lunes, 12 de mayo de 2025 · 0 min read
Cómo un sistema de metro modernizó su infraestructura ferroviaria con sistemas de adquisición de datos Dewesoft y transductores de alto voltaje Knick
Los sistemas de metro, tanto en grandes como en pequeñas ciudades, ofrecen diariamente servicios ferroviarios y de autobús a miles de millones de usuarios en todo el mundo. El servicio ferroviario requiere la supervisión y mantenimiento de cientos de subestaciones de tracción, interruptores, transformadores, rectificadores y dispositivos de protección por relevadores. Esta infraestructura ferroviaria exige la medición de múltiples parámetros como voltajes, corrientes, temperaturas, entre otros. En el caso de un sistema de metro en particular, la cantidad de canales a medir era tan grande que resultaba imposible capturarla con los sistemas de medición que tenían instalados. Ante este reto, buscaron en el mercado sistemas de adquisición de datos para ferrocarril y soluciones de medición de alto voltaje que pudieran cumplir con los requerimientos. Esto fue lo que encontraron y cómo les ayudó.
El reto
El sistema de metro debe monitorear el voltaje, la corriente y la temperatura en sus subestaciones de tracción y estaciones de seccionamiento, las cuales incluyen instalaciones de tracción, interruptores de alta velocidad, transformadores, rectificadores y relevadores de protección. El monitoreo de los trenes eléctricos, de los parámetros de voltaje y corriente, y de los equipos en las subestaciones, son necesidades interconectadas que requieren instrumentos de adquisición de datos (DAQ) con alto aislamiento eléctrico y transductores de alto voltaje. Los ingenieros del metro identificaron la necesidad de un sistema distribuido, capaz de monitorear datos de forma sincronizada, por lo que realizaron una búsqueda de mercado para encontrar una mejor solución.
Dado que los trenes del metro funcionan con tracción eléctrica, el monitoreo de altos voltajes y corrientes es fundamental. Esta información debe obtenerse de forma segura, lo que implica que el hardware cuente con un aislamiento eléctrico adecuado. Además, las mediciones deben ser altamente precisas y estar disponibles de forma rápida. Comprender estos parámetros eléctricos en relación con el desempeño del equipo en las subestaciones es crucial.
Eventos potencialmente peligrosos, como los cortocircuitos, pueden identificarse y atenderse oportunamente gracias a la capacidad de comunicación de los transductores con interruptores de alta velocidad. La seguridad, la rapidez y la precisión también son esenciales para registrar transitorios rápidos que ocurren durante diversas condiciones de operación del sistema ferroviario.
Los transformadores y rectificadores convierten la energía de voltaje alterno (CA) proveniente de la red eléctrica y la aplican al sistema ferroviario. El aumento de temperatura puede indicar conexiones eléctricas sueltas, desgastadas o en falla, por lo que su monitoreo en puntos clave es esencial.
El monitoreo preciso de voltaje, corriente y temperatura permite al metro atender problemas antes de que interrumpan el servicio o representen riesgos de seguridad. La supervisión continua permite evaluar el estado general de las líneas ferroviarias, además de proporcionar datos históricos valiosos para analizar la causa raíz de anomalías en el sistema y evitar interrupciones del servicio al mantener informados a los equipos de mantenimiento sobre las condiciones en la línea.
Los ingenieros del metro estudiaron el mercado y descubrieron los robustos instrumentos DAQ KRYPTON de Dewesoft.
Solución n.º 1: KRYPTON
Los módulos DAQ KRYPTON combinan protección IP67 contra líquidos y polvo, un amplio rango de temperatura operativa de -40 a 85 °C (-40° a +185 °F), y resistencia a impactos de hasta 100 g, todo ello sin comprometer el rendimiento. Su diseño compacto permite integrar fácilmente los módulos KRYPTON en los gabinetes de instrumentación del sistema de metro, de forma rápida y sencilla.
