چرا پایش ارتعاش سنتی باعث تأخیر غیرضروری میشود
اکثر نصبهای کمپرسور یک مانیتور اختصاصی بین حسگر و PLC قرار میدهند. این دستگاه سیگنال را پردازش کرده و خروجیهای رلهای فراهم میکند. PLC تنها یک تماس خشک را پس از تصمیمگیری مانیتور مبنی بر وجود خطا میبیند. این زنجیره ۲۰۰ تا ۵۰۰ میلیثانیه تأخیر اضافه میکند. در طول یک رویداد ارتعاشی با انرژی بالا، شفت میتواند در این زمان صدها میکرون حرکت کند. سیمکشی مستقیم آنالوگ این لایه میانی را کاملاً حذف میکند.
طرح سیمکشی از نوک پروب تا کارت PLC
پروبهای مجاورت Bently Nevada 3300 XL نیاز به درایوری به نام پروکسیمیتر دارند. درایور کابل پروب را میپذیرد و دو سیگنال خروجی میدهد. یکی ولتاژ گپ است که معمولاً بین -۲ تا -۱۸ ولت DC متغیر است. دیگری یک حلقه ۴-۲۰ میلیآمپر است که دامنه ارتعاش را نشان میدهد. حلقه ۴-۲۰ میلیآمپر را مستقیماً به ماژول ورودی آنالوگ PLC با رزولوشن ۱۶ بیت وصل کنید. از کابل جفت تابیده و شیلددار استفاده کنید. شیلد را فقط در نوار زمین پنل PLC خاتمه دهید. در انتهای درایور شیلد را خاتمه ندهید.
مقیاسبندی سیگنالهای خام آنالوگ در داخل منطق نردبانی
اکثر کارتهای آنالوگ PLC جریان ۴-۲۰ میلیآمپر را به مقادیر عدد صحیح تبدیل میکنند. برای کارت ۱۶ بیتی، ۴ میلیآمپر برابر با ۰ شمارش و ۲۰ میلیآمپر برابر با ۲۷۶۴۸ در پلتفرمهای زیمنس یا ۳۲۷۶۷ در سیستمهای Allen-Bradley است. از فرمول زیر استفاده کنید: ارتعاش = (Raw_Counts - Offset_4mA) تقسیم بر (Span_20mA - Offset_4mA) ضرب در Full_Scale. برای بازه ۰ تا ۱۰۰ میکرون پیک تا پیک، ۱۲ میلیآمپر برابر با ۵۰ میکرون است. این مقدار مقیاسبندی شده را در یک تگ عدد حقیقی ذخیره کنید. این محاسبه را هر ۵۰ میلیثانیه اجرا کنید تا پاسخ محافظتی کافی فراهم شود.
نصب پروب مجاورت برای خوانش دقیق
سوراخ رزوهای در محفظه بلبرینگ را با یک قلاویز تمیز کنید. به رزوههای پروب ماده ضد چسبندگی بزنید. پروب را تا جایی که نوک آن تقریباً به شفت برسد، پیچ کنید. یک ولتمتر به خروجی درایور وصل کنید. موقعیت پروب را تنظیم کنید تا ولتاژ گپ -۱۰.۰ ولت DC با تلرانس ±۰.۲ ولت خوانده شود. مهره قفل را با آچار تا ۱۰ نیوتنمتر سفت کنید در حالی که بدنه پروب را نگه داشتهاید. مطمئن شوید که ولتاژ هنگام سفت کردن تغییر نمیکند. فاصله هوایی نهایی باید تقریباً ۱.۵ میلیمتر برای پروب ۸ میلیمتری باشد.
برنامهنویسی تصمیمات قطع با تأخیر زمانی
وقتی ارتعاش از آستانه عبور میکند، فوراً قطع نکنید. پیکهای گذرا در هنگام راهاندازی یا اختلالات فرایند طبیعی هستند. از بلوک تایمر تأخیر در منطق نردبانی خود استفاده کنید. پیشتنظیم را برای شرایط هشدار ۰.۵ ثانیه و برای شرایط قطع ۱.۵ ثانیه قرار دهید. تایمر وقتی مقدار ارتعاش مقیاسبندی شده از آستانه عبور میکند، شروع میشود. خروجی فقط پس از پایان تایمر فعال میشود. وقتی ارتعاش به زیر آستانه منهای ۵ درصد باند هیسترزیس کاهش مییابد، تایمر فوراً ریست میشود. این کار از روشن و خاموش شدن سریع رلههای قطع جلوگیری میکند.
