Das 3500/25 Enhanced Keyphasor Module ist eine wichtige Komponente des 3500 Machinery Protection Systems. Es handelt sich um ein dediziertes Dual-Channel-Modul halber Höhe. Seine Hauptaufgabe besteht darin, präzise und zuverlässige Keyphasor-Signale an alle Überwachungsmodule im Rack (z. B. Vibrations-, Exzentrizitäts- und Differentialausdehnungsmonitore) zu liefern. Das Keyphasor-Signal ist der „Herzschlag“ und die Zeitreferenz für die Überwachung rotierender Maschinen. Dabei handelt es sich um ein Impulssignal, das einmal oder mehrmals pro Wellenumdrehung erzeugt wird und dazu dient, die momentane Position des Rotors genau zu markieren.
Der 3500/25 umfasst eine feste Frontkarte (149369-01) und fünf verschiedene Arten von Rückkarten (Einzelheiten finden Sie auf der Bestellseite). Die 149369-01 kann in Kombination mit einer der hinteren Karten ein komplettes System bilden.
Dieses Modul akzeptiert Rohsignale von Wirbelstrom-Näherungssonden oder magnetischen Aufnehmern und wandelt sie in klare digitale Keyphasor-Signale um. Dieses Signal zeigt genau den Moment an, in dem die Keyphasor-Markierung auf der Welle mit dem Keyphasor-Wandler übereinstimmt. Das 3500-System kann bis zu 4 Keyphasor-Signale in einer Standardkonfiguration und bis zu 8 Keyphasor-Signale in einer Paarkonfiguration akzeptieren, um den Überwachungsanforderungen komplexer Maschinen gerecht zu werden. Das Modul 3500/25 ist eine verbesserte Version seines Vorgängers (PWA 125792–01). Unter Wahrung der vollständigen Abwärtskompatibilität in Form, Passform und Funktion erweitert es die Signalverarbeitungsfähigkeiten erheblich und fügt erweiterte Funktionen wie vor Ort aktualisierbare Firmware und Asset-Management-Datenberichte hinzu.
Merkmale
Hochpräzise Timing-Referenzbereitstellung: Fungiert als „Taktquelle“ für das gesamte 3500-System und liefert präzise Impulssignale pro Umdrehung an alle Überwachungsmodule, die eine Phasenreferenz benötigen. Es ist der Grundstein für die Messung aller Vektorparameter wie Drehzahl, Schwingungsphase und Exzentrizitätsrichtung.
Umfangreiche Signalkompatibilität: Jedes Modul kann bis zu zwei Wandlersignaleingänge akzeptieren und ist vollständig kompatibel mit zwei gängigen Keyphasor-Sensortypen:
Wirbelstrom-Näherungssonden: Bieten hochpräzise Keyphasor-Signale mit hoher Auflösung, die für die meisten rotierenden Maschinen mit hoher Geschwindigkeit bevorzugt werden.
Magnetische Tonabnehmer: Geeignet für Anwendungen wie Zahnräder oder gekerbte Räder, besonders ideal für niedrige Geschwindigkeiten oder raue Umgebungen (erfordert Geschwindigkeit > 200 U/min).
Erweiterte Signalkonditionierungsfunktionen:
Automatischer Schwellenwert: Passt sich automatisch an Signaländerungen an, mit einem minimalen Triggersignal von 2 V Spitze-zu-Spitze, was die Einrichtung vereinfacht.
Manueller Schwellenwert: Benutzer können den Triggerpegel (0 bis -20 V DC) anpassen, schwache Signale bis zu 500 mV Spitze-zu-Spitze auslösen und verfügen über eine einstellbare Hysterese für effektive Entstörung.
Großer Frequenzgangbereich: Unterstützt Eingangsfrequenzen von bis zu 1.200.000 CPM (20 kHz) und ist in der Lage, komplexe Signale mit mehreren Ereignissen pro Umdrehung zu verarbeiten, z. B. die Erzeugung eines synthetischen Signals einmal pro Umdrehung aus einem Gang.
Dual-Threshold-Trigger-Modi:
Flexible Konfigurations- und Redundanzschemata:
TMR-Unterstützung (Triple Modular Redundancy): Für Anwendungen, die extrem hohe Sicherheitsniveaus erfordern, kann das System zwei Keyphasor-Module verwenden, die parallel arbeiten, um primäre und Backup-Keyphasor-Signale bereitzustellen und so die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen.
Gepaarte Konfiguration: Durch die Paarung zweier Module in benachbarten Steckplätzen halber Höhe kann die Keyphasor-Kanalkapazität des Systems erweitert werden, was eine komplexere Mehrachsenüberwachung ermöglicht.
