Eiffage EnergieSystemes – Clemessy, Francia
Por Franck Beranger, Ingeniero en Dewesoft Francia

Bridge monitoring system

Para investigar las fuentes y aumentar la calidad general en el mantenimiento predictivo, Clemessy decidió instalar sensores de monitoreo de sonido y vibración para monitorear la cadena cinemática – la maquinária – así como las poleas principales a cada lado del puente.

El desafío consistía en definir la mejor arquitectura DAQ y tecnología de monitoreo para esta instrumentación con largas longitudes de cable e interconectar la solución de adquisición de datos Dewesoft a la base de datos del cliente.

"Proporcionar un cruce sobre el río Garona para automóviles, peatones y bicicletas, así como, en una fecha posterior, una línea de tranvía" y "permitir el paso de barcos y, en particular, barcos muy grandes" - en 2003, estos fueron Los requisitos del proyecto para un nuevo puente para cruzar el río en el centro de la ciudad de Burdeos, Francia.

El resultado del proyecto es el Pont Jacques Chaban-Delmas, el puente de elevación vertical más largo de Europa: su tramo principal es de 110 m (361 pies). La construcción tuvo lugar de 2009 a 2012 y el puente se inauguró en marzo de 2013.

Burdeos, en el suroeste de Francia, con casi 1,2 millones de habitantes en el área metropolitana y centro de la famosa región vinícola, es una ciudad portuaria en el río Garona. El Garona tiene una longitud de 602 kilómetros (374 millas) y desemboca en el Océano Atlántico.

El puente ha sido nombrado en honor de Jacques Chaban-Delmas (1915-2000), un ex primer ministro de Francia y alcalde de Burdeos de 1947 a 1995. Durante la Segunda Guerra Mundial, su nom de guerre como general en la resistencia clandestina fue Chaban, y después de la guerra, cambió formalmente su apellido a Chaban-Delmas.

Hoy, este quinto puente sobre el Garona dentro de la ciudad conecta las partes este y oeste de Burdeos, el centro de la orilla izquierda cerca de sus muelles con la orilla derecha de la ciudad, los distritos de Bastide y Bacalan. Es por eso que el puente también ha sido apodado "Le Pont Ba-Ba".

The Chaban-Delmas bridge panoramaEl Puente Chaban-Delmas 

Los Puentes de Elevación Vertical Vertical-lift bridges son una solución poco común para atravesar un río utilizado por barcos grandes o altos, pero dicho paso permitiría a la ciudad beneficiarse del desarrollo del negocio de cruceros. La estructura, con una altura idéntica al puente de Aquitania aguas abajo, debía poder elevarse en 12 minutos como máximo.

El estudio de arquitectura del puente es SARL Architecture et Ouvrages d'art. Egis JMI, los arquitectos Thomas Lavigne y Christophe Cheron, Hardesty & Hannover y el ingeniero de diseño Michel Virlogeux llevan a cabo el diseño del trabajo y la gestión del proyecto dentro del consorcio de realización de diseño liderado por la empresa GTM.

El puente tiene 575 m de largo (1421 pies): 433 m de los cuales es la cubierta principal y 117 m (387 pies) es el tramo de elevación central. La sección central del puente permanece en una sola pieza, pero se eleva verticalmente hasta 58 m (190 pies) para dejar pasar barcos altos debajo. La altura de las cuatro torres independientes, los pilones es de 77 m (262 pies) y la distancia entre ellos 110 metros (361 pies).

El peso de la parte elevada del puente es de alrededor de 2.600 toneladas. Cuarenta cuerdas de 69 metros de longitud cada una se conectan a este segmento del puente central, a través de poleas de desviación en la parte superior de los cuatro pilones utilizando contrapesos.

El ancho del puente varía según las diferentes secciones; desde 32 m (115 pies) en los pilares hasta 45 metros (148 pies) para el tramo de elevación. El ancho útil es de 27 metros con 15 metros utilizados por el transporte público en su propio sitio, peatones y vehículos de dos ruedas y 12 metros para vehículos ligeros y camiones. Los senderos para bicicletas y peatones están separados del tráfico de vehículos motorizados. Por lo tanto, esta suave circulación tiene lugar fuera de los pilones del puente.

El puente está configurado para hasta 43,000 vehículos por día. El puente se eleva unas sesenta veces al año, deteniendo el tráfico durante aproximadamente una hora para permitir el paso de embarcaciones más grandes. El puente tarda solo 11 minutos en levantarse o bajarse completamente en su lugar.

Problema del cliente - Ruidos de impacto y Clics

La operación y el mantenimiento de la estructura es responsabilidad de la empresa Eiffage Energie Systemes - Clemessy, una división de una de las cinco empresas más grandes de construcción y concesión en Europa, Eiffage. Clemessy se especializa en la ingeniería e implementación de instalaciones técnicas industriales.