En cuanto al desempeño de adquisición de datos, los módulos KRYPTON utilizan convertidores analógico-digitales (ADC) de 24 bits con filtrado anti-aliasing en cada canal. Estos módulos ofrecen alta precisión y ancho de banda. Su aislamiento eléctrico y el uso de conectores con estándares industriales también fueron factores clave en la evaluación.
Los módulos KRYPTON se interconectan mediante EtherCAT, una interfaz similar a Ethernet, pero adaptada a sistemas DAQ para transmitir energía, señales y sincronización temporal a través de un solo cable. El protocolo EtherCAT permite la sincronización temporal entre todos los módulos conectados en cadena.
Con una frecuencia de muestreo de 20 kHz, el módulo KRYPTON 8xLA permite realizar simultáneamente análisis FFT y de armónicos en todas las entradas analógicas. Estas capacidades, junto con la posibilidad de crear fórmulas matemáticas personalizadas, aplicar filtros y calcular estadísticas en tiempo real, hacen de Dewesoft una solución altamente efectiva.
Las entradas digitales de los módulos KRYPTON 16xDI monitorean y capturan las señales digitales (encendido/apagado) de los relevadores de corriente directa (CD). Estas señales digitales activan la grabación a la máxima tasa de muestreo antes y después de un evento de disparo de interruptor, lo que permite capturar transitorios con alta fidelidad sin perder picos. Estas grabaciones de alta velocidad son fundamentales para determinar la causa raíz de fallas y proporcionar a los ingenieros del metro información clave para implementar soluciones que eviten recurrencias.
Solución n.º 2: Software DewesoftX
Software de análisis de potencia DewesoftX
DewesoftX es el software estándar incluido con todos los instrumentos DAQ de Dewesoft. Ofrece capacidades completas para la configuración del hardware, pantallas configurables por el usuario, funciones de grabación continua o por disparo, y un motor matemático robusto. DewesoftX es un programa galardonado que cuenta con numerosos módulos que lo amplían para realizar funciones especializadas.
El sistema de metro requiere realizar análisis de potencia en tiempo real, por lo que optaron por el módulo POWER de DewesoftX para acceder a cálculos estándar de potencia y eficiencia, como potencia activa, reactiva y aparente. DewesoftX muestra voltaje, corriente y potencia en una interfaz de usuario personalizable y fácil de interpretar. Incluye herramientas visuales especializadas, como el clásico diagrama vectorial, y todos los valores calculados se presentan en tiempo real en las pantallas configurables por el usuario.
Dewesoft NET
Si no se puede acceder fácilmente a los datos, estos pierden su valor, sin importar su volumen. El acceso remoto a los datos es esencial, ya que las subestaciones y estaciones de seccionamiento del sistema de metro están distribuidas en una amplia área geográfica.
El software DewesoftX, junto con el módulo Dewesoft NET, permite la visualización y el control remoto de datos. Esta funcionalidad le permite al sistema de metro acceder a cada sistema DAQ y visualizar datos en tiempo real a través de su red local. Los ingenieros del metro pueden acceder a cualquier estación conectada a la red desde una computadora en sus oficinas, observar los datos sin interrumpir la grabación y controlar los sistemas DAQ de forma remota.If you can’t easily access it, all of the data in the world has no value. Remote data access is imperative because the metro’s sub- and tie-breaker stations are distributed across a wide area.
Solución n.º 3: instrumentos portátiles SIRIUS
Los ingenieros del metro necesitaban instrumentos DAQ portátiles y fáciles de transportar para realizar verificaciones puntuales en campo. Para estas aplicaciones, eligieron la línea SIRIUS.
Tras analizar sus requerimientos, optaron por dos módulos SIRIUS-HS (alta velocidad) junto con una unidad de procesamiento SBOX de alto desempeño, encargada de ejecutar el software y almacenar los datos. Los módulos SIRIUS cuentan con ocho entradas de alto voltaje que admiten de forma nativa hasta ±1600 V sin necesidad de transductores, y ocho entradas de bajo voltaje que pueden utilizarse con pinzas o shunts para medición de corriente. Todas las entradas se muestrean de manera simultánea, con tasas seleccionables de hasta 1 MS/s por canal. La pantalla multitáctil de 12 pulgadas del sistema hace que esta solución sea ideal para realizar mediciones en sitio.