Option für isolierte I/O-Module: Bietet dedizierte isolierte I/O-Module, die eine elektrische Isolierung bieten, wenn Keyphasor-Signale an mehrere Geräte (z. B. Steuerungssysteme) parallel geschaltet werden müssen, wodurch Erdschleifenstörungen und Konflikte zwischen Systemen vermieden werden. Obwohl diese Module für magnetische Aufnehmer konzipiert sind, können sie bei Bereitstellung einer externen Stromversorgung auch mit Näherungssensoren verwendet werden.
Mehrere Ausgangsschnittstellen: Bietet gepufferte Keyphasor-Signalausgänge sowohl über Koaxialanschlüsse auf der Vorderseite als auch über Eurostecker auf der Rückseite und erleichtert so den Anschluss an externe Diagnosegeräte (z. B. Spektrumanalysatoren).
Umfassende Statusüberwachung und Diagnose: Die Frontplatte ist mit einer OK-LED (Modulfehleranzeige) und einer TX/RX-LED (Kommunikationsstatus mit dem Rack-Schnittstellenmodul) ausgestattet, was eine schnelle Diagnose des Modulzustands ermöglicht.
Erweiterte Funktionen: Unterstützt die Generierung von Einzelereignissignalen aus Mehrfachereignissignalen, vor Ort aktualisierbare Firmware und Asset-Management-Datenberichte, wodurch die Systemintelligenz und Wartbarkeit verbessert wird.
Globale Zertifizierungen und Anwendbarkeit: Das Modul und seine I/O-Optionen haben mehrere internationale Explosionsschutzzertifizierungen wie cNRTLus, ATEX und IECEx sowie Sicherheits- und Schifffahrtszertifizierungen wie CE, DNV GL und ABS bestanden und erfüllen die Installationsanforderungen für verschiedene raue Umgebungen weltweit.
Funktionsprinzip und technische Details
Das Funktionsprinzip des 3500/25-Moduls ist ein komplizierter Prozess von der „analogen Signalerfassung“ bis zur „digitalen Impulserzeugung“.
Signalerfassung und -eingabe:
Das Modul empfängt rohe analoge Signale von Keyphasor-Sensoren über das hintere I/O-Modul:
Für Näherungssensoren: Der Eingangssignalbereich beträgt +0,8 V bis -21,0 V (nicht isolierter E/A). Das Modul versorgt die Sonde mit einer Erregerspannung von -24 VAC.
Für magnetische Tonabnehmer: Erzeugen Sie Wechselspannungssignale mit einer minimalen Eingangsimpedanz von 21,8 kΩ.
Die interne Schutzschaltung des Moduls klemmt Eingangssignale außerhalb des Bereichs ab, um interne Komponenten zu schützen.
Signalkonditionierung und Digitalisierung:
Wenn die Signalspannung den eingestellten Schwellenwert überschreitet (oder unterschreitet, je nach Polarität), wechselt der Komparatorzustand.
Entscheidend ist hier die Hysteresefunktion. Es stellt die Spannungsdifferenz zwischen Trigger und Reset ein und verhindert so effektiv wiederholte Komparatorumschaltungen aufgrund von Signaljitter oder Rauschen und stellt sicher, dass pro Keyphasor-Markierung nur ein sauberer, klarer Impuls erzeugt wird.
Das analoge Eingangssignal wird zunächst von der Konditionierungsschaltung verstärkt und geformt.
Das Signal gelangt dann in die Komparatorstufe, wo es mit dem vom Benutzer eingestellten Schwellenwert verglichen wird.
Der Ausgang des Komparators wird in einen digitalen Rechteckimpuls umgewandelt, der das endgültige Keyphasor-Signal darstellt.
Logikverarbeitung und -ausgabe:
Das erzeugte digitale Keyphasor-Signal wird an die Logikverarbeitungseinheit des Moduls gesendet.
Dieses Signal wird über den Rückwandbus an alle Monitormodule im 3500-Rack gesendet. Vibrationsmonitore verwenden diese steigende Flanke, um die Phase der Vibrationswellenform zu sperren und die 1-fache Amplitude usw. zu berechnen.
Gleichzeitig wird das Signal auch an die gepufferten Ausgangsverstärker vorne und hinten (Ausgangsimpedanz ≤ 504 Ω) zur Verwendung durch externe Geräte gesendet.
Besondere Überlegungen für isolierte E/A:
Isolierte E/A-Module verwenden Isolationskomponenten wie Transformatoren oder Optokoppler, um das Keyphasor-Eingangssignal vollständig elektrisch von den internen Schaltkreisen des 3500-Systems zu isolieren.
Diese Isolierung führt zu einem geringen Verlust an Reaktionszeit und zu Phasenfehlern. Wie in Abbildung 1 dargestellt, variiert der Phasenfehler mit der Maschinengeschwindigkeit (typischerweise ist er bei niedrigeren Geschwindigkeiten deutlicher zu erkennen). Daher kann es zwar zur Phasenmessung verwendet werden, sein Hauptzweck ist jedoch die genaue Geschwindigkeitsmessung. Für Anwendungen, die eine extrem hohe Phasengenauigkeit erfordern, sollten nicht isolierte E/A-Module Vorrang haben.