El puente Chaban-Delmas es una estructura capaz de levantar un tramo de elevación de 2.750 toneladas a una altura de 53 metros en 11 minutos, permitiendo el paso de yates, transbordadores o veleros que atracarán en el puerto de Burdeos.

El mecanismo de elevación funciona según el principio de un ascensor gigante y requiere la participación de un equipo de diez miembros del personal. Desde una torre de control, dos operadores manejan la maniobra mientras el resto del equipo se extiende sobre los diversos puntos estratégicos en las estribaciones del puente. Además de esto, el equipo gestiona el mantenimiento de la maquinaria vital:

  • motores, 
  • ejes, 
  • cables enormes, y 
  • poleas.

Después de meses de operación y muchas maniobras, el equipo de mantenimiento detectó ruidos de impacto y clics. Para investigar la fuente del ruido y aumentar la calidad general del mantenimiento predictivo, Clemessy decidió instalar sensores de sonido y vibración para monitorear la cadena cinemática - la maquinaria - así como las poleas principales a cada lado del puente.Sensor placement on the lifting motors

Esta inversión en la instrumentación de adquisición de datos de la operación mecánica del puente ha sido responsabilidad del propietario, la ciudad de Burdeos, mientras que Clemessy estaba a cargo del proyecto. El puente está equipado principalmente con sensores IEPE: acelerómetros y micrófonos, mientras que los sensores y tacómetros de corriente solo se utilizan en la maquinaria.

Data acquisition setup on Chaban-Delmas bridgeDescripción general de los requisitos de instrumentación en términos de números y posiciones de sensores (un lado del puente)

Configuración de Medición

Las fuentes de vibración y ruido de golpe son fenómenos por debajo del ancho de banda de 10 kHz, por lo que la frecuencia de muestreo máxima requerida fue de 20 kHz, que se ajustaba perfectamente a la frecuencia de muestreo máxima de KRYPTON, un sistema de adquisición de datos EtherCAT robusto y distribuible para mediciones de campo en cualquier entorno.

Los sistemas KRYPTON DAQ tienen un grado de protección IP67 y pueden operar en un rango de temperatura extrema de -40 a 85°C.

Toda la instrumentación consta de 82 canales de entrada analógica separados en dos lados del puente: 41 canales para cada lado con dos poleas:

Measurement setup for each of the four bridge pulleysConfiguración de medición para cada una de las cuatro poleas del puente

Diseño de maquinaria de elevación de puentes

Sistema de monitoreo del estado de la máquina para cada lado de los dos lados del puente:

DAQ Hardware located in the machineryLocalización de los módulos KRYPTON DAQ en la maquinaria

Esta aplicación requería las herramientas de procesamiento matemático del software de adquisición de datos Dewesoft X3 para calcular los parámetros estadísticos en tiempo real en cada sensor de vibración. El punto de interés para la investigación no fueron los canales de tiempo, sino que a partir de cada sensor de entrada el cliente requirió calcular indicadores estadísticos para compararlos con los niveles de alarma. También se implementó un contador de alarmas para este proyecto.

Lista corta de indicadores
Tipo de Sensor INDICADOR BWDTH Tiempo Promedio Unidad Tipo
Acelerómetros de Maquinaria
Nivel Global de Vel.(Baja Frecuencia)
(mm/s RMS)
[1-1000 Hz] 10 sec
mm/s

RMS
 
 
Nivel Global de Vel.
(mm/s RMS)
[3-1000 Hz] 3 sec
mm/s
 
RMS
 
Nivel Global de Acc.
(g RMS)
 

[200-2000 Hz]
 
1 sec g RMS
 
Nivel Global de Acc.
(g RMS)
 

[2000-8000 Hz]
 
1 sec g RMS
 
Nivel Global de Acc.
(g cc)
 

[10-8000 Hz]
 
500ms g Peak-to-peak
 
Contador de Shock desde Acc. GLApkpk
       
 
Alarmas con diferente nivel para cada indicador.
       
Motor Eléctrico
Corriente / Velocidad

Corriente (A RMS)
 
  0,5 A
RMS
 
Velocidad
 
    rpm
RMS
 
Poleas principales
Micrófonos / Acelerómetros

Nivel Global de Micrófono (dB cc)
[10-8000 Hz]   dB
Peak to peak
 
Nivel Global de Acc. (g cc)
[10-8000 Hz]   g
Peak to peak
 
  Contador de Shock desde el GLM        
  Max Nivel de Shock        

El desafío era definir la mejor arquitectura DAQ para esta instrumentación, ya que algunos sensores están ubicados en la parte superior de los pilones para el monitoreo de poleas. Cada lado tiene dos pilones, y estos pilones tienen 110 metros de altura y no hay ninguna fuente de energía disponible en la parte superior.

