PRISMA - CREACIÓN DE UN PRODUCTO INTEGRAL DE SENSORIZACIÓN, MEDICIÓN, ADQUISICIÓN DE DATOS Y MONITORIZACIÓN

IMAMCC/20016/1

2016

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Contenido 1. Identificación de la entidad. .................................................................................. 2

2. Número de expediente, programa y actuación subvencionable. ......................... 2

3. Título del plan de actividades. ............................................................................... 2

4. Objetivo. ................................................................................................................ 2

5. Actividades desarrolladas. ..................................................................................... 4

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DIFUSIÓN DE RESULTADOS

1. Identificación de la entidad.

AIDIMME

CIF: G46261590

2. Número de expediente, programa y actuación subvencionable.

Nº Expediente:

IMAMCC/20016/1

Actuación:

IMAMCC – IITT16 PROMECE NOMINATIVA AIDIMME. ACTIVIDADES DE

I+D+I DE CARÁCTER NO ECONÓMICO.

3. Título del plan de actividades.

PRISMA - CREACIÓN DE UN PRODUCTO INTEGRAL DE SENSORIZACIÓN,

MEDICIÓN, ADQUISICIÓN DE DATOS Y MONITORIZACIÓN

4. Objetivo.

El proyecto parte de la necesidad de desarrollar y disponer de una herramienta de hardware y software universal, que permita la adquisición directa o en tiempo real de datos que afecten al comportamiento de productos, instalaciones e instalaciones en servicio o sean necesarios para conocer o predecir su funcionamiento y anticipar problemas que puedan comprometer la seguridad de los mismos, y su posterior procesamiento informático automatizado, de manera que se pueda ofrecer una solución versátil, adaptable y funcional para cualquier empresa, con acceso sencillo a los datos desde cualquier lugar por parte de personal no necesariamente especializado y de control sin necesidad de desarrollos adicionales.

El objetivo es poder ofrecer mediante un servicio y un producto global, unos servicios que cada vez demandan más las empresas de muchos sectores, como construcción de maquinaria, estructuras, infraestructuras para obras públicas, energía, ferroviario, naval, aeronáutico etc., y que actualmente sólo son posibles en base a proyectos individuales y costosos tanto en precio como en tiempo de desarrollo.

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Actualmente para la utilización de estos productos se suele necesitar una formación específica y van enfocados a técnicos especializados que son los que los implementan las soluciones, los clientes finales de estas empresas.

Esto supone una barrera para la utilización de estas tecnologías para empresas de tamaño pequeño o mediano o para la utilización en proyectos en los que no esté justificada su rentabilidad.

Las empresas que ofrecen estos productos están orientadas a este tipo de técnicos especializados y a grandes proyectos. Con este proyecto acercaremos estas tecnologías a otro tipo de empresas y otras necesidades. Tiene sentido hacerlo desde un Instituto Tecnológico como el nuestro ya que contamos con el conocimiento de las necesidades en estas empresas y la posible participación de las mismas.

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5. Actividades desarrolladas.

8.1 WP1 - DEFINICIÓN REQUISITOS DEL SISTEMA Dentro de este paquete de trabajo hay dos actividades principales, que parte de una actividad inicial de estudio del arte, como son la definición de los sectores y ámbitos de aplicación, características y necesidades de los mismos, y los requisitos de la solución a aportar. Tabla de actividades con sus ámbitos de aplicación: Dentro de esta tabla se han definido unos ámbitos de aplicación y se han detectado la posible aplicación según la actividad de la empresa.