Spezifikationen
| der Artikelspezifikation |
Beschreibung |
| Anzahl der Kanäle |
2 unabhängige Kanäle (pro Modul) |
| Eingangssignaltyp |
Wirbelstrom-Näherungssonde oder magnetischer Aufnehmer (MPU) |
| Eingangssignalbereich |
Nicht isolierte E/A: +0,8 V bis -21,0 V; Isolierte E/A: +5 V bis -11 V |
| Eingangsimpedanz |
≥ 21,8 kΩ |
| Mindestgeschwindigkeit (MPU) |
> 200 U/min (3,3 Hz) |
| Frequenzbereich |
Eingang: 0,017 Hz bis 20 kHz (1 bis 1.200.000 CPM) |
| Geschwindigkeitsgenauigkeit |
±1 CPM (0,017–100 Hz) bis ±1 % (501 Hz–20 kHz) |
| Triggerschwelle |
Auto-Modus: Min. 2 V pp; Manueller Modus: Vom Benutzer einstellbar (0 bis -20 V DC), min. 500 mV pp |
| Hysteresebereich |
Vom Benutzer einstellbar, 0,2 bis 2,5 V |
| Ausgangssignal |
Gepufferter digitaler Keyphasor-Impuls (TTL-kompatibel) |
| Ausgangsimpedanz |
≤ 504 Ω |
| Stromversorgung des Wandlers |
-24 VAC/Kanal, max. 40 mA |
| Stromverbrauch |
3,2 Watt (typisch) |
| Betriebstemperatur |
Standard-I/O: -30 °C bis +65 °C; Interne Barriere-E/A: 0 °C bis +65 °C |
| Modulabmessungen (HxBxT) |
Hauptmodul: 119,9 mm x 24,4 mm x 256,5 mm (halbe Höhe) |
| Rack-Platz |
1 vorderer Steckplatz halber Höhe (Hauptmodul) + 1 hinterer Steckplatz voller Höhe (E/A-Modul) |
| Explosionsgeschützte Zertifizierung |
cNRTLus (CL I, Div 2), ATEX/IECEx (II 3G Ex nA nC ic IIC T4 Gc) |
Anwendungsszenarien
Das 3500/25 Enhanced Keyphasor Module ist eine ideale Wahl für die folgenden Szenarien:
Große kritische rotierende Maschinen: Bietet zuverlässige Keyphasor-Referenz für Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren, Wasserpumpen, Lüfter usw., die zur Überwachung der Schwingungsphase, der Differenzausdehnung, der Exzentrizität, der Geschwindigkeit usw. verwendet werden. Es ist ein wesentliches Werkzeug für die Durchführung dynamischer Auswuchtungen und die Analyse von Fehlereigenschaften.
Mehrwellenstränge: Durch die Verwendung mehrerer Module oder gepaarter Konfigurationen werden unabhängige Keyphasor-Messungen für mehrere Wellen in komplexen Einheiten wie Parallelwellen- oder Tandemkompressoren ermöglicht.
Getriebeüberwachung: Nutzt seine Multi-Event-Verarbeitungsfähigkeit, um einmal pro Umdrehung ein synthetisches Signal aus mehreren Zahnradzähnen zu erzeugen und so die Zahneingriffsfrequenz und ihre Seitenbänder präzise zu analysieren.
Systeme, die eine Signalisolierung erfordern: Wenn Keyphasor-Sensoren gleichzeitig an das 3500-System und andere Steuerungssysteme wie DCS/SPS angeschlossen werden müssen, verhindert die Verwendung isolierter E/A-Module gegenseitige Störungen zwischen Systemen und gewährleistet die Signalintegrität.
Sicherheitskritische Anwendungen: Bietet in TMR-Konfigurationen (Triple Modular Redundancy) redundante Keyphasor-Signalquellen für Safety Instrumented Systems (SIS) und gewährleistet so die absolute Zuverlässigkeit kritischer Funktionen wie des Übergeschwindigkeitsschutzes.
Überwachung von Geräten mit niedriger Geschwindigkeit: Der manuelle Schwellenwertmodus ermöglicht die effektive Erfassung von Keyphasor-Signalen von Geräten mit niedriger Geschwindigkeit (mindestens 1 U/min, kann 1 U/min erreichen).
Offshore-Plattformen und Schiffsstromversorgungssysteme: Bietet dank seines robusten Designs und seiner maritimen Zertifizierungen eine stabile Leistung in vibrationsintensiven und umweltschädlichen maritimen Anwendungen.