Los módulos KRYPTON DAQ, basados en la tecnología de protocolo EtherCAT permite tener un cable que pueda correr hasta 100 metros de módulo a módulo conectando amplificadores juntos. Se utiliza un solo cable para transmitir datos, alimentación y sincronización entre módulos DAQ. El robusto módulo DAQ y EtherCAT fueron las dos razones principales para seleccionar KRYPTON. Estas fueron las únicas soluciones para colocar el sistema de adquisición de datos en la parte superior de cada Pilón sin la gran inversión.

La unidad de medida de origen (SMU) es capaz de obtener y medir al mismo tiempo. Puede forzar con precisión voltaje o corriente y simultáneamente medir voltaje y / o corriente precisos.

Overall measurement instrumentation setup on pylons and bridge structureConfiguración general de instrumentación de medición en pilones y estructura de puentes

Conectando el sistema DAQ con la base de datos existente - OPC UA

Otro desafío, y no menos importante, fue interconectar la solución de adquisición de datos de Dewesoft a la base de datos de clientes a través de OPC UA para explotar los datos en una solución de Internet de las cosas(IoT). La clave de esta aplicación fue el complemento del servidor OPC UA. OPC Unified Architecture (OPC UA) es un protocolo de comunicación máquina a máquina para automatización industrial desarrollado por la Fundación OPC. Este estándar se usa con frecuencia en la Industria 4.0 para la comunicación y el intercambio de datos entre diferentes dispositivos.  

El software de adquisición de datos Dewesoft X3 ofrece dos opciones de OPC UA que se pueden incluir:

  • Cliente OPC UA: el cliente que se puede conectar y obtener datos de cualquier servidor OPC UA.
  • Servidor OPC UA: el servidor puede servir datos de medición de Dewesoft X a uno o más clientes OPC UA.

Durante los ascensores de puentes, los miembros del equipo de mantenimiento basado en la condición no se encuentran frente a Dewesoft, sino que usan una interfaz web local específica con solo estadísticas e informes sobre la maniobra. La base de datos CLEMESSY recopila información del servidor Dewesoft OPC UA, como niveles de alarma, números de alarma, conteo de descargas, niveles estadísticos para acelerómetros / micrófonos y estado DAQ.

La solución de base de datos Clemessy se llama Smart Forest. Más que una sola base de datos, Smart Forest es una solución global que incluye:

  • Una plataforma de software "Big Data"
  • Una interfaz multicanal y de múltiples fuentes para la recopilación de datos.
  • Un motor de inteligencia artificial
  • Una HMI modular y fácil de usar.

Operator screens on local web interfaces displaying values for alarm levels, alarm numbers, shock counting, statistic levels for accelerometers/microphones and DAQ statusPantallas del operador en interfaces web locales que muestran valores para niveles de alarma, números de alarma, conteo de descargas, niveles estadísticos para acelerómetros / micrófonos y estado DAQ

Conclusión

Dewesoft fue capaz de ofrecer una solución completa de hardware y software para la adquisición de datos y la instrumentación de monitoreo de todo el puente y, como socio comprobado de Clemessy Francia, nuestra solución fue la preferida.

Para optimizar los plazos del proyecto, la configuración de Dewesoft se inició antes de la entrega oficial. Cuando se entregó el hardware, se probó la arquitectura y se evaluó y mejoró la configuración, primero en el laboratorio y luego durante la instalación en sitio.

El software Dewesoft X DAQ es intuitivo y muy fácil de usar, sin embargo, para configurar correctamente 82 canales AI, agregar 800 cálculos matemáticos, configurar 800 alarmas y crear una buena pantalla sin errores, lleva algún tiempo.

The architecture of Dewesoft DAQ instrumentationLa arquitectura de la instrumentación DAQ de Dewesoft

El soporte proactivo y la buena comunicación ayudaron al proyecto a volar a tiempo y evitar sorpresas y problemas relacionados con la arquitectura DAQ dispersa con largos cables. La primera maniobra del puente con la solución Dewesoft fue un éxito. Se mejoró la configuración de Dewesoft y se agregó una secuencia para evitar acciones de mantenimiento del equipo en la instrumentación.

Dewesoft ofrece una gama de soluciones DAQ, combinando innovadoras tecnologías DAQ de hardware y software, como el complemento de servidor OPC UA, que puede adaptarse a las necesidades de instrumentación de grandes estructuras de ingeniería como puentes, túneles, edificios, etc.  

Tener un solo software para adquirir datos analógicos, hacer los cálculos en línea, hacer sistemas de control de alarmas y transmitir datos utilizando el último protocolo IoT es un beneficio importante para el cliente y fue una razón de éxito en este caso. Y el resultado: datos confiables presentados en una interfaz de usuario inteligente.