ACTIVIDAD

ÁMBITOS

Segu

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ten

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ivid

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Des

arro

llo

Construcción aeronáutica y espacial y su maquinaria Construcción de barcos y estructuras flotantes Construcción de carreteras y autopistas

Construcción de cubiertas Construcción de embarcaciones de recreo y deporte

Construcción de otros proyectos de ingeniería civil n.c.o.p. Construcción de puentes y túneles Construcción de redes eléctricas y de telecomunicaciones

Construcción de redes para fluidos Construcción de vías férreas de superficie y subterráneas Demolición

Depósito y almacenamiento

Distribución de energía

Distribución por tubería de combustibles gaseosos Ensayos y análisis técnicos

Fabricación de elementos de hormigón para la construcción Fabricación de equipos de transmisión hidráulica y neumática Fabricación de estructuras metálicas y sus componentes

Fabricación de locomotoras y material ferroviario

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Fabricación de maquinaria de elevación y manipulación Fabricación de maquinaria para la industria metalúrgica

Fabricación de maquinaria para las industrias extractivas y de la construcción

Fabricación de motores y turbinas, excepto los destinados a aeronaves, vehículos automóviles y ciclomotores

Fabricación de motores, generadores y transformadores eléctricos

Fabricación de máquinas herramienta para trabajar el metal

Fabricación de otra maquinaria de uso general n.c.o.p.

Fabricación de otra maquinaria para usos específicos n.c.o.p.

Fabricación de otras cisternas, grandes depósitos y contenedores de metal

Fabricación de otro material de transporte n.c.o.p. Fabricación de vehículos de motor

Instalación de máquinas y equipos industriales

Obras hidráulicas Otras actividades de construcción especializada n.c.o.p. Perforaciones y sondeos Producción de energía eléctrica de origen eólico

Producción de energía eléctrica de origen nuclear Producción de energía eléctrica de origen térmico convencional

Producción de energía eléctrica de otros tipos

Producción de energía hidroeléctrica

Producción de gas Refino de petróleo Reparación y mantenimiento aeronáutico y espacial

Reparación y mantenimiento de otro material de transporte

Reparación y mantenimiento naval

Servicios técnicos de ingeniería y otras actividades relacionadas con el asesoramiento técnico

Transporte aéreo de mercancías

Transporte aéreo de pasajeros

Transporte de energía eléctrica

Transporte de mercancías por ferrocarril

Transporte de mercancías por vías navegables interiores

Transporte espacial

Transporte marítimo de mercancías

Transporte por tubería

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REQUISITOS DEL SISTEMA Según los requisitos del sistema definidos en esta fase, el sistema a desarrollar debería de permitir:

Garantizar el acceso a las empresas a un sistema de monitorización y adquisición remota de datos de altas prestaciones y cuya utilización no requiera necesariamente del empleo de técnicos altamente especializados.

Introducir un sistema de monitorización bajo la filosofía plug’n’play, que permita su instalación en cualquier ubicación y que funcione sin apenas cambios o configuraciones.

Garantizar el acceso a las empresas a un sistema de monitorización que permita acometer medidas preventivas tendentes a evitar el fallo y sus potenciales consecuencias en productos, instalaciones e infraestructuras, incrementando la fiabilidad del diseño realizado.

Implementar un hardware que se pueda configurar y monitorizar de forma remota por parte de los administradores del sistema.

Desarrollar un software específico que permita que los técnicos tengan acceso instantáneo, utilizando para ello tanto aplicativos web como aplicativos móviles.

Disponer de un sistema que permita que los datos generados se almacenen automáticamente de forma remota y que los técnicos puedan acceder al histórico de datos.

Disponer de un sistema que permita que los técnicos responsables reciban alarmas personalizadas al superarse determinados límites mejorando la seguridad de las operaciones.

Establecer una metodología de trabajo que recoja los criterios esenciales que permitan trabajar con el sistema de monitorización de datos de forma fiable y segura.

Para ello la herramienta de monitorización de la estructura debe de posibilitar:

A PIE DE OBRA, el acceso a tiempo real de datos por parte del jefe de obra, vigilancia en momentos críticos y posibilidad de realizar acciones correctivas con un interfaz sencillo en base a barra de colores.

En REMOTO el acceso a histórico de datos, con una gestión de instalaciones y usuarios y permisos por parte de la empresa. También deberá de poderse gestionar tanto la herramienta y los datos mostrados a pie de obra, como los mostrados en remoto.

