ser el cambio de una computadora que usaba el sistema operativo Windows XP y ahora es Windows 10. Los ajustes en las partes implican la actualización de los procedimientos de reparación y reemplazo que si se hacen con tiempo, se reduce el tiempo de espera del operador, en otras palabras, la inspección de una parte en su momento de arribo es importante si se quiere mantener un tiempo de no producción bajo. Esto trae consigo, la modificación de la operación, y el entendimiento de como ahora, el proceso se ha visto afectado con la nueva parte recién cambiada.

Tipos de Mantenimiento.

El mantenimiento se clasifica en 5 tipos, correctivo, preventivo, tipos por riesgo, por condición y predeterminado.

Mantenimiento Correctivo. Como su nombre lo indica, es el cambiar la o las partes que se han dañado.

Esto trae una pregunta importante en el área de la Automatización: ¿Son las partes del controlador remplazables sin la necesidad de desconectar la energía eléctrica?, la respuesta de cada fabricante de equipo eléctrico varia, algunos equipos son intercambiables sin la necesidad de desconectarlos, otros no, lo cierto es que, si el controlador Lógico programable (PLC) o Sistema de control Distribuido (DSC) tiene esta característica, lo recomendable es poner el PLC en “Stop” cuando se cambian las partes a menos que se conozca la reacción de las señales de salida que el controlador activara al momento de tener una tarjeta en buenas condiciones. En otras palabras, cuáles son las salidas Digitales y Analógicas que se verán activadas al momento que el controlador tenga las tarjetas reemplazadas (sin importar si son tarjetas de entrada o salida). Cuando el controlador PLC o DSC se pone en “Stop”, tenemos la oportunidad de prevenir al operador de que el proceso o la máquina reaccionara cuando el controlador cambia su estado de “Stop” a “Run”, y evitar que alguna parte del proceso, o mecanismo se empiece a mover inesperadamente. Esta decisión se toma en función de cómo el PLC o DCS reacciona al cambio de tarjeta y al cambio de estado de Stop a Run, si te tiene baterías de Litio o si el equipo utiliza memoria XD con valores retentivos.

Mantenimiento Preventivo. El PLC o DCS debe de tener como parte de su programa, la indicación del tiempo de operación de cada uno de los equipos que está controlando, como es por ejemplo, el tiempo de operación de cada motor e indicar en el sistema de visualización cuando un motor requiere ser checado para mantenimiento de rutina como es la lubricación de los baleros, etc. O el ajuste de las válvulas solenoides y proporcionales.

Otra parte importante en el programa del PLC es la indicación en el sistema de visualización el ciclo de vida de la fuente de poder, de la memoria externa, de la batería de Litio, etc. Normalmente estos programas no son considerados en la puesta en marcha del proceso a controlar, pero es de gran beneficio el instalarlos.

Mantenimiento de Tipos por riesgo. Consiste en la modificación del equipo y el cómo afecta el proceso a controlar cuando el fabricante del equipo hace cambios en el diseño original para corregir inconsistencias en el rendimiento del equipo, como por ejemplo, la CPU del PLC ahora es de un espacio en el rack mientras la CPU original utiliza dos espacios, o la nueva CPU viene con procesador de 64 bit mientras que la original es de 32 bit. Así como la actualización del software que funciona como interface para que el PLC o DCS pueda comunicarse con el nuevo Convertidor de Frecuencia y como instalar ese programa (driver) Como afecta esto la ejecución del programa? El ciclo de ejecución del programa puede ser menor o significativamente menor, esto requerirá el checar los tiempos de respuesta en las señales de salida, los cálculos de las ganancias, los temporizadores utilizados para las señales de retroalimentación. Ya que las operaciones matemáticas serán calculadas más rápidamente, la actualización de la imagen de señales se reduce así como los tiempos en la comunicación.

Mantenimiento por condición y predeterminado. Los fabricantes de equipo garantizan el tiempo de rendimiento del equipo que fabrican, y después de que el tiempo expira, el cambio del equipo es sugerido. La realidad es que el usuario final no sigue esta sugerencia y permite que los PLC, DCS, Drives, Rectificadores y otros equipos corran hasta que fallan. Lo importante entonces es utilizar un mantenimiento preventivo adecuado para tener alarmas indicativas para cuando los tiempos de vida se cumplen, ya que los nuevos equipos son capases de diagnosticarse a sí mismos.

El mantenimiento de equipos Automáticos. La puesta en marcha de un proceso puede llevarse una semana o seis meses, la complexidad del proceso traerá consigo la complejidad del equipo para lograr los resultados operacionales esperados, lo cual deja detrás, una red de comunicación compleja, equipos de diferentes marcas y documentación en otros idiomas con manuales sobre las características de instalación pero rara la vez, sobre cómo mantener todo y/o reaccionar en caso de falla. Muchos integradores de sistemas ofrecen 20% de entradas y salidas como extra para modificaciones a futuro, pero explica como implementar una señal a futuro? Lo mas probable es que no.