Metro engineers needed portable and easy-to-move DAQ instruments to conduct spot checks in the field. For these applications, they chose the SIRIUS line.
Toda la línea de instrumentos DAQ de Dewesoft es interoperable. SIRIUS, KRYPTON, IOLITE y OBSIDIAN pueden interconectarse de múltiples formas, lo que convierte la inversión del sistema de metro en una solución rentable y práctica.
Desde principios de los años 2000, una de las características distintivas de los sistemas DAQ de Dewesoft ha sido la integración de video con datos de sensores analógicos y digitales. El video aporta un nivel adicional de contexto que puede ser invaluable en ciertas aplicaciones. El metro eligió una cámara sincronizable DS-CAM-640C para grabar video a hasta 640 cuadros por segundo. Durante y después de la grabación, el video y los datos de sensores se visualizan en la misma pantalla.
Solución n.º 4: Transductores Knick
Las especificaciones eléctricas del sistema de metro detallan una lista completa de requisitos de desempeño para los transductores. Entre ellos se incluye una capacidad de aislamiento continuo de al menos 2.2 kV para soportar tensiones permanentes, así como una tensión de prueba de 10 kV para protección contra transitorios rápidos. Para capturar con precisión eventos transitorios, los valores medidos deben mantener linealidad al menos hasta el 200 % del rango nominal del transductor. En cuanto a la velocidad de transmisión, un cambio del 90 % en el valor de entrada debe reflejarse en la salida (conocido como T90) en un tiempo no mayor a 110 microsegundos.
El sistema de metro seleccionó los transductores de corriente de la serie P41000 y los transductores de voltaje de la serie P42000 de Knick. Estos modelos cumplían o superaban las especificaciones eléctricas del proyecto y cuentan con muchos años de desempeño comprobado como estándar en aplicaciones exigentes dentro de la industria ferroviaria.
Estos dispositivos son compactos y montables en riel DIN. Ofrecen configuraciones de entrada/salida flexibles, y su fuente de alimentación universal admite tensiones de 20 a 253 V CA/CD. Proporcionan aislamiento galvánico en entrada, salida y alimentación (aislamiento de tres puertos), con protección continua contra voltaje de hasta 3600 V CA/CD.
El modelo P41000 mide corriente mediante voltaje de shunt, con una entrada nominal seleccionada por el metro de ±50 mV. Combinado con un shunt de alto desempeño, permite medir corrientes de hasta 25 kA en CD de forma precisa y segura.
Con el transductor de voltaje P42000, el metro tenía como objetivo monitorear un rango bipolar nominal de 1000 V en CD, con capacidad para detectar perturbaciones en el sistema de hasta ±2000 V CD. Los beneficios de los transductores de alto voltaje Knick en sistemas ferroviarios fueron evidentes de inmediato, ya que proporcionan datos con frecuencias de corte superiores a 5 kHz.
Conclusión
El sistema de metro realizó una inversión estratégica en soluciones de Dewesoft y Knick para llevar a cabo la modernización de su sistema ferroviario. Las salidas escaladas de los transductores Knick se integraron perfectamente con las entradas de los módulos KRYPTON de Dewesoft. Estos instrumentos permiten recopilar y analizar datos históricos y en tiempo real, lo que brinda a los ingenieros del metro la capacidad de tomar decisiones más rápidas y mejor fundamentadas. Pueden detectar y reaccionar en tiempo real ante fallas inesperadas en el sistema de distribución eléctrica. La seguridad de los sistemas eléctricos y de los usuarios es su principal prioridad.
Monitorear y mantener las instalaciones de tracción representa un gran desafío. Sin embargo, la combinación de estas soluciones con la experiencia en ingeniería ferroviaria del metro permitió reducir los tiempos de inactividad, mejorar la puntualidad del servicio e incrementar la eficiencia operativa. Estas mejoras se traducen en usuarios más satisfechos.
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