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A partir de estos requisitos, se ha determinado que los principales elementos del sistema serán:

Dispositivo capturador de señales-> realizará las funciones de amplificador de galgas y captura de datos

PC industrial que procese las señales, responsable de la gestión de datos y comunicación.

Modem 3G -> será el encargado de la posibilitar la comunicación del PC industrial con la servidor web y los dispositivos móviles.

Servidor Web -> Comunicación dispositivo HBM, almacenamiento de histórico y aplicación web

Aplicación Android -> Visualización en tiempo real y a pie de obra de los datos de

8.2 WP2 – PROTOTIPO HARDWARE DEL SISTEMA El prototipo consta de 3 elementos principales, dos equipos HBM: el amplificador de señal MX1615B y el data recorder CX22W, que hará, entre otras las funciones del PC Industrial), y el modem 4G. HBM QuantumX MX1615B

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Amplificador de señal, para puentes de galgas extensionométricas. Permite recibir hasta 16 señales. HBM Data recorder CX22W

• Ofrece los datos de las galgas al dispositivo Android en tiempo real. • Ofrece los datos del histórico al servidor web. • Recibe datos de configuración de las galgas a mostrar en el dispositivo Android

por parte del servidor web. • Se comunica periódicamente con el servidor Web.

Modem 4G

Es el encargado de la comunicación a través de 2G/3G/4G con el servidor web (dispone tarjeta SIM). También se encarga de crear una red WIFI a la que pueden acceder los dispositivos móviles y acceder a los datos de los sensores en tiempo real. Elementos adicionales A partir de estos elementos, se añade un Watchdog industrial para controlar el correcto funcionamiento del sistema y poder reiniciar los diferentes elementos del mismo y se integra en un armario eléctrico, que permita integrar el equipo en sistemas industriales con voltajes trifásicos y normales.

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IP Watchdog Industrial HWGroup

Todos estos elementos se han integrado dentro de un armario eléctrico con la suficiente protección para soportar estar expuesto en ambientes críticos.

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Esquema del armario eléctrico:

Prototipo hardware en armario eléctrico:

El armario eléctrico está protegido frente a eventualidades, cumpliendo la norma IP67. Contando además con agujeros para los prensaestopas para los cables los distintos elementos (cables de galgas y sensores, antenas de telefonía y wifi, alimentación eléctrica). La base del armario tiene tres prensaestopas del tipo PG21 para las antenas (una para Wi-Fi y dos para LTE WIMO). Hay un prensaestopas del tipo PG16 para la manguera de alimentación eléctrica. Hay ocho prensaestopas del tipo PG16 para los cables de hasta ocho puntos de medición. Los prensaestopas están ideados para su conexión con un tubo flexible de metal que sirve de protección para los cables:

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8.3 WP3 – DESARROLLO SOFTWARE Se han desarrollo una aplicación móvil para el acceso a datos a pie de obra y una aplicación web donde se almacenará el histórico de datos proveniente de los sensores del sistema. Para ello también se ha desarrollado diversos programas dentro del data recorder CX22W, que se encargarán de capturar lo datos, ofrecerlos al dispositivo móvil, al servidor web y gestionar la configuración del sistema junto con el servidor web. Desarrollo software en el data recorder CX22W Dentro del data recorder CX22W ya nos encontramos con una solución de HBM enfocada a técnicos como es el CATMAN.

Esta solución nos permite realiza la configuración de las galgas y las señales de forma sencilla, además permite realizar ensayos puntuales a los técnicos.

Adicionalmente, de cara a cumplir con los requisitos del sistema, que no nos lo posibilita el CATMAN, hemos desarrollado los siguientes programas: • Programa capturador de datos, que se encarga de capturar los datos a mostrar por

los dispositivos móviles y a la vez por el servidor web. • Programa de comunicación con el servidor web, establece la comunicación e

indica en todo momento la dirección ip del servidor.