انتخاب آستانه بر اساس نوع کمپرسور
کمپرسورهای گریز از مرکز که بالای ۳۰۰۰ دور در دقیقه کار میکنند، از اندازهگیری جابجایی استفاده میکنند. آستانه قطع معمول ۸۰ میکرون پیک تا پیک است. آستانه هشدار ۵۰ میکرون است. کمپرسورهای رفت و برگشتی از اندازهگیری سرعت استفاده میکنند. قطع در ۱۲ میلیمتر بر ثانیه RMS. هشدار در ۸ میلیمتر بر ثانیه RMS. کمپرسورهای دندهای یکپارچه تحملهای سختگیرانهتری دارند. قطع در ۴۰ میکرون. همیشه ابتدا دفترچه راهنمای OEM را مشورت کنید. اگر داده OEM در دسترس نیست، از استاندارد ISO 10816-3 به عنوان مرجع استفاده کنید اما ۲۰ درصد حاشیه ایمنی زیر حد استاندارد اعمال کنید.
افزودن پایش ولتاژ گپ برای سلامت پروب
ولتاژ گپ نشاندهنده فاصله پروب از هدف است. تغییر ناگهانی ۰.۵ ولت DC نشاندهنده شل شدن پروب یا آسیب سطح هدف است. از یک کانال ورودی آنالوگ دوم برای خواندن ولتاژ گپ استفاده کنید. -۲ ولت DC را به ۰ شمارش و -۱۸ ولت DC را به شمارش کامل مقیاسبندی کنید. خوانش نرمال باید -۱۰ ولت DC باشد. هشدار را زمانی برنامهریزی کنید که ولتاژ گپ از -۹ ولت DC بیشتر یا از -۱۱ ولت DC کمتر شود. بلوک خاموشی را زمانی برنامهریزی کنید که ولتاژ گپ به -۱ ولت DC برسد که نشاندهنده تماس پروب با شفت است یا به -۲۰ ولت DC که نشاندهنده قطع شدن پروب است.
مورد میدانی: کارخانه اتیلن با کاهش ۸۷ درصدی زمان توقف
یک کارخانه اتیلن در ساحل خلیج سه کمپرسور گریز از مرکز برای سرویس گاز شکسته شده داشت. هر دستگاه رکهای جداگانه Bently Nevada 3500 و یک DCS هانیول داشت. دو سیستم داده ارتعاش را به اشتراک نمیگذاشتند. اپراتورها نمیتوانستند حرکت شفت را در زمان تغییر بار به صورت لحظهای ببینند. کارخانه هر پروب را مستقیماً به PLC زیمنس S7-1500 سیمکشی کرد. بارگذاری تدریجی برنامهریزی شد. وقتی ارتعاش به ۶۰ میکرون رسید، PLC فشار مکش را ۵ درصد کاهش داد. در ۷۰ میکرون، بار ۱۰ درصد دیگر کاهش یافت. در ۸۰ میکرون، دستگاه قطع شد. قبل از این تغییر، هشت خاموشی غیرمنتظره در سال رخ میداد. پس از تغییر، تنها یک خاموشی در ۱۸ ماه اتفاق افتاد. زمان توقف از ۱۱۲ ساعت به ۱۴ ساعت سالانه کاهش یافت. صرفهجویی بیش از ۴ میلیون دلار در سال بود.