Un buen legado de dibujos actualizados sería el buen comienzo de un departamento de mantenimiento eficiente. La verificación de las etiquetas en los cables de señales es el siguiente paso, tipos de fusibles en las terminales de conexión. La existencia de tarjetas dedicadas en los PLC para controlar un servo motor que requiere un software y cable especial para hacer cambios de sintonización y ajuste.

La automatización del Mantenimiento. La mejor manera de crear un plan de mantenimiento cuando el proceso está altamente automatizado es el conocer como el proceso funciona. Las secuencias del proceso y los permisivos que cada paso en la secuencia es requerido para pasar al siguiente paso. Si el proceso incluye robots, bandas transportadoras, lazos de control, sistemas numéricos de control, sistemas de visualización de proceso, convertidores de frecuencia, rectificadores, transmisores de señales, actuadores, etc.

Esto son los sugeridos puntos a cubrir para tener un mantenimiento eficiente y exitoso:

Hardware:

Reconocimiento y listado del equipo instalado, marcas de PLC, DCS, Convertidores de Frecuencia, Sistemas de Control y Distribución, robots, motores utilizados, válvulas proporcionales y solenoides, sensores y transmisores, todo tipo de fusibles, paneles de interacción operacional, sistemas de señalización y alarma, etc.

Software:

Cuáles son los diferentes paquetes de software utilizados durante la puesta en marcha de los equipos. y el tipo de sistema operativo donde esos paquetes de software corren. Obtener una copia del programa creado en cada tarjeta CPU, y computadora o sistema de visualización de los ingenieros que trabajan en la puesta en marcha. Software necesario para monitorear las redes de comunicación como puede ser software para redes tipo Ethernet. Software necesario para llevar un historial del comportamiento de las señales de proceso, ya que aun cuando esto significa una inversión extra para el usuario final, es una inversión que reditúa buenos resultados en el análisis del comportamiento del proceso y da una excelente referencia en los lazos de control, datos de motores y actuadores en general, así como la pronta respuesta al momento de cambiar el equipo programado. La automatización del Mantenimiento es el utilizar el mismo equipo que controla el proceso como sistema de diagnóstico de las partes del proceso y además de sí mismo, programas que detecten cuando la fuente de energía empieza a tener dificultad al convertir los 120VAC a 24VDC, un programa que alarme en el panel de visualización que la señal analógica ha perdido un transmisor de 4-20 mA cuando la corriente cae a un valor menor de 4mA, una red de comunicación que detecte que el conector X7 del switch ethernet perdió la conectividad. Un sistema de visualización que al comunicarse con la CPU, extraiga los últimos problemas que la CPU ha tenido y/o los variadores de frecuencia también. La implementación de esos y otros métodos de diagnóstico conectados al software estadístico de mantenimiento para actualizar las rutinas de mantenimiento tanto preventivo como correctivo mencionado anteriormente.

Una vez reconocidos los equipos utilizados el siguiente paso es responder a la pregunta “que es requerido si se necesita cambiar este equipo?”, para crear procedimientos específicos que listen los pasos a seguir para cambiar una parte, ya sea una tarjeta del PLC, un variador de frecuencia o sistema de visualización, o un sensor de presencia programable. Los pasos deben de incluir la localización de la parte de refacción, el software necesario, la copia del programa que está instalado en la parte a cambiar, el cable de comunicación requerido para instalar el programa, la seguridad necesaria para ejecutar el cambio como son los pasos para des energizar el equipo, la disipación de la energía acumulada antes de colocar los candados personales y la verificación de la no-respuesta de la parte del proceso afectada. El equipo de seguridad necesario que la persona que realiza el cambio. Es recomendable tener una base de datos de las copias actualizadas de los programas que corren en los PLC, en los Sistemas de control distribuido, en los variadores de frecuencia, en los sistemas de visualización, en los encoders y todo equipo que contenga un programa para funcionar. Es recomendable tener un lugar externo a la computadora que se utiliza para instalar los programas en esos equipos ya que las computadoras también pueden fallar.

La ejercitación de dichos procedimientos permitirá la familiaridad de las personas asignadas para realizar estas tareas, el tener un equipo de practica y la creación de un plan de entrenamiento anual permitirá la familiaridad de las personas asignadas con los diferentes equipos.