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• Servidor interno para poder ofrecer los datos a la aplicación Android y al servidor web externo

• Programa para recibir los datos de configuración de las galgas y del sistema desde el servidor web.

Este dispositivo también es accesible en remoto vía TeamViewer.

Desarrollo servidor web: http://prisma.aimme.es Dentro del servidor web se han desarrollado herramientas que permiten la importación de los datos que se reciben de forma periódica por parte del sistema capturador. También se ha realizado una aplicación web que permite la visualización de los datos y la gestión del sistema:

Pantalla de login:

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Pantalla de instalaciones:

En esta pantalla se nos muestran las distintas instalaciones (equipos) del sistema, pudiendo añadir equipos nuevos. Podemos gestionar los equipos, los usuarios y los permisos de visualización de los mismos. Pantalla de instalación:

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En esta pantalla se visualizan los datos históricos de todas las galgas, por horas, días, meses, años, etc…., junto con la localización de la galga. Entre otras cosas se permite modificar los datos de la instalación y gestionar las alarmas. Pantalla de la galga:

Se visualiza el histórico completo de la galga y se pueden modificar los datos de la misma.

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Desarrollo aplicación móvil Android: Se ha desarrollado una aplicación nativa en Android para poder visualizar a pie de obra el estado en ese momento de las medidas de los sensores conectados al sistema. La configuración de la misma, de los límites a mostrar, imágenes, factores de conversión de unidades, etc… provienen de la aplicación web, desde la que se gestionan todos estos datos. La aplicación móvil consta de una pantalla inicial donde se visualizan unas barras con el valor de los sensores en tiempo real con código de colores, verde cuando se encuentran en un estado óptimo, amarillo para un estado de vigilancia, rojo para un estado peligroso y de alarman, y morado para un estado ya de fuera de rango:

Cada sensor o galga dispone de una pantalla propia donde se muestra la información en vivo del sensor, con su valor numérico y la localización del mismo:

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8.4 WP4 – PRUEBAS DE CAMPO Ante la imposibilidad por motivos de tiempo y de disponibilidad, externas al proyecto, de realizar la prueba de campo en un proyecto real de una empresa o en algún servicio propio del instituto, se ha optado por realizarla dentro de las instalaciones del mismo. Para ello se ha elegido una estructura metálica, una escalera, donde se ha validado el sistema y los datos recogidos. Se ha realizado una análisis inicial de elementos finitos con ANSYS de la escalera, aplicando un peso aproximado de 150 kg (1500 N) en uno de los escalones. Se han instalados dos rosetas triaxiales de extensionometría, que contienen galgas en 3 direcciones para capturar las deformaciones y las fuerzas recibidas, y se ha testado el sistema durante un periodo de tiempo.

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Fotograma de la escalera metálica en la cual se ha fijado dos rosetas de extensometría en el octavo peldaño (contando desde el suelo y sin contar la plataforma de descanso entre el sexto y séptimo peldaño).

Diseño CAD 3D empleado para el análisis estructural

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Resultado del análisis estructural indicando las deformaciones máximas

Detalle del análisis estructural de deformaciones

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Detalle del análisis estructural de tensiones equivalentes (von-Mises)

Hoja de características técnicas de las rosetas triaxiales que se han instalado en la escalera.

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Detalle de los cables que cuelgan del octavo peldaño.

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Detalle de la roseta en el canto posterior del octavo peldaño.

Detalle de la roseta en el canto posterior del octavo peldaño.

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Se han instalado 2 rosetas triaxiales, lo que nos da 3 señales por roseta, por lo que en total tendremos 6 señales de datos en nuestro sistema:

Ejemplo de datos obtenidos vía dispositivo móvil a pie de obra

Ejemplo de datos obtenidos vía dispositivo móvil a pie de obra

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Ejemplo de datos obtenidos a través de la aplicación web

Ejemplo de datos obtenidos a través de la aplicación web