مورد میدانی: واحد حذف نیتروژن از خرابی فاجعهبار جلوگیری میکند
یک کارخانه فرآوری گاز کانادایی کمپرسور دندهای یکپارچه با سرعت بالا را با ۲۸۰۰۰ دور در دقیقه داشت. OEM تنها یک سوئیچ ارتعاش ساده ارائه داد که در ۱۰۰ میکرون قطع میکرد. داده روند برای تحلیل در دسترس نبود. مهندسان مجموعه دوم پروبهای 3300 XL را به PLC CompactLogix سیمکشی کردند. شش ماه پس از نصب، روند PLC نشان داد ارتعاش از ۳۵ میکرون به ۵۵ میکرون طی دو هفته افزایش یافته است. الگو یک مولفه ۱X با محتوای کوچک ۲X نشاندهنده عدم تعادل بود. یک خاموشی برنامهریزی شده یک پروانه ترکخورده را نشان داد. هزینه تعویض ۱۸۰,۰۰۰ دلار بود. خرابی فاجعهبار گیربکس را نابود میکرد و هزینه ۱.۷ میلیون دلار به علاوه سه ماه زمان توقف داشت.
اجرای هشدارهای باند فرکانسی بدون آنالیزور طیف
PLCهای استاندارد نمیتوانند تحلیل FFT را به صورت داخلی انجام دهند. اما میتوانید فرکانسهای خطای خاص را با فیلتر آنالوگ تشخیص دهید. فیلترهای باندپَس خارجی را بین درایور و ورودی آنالوگ PLC نصب کنید. فیلتر دنبالکننده ۱X سرعت چرخش را دنبال میکند. فیلتر ۲X شرایط ناهماهنگی را تشخیص میدهد. فیلتر بالاگذر بالای ۵۰۰ هرتز خطاهای بلبرینگ را میگیرد. هر سیگنال فیلتر شده را به ورودی آنالوگ جداگانه ارسال کنید. هر باند را با آستانه مستقل خود مقایسه کنید. این روش هزینه کمتری نسبت به آنالیزور طیف کامل دارد اما اطلاعات تشخیصی مفیدی ارائه میدهد.
آزمایش سیستم یکپارچه قبل از راهاندازی کمپرسور
فقط به شبیهسازی نرمافزاری برای اعتبارسنجی اکتفا نکنید. از کالیبراتور سیگنال دستی که جریان ۴-۲۰ میلیآمپر خروجی میدهد استفاده کنید. ورودی پروب را در درایور قطع کرده و کالیبراتور را وصل کنید. ۴ میلیآمپر تزریق کنید و تأیید کنید PLC مقدار ۰ میکرون را میخواند. ۱۲ میلیآمپر تزریق کنید و ۵۰ درصد مقیاس کامل را تأیید کنید. ۲۰ میلیآمپر تزریق کنید و مقیاس کامل را تأیید کنید. سیگنال را طی ۳۰ ثانیه از ۴ میلیآمپر به ۲۰ میلیآمپر افزایش دهید. تأیید کنید هر هشدار و قطع در مقدار میلیآمپر صحیح فعال میشود. زمان از عبور آستانه تا خروجی رله را با اسیلوسکوپ اندازهگیری کنید. تأخیر قابل قبول کمتر از ۱۰۰ میلیثانیه به علاوه تأخیر تایمر برنامهریزی شده شما است.
اشتباهات رایج نصب و نحوه اجتناب از آنها
اشتباه ۱: استفاده از کابل بدون شیلد برای حلقه ۴-۲۰ میلیآمپر. این کابل نویز درایو فرکانس متغیر را جذب میکند. همیشه از کابل شیلددار Belden 8762 یا معادل آن استفاده کنید. اشتباه ۲: تنظیم آستانه قطع خیلی نزدیک به ارتعاش عملیاتی عادی. حاشیه ۱۰ درصد باعث قطعهای مزاحم میشود. حداقل ۳۰ درصد حاشیه استفاده کنید. اشتباه ۳: فراموش کردن فعالسازی تشخیص قطع سیم. سیم قطع شده مانند ۰ میلیآمپر است که PLC آن را به عنوان ارتعاش صفر تفسیر میکند. ماژول ورودی آنالوگ را برنامهریزی کنید تا وقتی جریان زیر ۳ میلیآمپر میرود، بیت خطا را تنظیم کند. اشتباه ۴: نصب درایور در منطقه با دمای بالای ۸۵ درجه سانتیگراد. الکترونیک درایور با دما تغییر میکند. درایورها را در محفظه خنک جداگانه نصب کنید.