Mantenimiento de los lazos de control. El mantenimiento de los lazos de control es requerido con cierta frecuencia como puede ser cada año, la sintonización del lazo puede ser necesaria por el desgaste de las partes mecánicas de las válvulas, así como de servo motores y/o motores a pasos. Si una parte es cambiada por daño o desgaste parcial o total, un re-sintonizacion o ajuste fino del lazo es necesaria. Esto se nota cuando los tiempos de respuesta del lazo de control se extiende u oscila más de lo normal, para esto es necesario llevar un historial de tiempos del lazo de control que se debe verificar cada 2 meses o antes si es posible. El tener un conocimiento adecuado sobre sintonización de lasos es recomendable antes de manipular las ganancias, ya que el laso pude controlar una sección del proceso o la planta completa poder ser como un enorme lazo de control donde el proceso recibe de un sistema superior, los valores a utilizar como puntos de ajuste (set points) y tal vez recolecta en múltiples pasos del proceso los datos de producción utilizados (valores actuales) para anexar al producto final como un historial de producción y control. Existen paquetes de software que son compatibles con PLCs, Drives, DCS y que obtiene las señales que el controlador utiliza para variar la velocidad, posición, temperatura, etc. Y que se graban en una computadora para futuro análisis.

Mantenimiento de los equipos de automatización. El mantenimiento de los equipos de automatización difiere del mantenimiento regular de un proceso, ya que no es recomendable utilizar equipos de análisis de vibración ultrasónicos o infrarrojos, ya que estos pueden afectar los microprocesadores, no requieren ciclos de lubricación, ni tampoco aplicar altos voltajes para medir la impedancia. La acumulación de polvo causa problema de disipación de calor, el polvo metálico creado en las metalúrgicas cause corto circuitos en los sistemas integrados, el polvo acido de los procesos químicos y del reciclado de papel causan la oxidación del cobre en los variadores de frecuencia y tarjetas impresas. El polvo orgánico como harinas y maíz, causan todos los problemas mencionados anteriormente debido a sus niveles altos de humedad y almidones. Y debido a esto, es recomendable instalar los equipos en lugares con presión positiva y utilizar sopladores de baja presión para evitar su acumulación en el interior de las tarjetas.

Para los equipos utilizados cerca del proceso como son los equipos remotos de adquisición de señales, es recomendable seleccionarlos con protección adecuada como NEMA 4 o IP65. La vibración ocupa otro factor de fallo en los equipos, la vibración debe ser reducida o eliminada, y si no es posible, la reubicación del equipo utilizando carretes retractiles, ductos flexibles o comunicación inalámbrica para la adquisición de señales y control de variables. Debido a que los sistemas de automatización en su mayoría usan un programa para funcionar, es necesario tener copia de esos programas listos para ser instalados en una parte de refacción, claramente identificados y fechados. La ubicación de los cables de programación poder seguir las técnicas Kaizen donde se identifica el lugar y posición de cada cable, si la cantidad de estos es significativa. Dependiendo de las marcas de los equipos instalados es buena práctica tomar cursos de capacitación sobre el mantenimiento y programación de dichos equipos y reconocer si proveen soporte técnico vía telefónica y servicio a domicilio.

El equipo de Automatización instalado puede alcanzar un nivel de obsolescencia, y con esto, el adquirir una parte de refacción puede tomar mucho tiempo a un costo muy elevado, es recomendable la consideración de la modernización de un sector del proceso.

Otro aspecto importante en el mantenimiento de los equipos de automatización, son las copias de los programas instalados, es recomendable tener 2 lugares diferentes donde se guardan las copias de los programas, ya que las computadoras pueden fallar, los servidores pueden desconectarse, los discos duros se pueden dañar. El aseguramiento y resguardo de esas copias puede ser determinante al momento de ser requeridos, las claves de acceso, y los medios de almacenamiento deben de estar bien identificados.


Autor:  Ing. Aldar Escamilla. Ingeniero electrico con especialidad en Automatizacion. Con certificación GreenBelt y Certificacion como Profesional en Automatizacion. Experiencia: 3 años como agente de ventas del equipo Allen Bradley, selección de PLC’s para varias aplicaciones; 4 años como agente de ventas del equipo Siemens. Enfocado en Plataformas de extracción de Petroleo; 3 años como Ingeniero de Projectos Siemens (Plataformas, Refinerias, Molinos de Acero, Molinos de Papel); 12 años como Ingeniero de Automatizacion y Mantenimiento en la Acerera AK Steel, creando procedimientos para el recobramiento rápido de la producción y reducción de tiempos muertos en la producción; 10 años como Ingeniero de Servicio para compañia Siemens, visitando clientes de diferentes giros industriales y resolviendo sus problemas de automatización relacionadas con el equipo Siemens. PLC, Drives, Comunicación y sistemas de visualización HMI.

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