A ponte entre a proteção das máquinas e a monitorização da condição

Neste artigo descreve-se como os modernos sistemas permanentes de monitorização de vibrações protetivos fazem a ponte entre a proteção das máquinas e a monitorização da condição.

Este artigo pertence a uma série, que constitui o material de suporte do curso de análise de vibrações em turbomáquinas. As ligações para os outros artigos podem ser encontradas aqui.

Proteção das máquinas e a monitorização da condição – objetivos diferentes, instrumentação semelhante

Um sistema de proteção de máquinas (MPS) e um sistema de monitorização de condição (CMS) têm objetivos diferentes. De acordo com a norma do American Petroleum Institute para sistemas de proteção de máquinas, API Standard 670, 5ª edição (Anexo N Monitorização da Condição):
• O objetivo de um sistema de proteção de máquinas (SPM) é a prevenção de lesões, a prevenção de danos numa máquina e a proteção ambiental.
• O objetivo de um sistema de monitorização de condições (CMS) é ajudar a maximizar a disponibilidade de uma máquina. Fá-lo fornecendo uma visão do estado de funcionamento do equipamento que está a ser monitorizado, o que permite a substituição de componentes e/ou a reparação da máquina ser mais bem prevista, permitindo assim otimizar os planeamentos de manutenção e revisão.

Os sistemas MPS e CMS funcionam ambos, monitorizando continuamente os parâmetros da máquina, selecionados. Com base em anos de experiência industrial, a API 670 e outras normas internacionais, servem de orientação sobre os parâmetros essenciais para a proteção das máquinas e/ou os parâmetros recomendados para a monitorização da condição de funcionamento. Como tal, estas importantes referências, ajudam a monitorizar eficazmente o estado dos ativos críticos.

Os parâmetros necessários para serem monitorizados para aplicações de proteção de máquinas e de monitorização das condições não são os mesmos. Normalmente, um MPS usará alguns parâmetros simples, mas fiáveis, tais como níveis globais de vibração que são usados para configurar níveis de alarme e desencadear a lógica de paragem. No entanto, estes mesmos sinais de sensores transportam substancialmente mais informações de diagnóstico que também podem ser usadas para monitorização da saúde da máquina e manutenção preditiva. Um CMS pode aplicar técnicas avançadas de processamento de sinal para extrair estes dados, incluindo formas de onda, espectros, níveis de vibração harmónica (1X, 2X, etc.), linha central do veio ou órbitas de veio, para citar apenas alguns.

É importante notar aqui que os CMS podem ser utilizados para monitorizar a saúde de muitos tipos diferentes de ativos, e não apenas máquinas que já estão instrumentadas com um MPS.

A perspetiva da norma API 670 sobre a combinação de sistemas de proteção de máquinas e monitorização de condição

Na norma API 670, para sistemas de proteção de máquinas, a independência e separação de sistemas, componentes ou peças é um requisito essencial. Perante isto, a norma permite a combinação de proteção de máquinas e funcionalidade de monitorização de condições?

A resposta é um sim definitivo, embora com a qualificação delineada pela API 670 na secção 4.8 Segregação:
• Pode combinar-se um MPS e um CMS desde que não existam impedimentos à capacidade do MPS de desempenhar as suas funções, nomeadamente, a deteção de alarmes dentro do tempo de resposta e ativação necessários dos relés de saída, conforme necessário.

Na prática, isto significa que quando um MPS é combinado com outros sistemas, como um CMS ou um sistema de controlo, não deve haver modos de falha de “causa comum” que possam interferir com o objetivo do MPS de proteger a máquina.

Fazendo a ponte

A ponte refere-se à partilha de sensores/cadeias de medição e dispositivos eletrónicos, entre sistemas de proteção de máquinas e sistemas de monitorização de condição.

Embora esta ideia não seja nova, tradicionalmente, é conseguida utilizando o mesmo sensor/cadeia de medição, e dispositivos separados de MPS e CMS/sistemas para processamento e monitorização de sinais. Desta forma, os sinais de entrada elétrica são partilhados de forma segura. Embora, com esta abordagem, a digitalização e o processamento de sinais separados, sejam em grande parte duplicados e possam ser considerados redundantes.

Ao longo das últimas décadas, as capacidades de processamento eletrónico melhoraram drasticamente. Isto proporciona oportunidades para alargar o processamento de MPS com capacidades que costumavam ser encontradas apenas em CMS. No entanto, o fluxo contínuo de dados digitais entre um MPS e um CMS deve respeitar os requisitos da API 670 para a segregação do sistema.

Além disso, no mundo cada vez mais conectado, é imperativo proteger o MPS de qualquer ciberataque usando a via de comunicação do fluxo de dados. Por exemplo, a tecnologia de firewall pode ser implementada para separar de forma segura ambos os sistemas (MPS e CMS), ao mesmo tempo que garante um fluxo de dados seguro e fiável para fora do MPS. Além disso, é importante considerar diferentes indústrias, aplicações e equipamentos, que podem ter requisitos distintos em termos de segurança e segurança, e a fronteira entre o MPS e o CMS, que muitas vezes resulta em diferentes arquiteturas de soluções.

Proteção das máquinas e a monitorização da condição – um MPS/CMS combinado melhora a qualidade e reduz os custos

Um MPS/CMS combinado ou integrado, pode reduzir significativamente os custos globais do sistema. Hoje em dia, as componentes de mercado, fornecem bastante poder de computação em dimensões reduzidas e a preços baixos. Isto permite que a funcionalidade MPS e CMS, seja implementada num único dispositivo ou em vários dispositivos menores. Isto também se traduz em poupanças em termos de espaço de armário e requisitos de instalação. Tudo isto ajuda a baixar os custos.

Outra consideração importante é o facto de que os sistemas MPS separados e CMS vêm com o seu próprio software de configuração específico, que muitas vezes duplica o esforço de configuração em termos de tempo e custo (e formação inicial). Além disso, manter ambas as configurações sincronizadas entre si pode ser uma fonte de problemas, difíceis de identificar.

Por razões de segurança, uma solução de MPS/CMS integrada deve, naturalmente, assegurar que apenas o lado MPS pode alterar a configuração de proteção. Ao mesmo tempo, deve suportar o acesso apenas de leitura pelo lado do CMS, a fim de evitar duplicações desnecessárias, para facilitar a configuração e sincronização do sistema. Para o utilizador final, ter de aprender apenas um software/sistema e a capacidade de partilhar facilmente configurações, melhora drasticamente a sua experiência.

Devido a constrangimentos financeiros, é bastante comum encontrar ativos essenciais (embora não críticos) que estão protegidos com um MPS, mas não estão equipados com um SCM. Para esta categoria de máquinas, a possibilidade de registar e processar sinais com conteúdo de alta frequência do MPS, diretamente para um histórico de CMS paralelo, permitiria de forma eficaz a análise e diagnósticos detalhados da saúde de uma máquina.

Olhando para a frente

A crescente procura da indústria por uma maior disponibilidade, produtividade e fiabilidade de ativos valiosos está a impulsionar uma rápida digitalização. Para atingir este objetivo, a proteção de equipamentos essenciais e críticos, bem como a otimização do seu funcionamento e manutenção tornar-se-ão ainda mais importantes. Assim, isto está a impulsionar o desenvolvimento de soluções de proteção de máquinas mais bem integradas, mais pequenas e mais eficazes em termos de custos e de monitorização da condição, que satisfaçam os mais recentes requisitos de segurança e cibersegurança.