مقایسه هزینه: سیمکشی مستقیم در مقابل رک مانیتور سنتی
| جزء | سیستم سنتی | یکپارچهسازی مستقیم PLC |
|---|---|---|
| پروبها و درایورها | ۴,۵۰۰ دلار | ۴,۵۰۰ دلار |
| مانیتور ارتعاش برای ۴ کانال | ۱۲,۰۰۰ دلار | ۰ دلار |
| کارت ورودی آنالوگ PLC | ۰ دلار (قبلاً موجود) | ۱,۲۰۰ دلار |
| مهندسی و برنامهنویسی | ۸,۰۰۰ دلار | ۶,۰۰۰ دلار |
| جمع کل برای هر کمپرسور | ۲۴,۵۰۰ دلار | ۱۱,۷۰۰ دلار |
یکپارچهسازی مستقیم برای هر رشته کمپرسور ۱۲,۸۰۰ دلار صرفهجویی میکند. برای کارخانهای با ده کمپرسور، صرفهجویی فقط در سختافزار بیش از ۱۲۰,۰۰۰ دلار است. هزینههای نگهداری کمتر است چون رک مانیتور جداگانهای برای کالیبراسیون دورهای لازم نیست.
پرسشهای متداول از مهندسان میدانی
س1: آیا سیمکشی مستقیم الزامات API 670 برای حفاظت ماشینآلات را برآورده میکند؟
ج1: API 670 نیازمند سیستم حفاظت اختصاصی با زمان پاسخ و قابلیتهای تشخیصی مشخص است. یک PLC بهدرستی برنامهریزی شده با ورودیهای آنالوگ ایزوله و منابع تغذیه افزونه میتواند هدف را برآورده کند. با این حال برخی بیمهگران هنوز مانیتورهای تأیید شده میخواهند. قبل از حذف رکهای حفاظتی موجود با بیمهگر خود مشورت کنید.
س2: زمان اسکن PLC چقدر باید سریع باشد تا حفاظت ارتعاشی کافی باشد؟
ج2: حداکثر تأخیر قابل قبول از حسگر تا رله قطع برای اکثر کمپرسورها ۲۰۰ میلیثانیه است. یک PLC مدرن که وظیفه دورهای را هر ۵۰ میلیثانیه با منطق نردبانی ساده اجرا میکند به راحتی این را برآورده میکند. از اسکن عمومی PLC با بلوکهای برنامه طولانی اجتناب کنید. یک وظیفه وقفه با اولویت بالا فقط برای کانالهای ارتعاش ایجاد کنید.
س3: چگونه افزونگی دو پروب را در برنامه PLC مدیریت کنم؟
ج3: دو پروب را با فاصله ۹۰ درجه روی یک بلبرینگ نصب کنید. هر دو مقدار را به PLC بخوانید. اگر هر کدام از پروبها آستانه را برای ۱.۵ ثانیه رد کرد، کمپرسور را قطع کنید. برای منطق هشدار از طرح رأیگیری استفاده کنید. اگر هر دو پروب بیش از ۸۰ درصد آستانه را رد کردند، هشدار نگهداری فعال شود. اگر یک پروب بیش از ۱۲۰ درصد آستانه را رد کرد، بدون توجه به تأخیر تایمر، هشدار فوری فعال شود.
خلاصه مهندسی برای متخصصان اتوماسیون
سیمکشی مستقیم پروبهای Bently Nevada 3300 XL به ورودیهای آنالوگ PLC سختافزار غیرضروری را حذف کرده و تأخیر را کاهش میدهد. از حلقههای ۴-۲۰ میلیآمپر با کابل شیلددار تابیده استفاده کنید. سیگنال را داخل PLC با فرمول خطی مقیاسبندی کنید. تأخیرهای زمانی ۰.۵ تا ۱.۵ ثانیه برنامهریزی کنید تا از قطعهای مزاحم جلوگیری شود. پایش ولتاژ گپ را برای تشخیص سلامت پروب اضافه کنید. قبل از راهاندازی هر کانال را با کالیبراتور سیگنال آزمایش کنید. موارد میدانی از کارخانههای اتیلن و تأسیسات فرآوری گاز کاهش ۸۰ تا ۹۰ درصدی زمان توقف غیرمنتظره را با دوره بازگشت سرمایه کمتر از شش ماه نشان میدهند.
