Die MPC4-Maschinenschutzkarte ist eine Kernkomponente der VM-Produktlinie und ein wichtiger Bestandteil des Maschinenschutzsystems (MPS) der VM600-Serie. Diese Karte wurde für die Echtzeitüberwachung und den Schutz von Industriemaschinen entwickelt und zeichnet sich durch hohe Programmierbarkeit und Vielseitigkeit aus. Sie kann gleichzeitig vier dynamische Signaleingänge und zwei Tachometereingänge (Keyphasor) verarbeiten. Die MPC4-Karte wird häufig in kritischen Industriezweigen wie Energieerzeugung, Öl und Gas sowie Luft- und Raumfahrt eingesetzt, um sicherzustellen, dass Geräte unter sicheren und zuverlässigen Bedingungen funktionieren.
Die MPC4-Karte ist in drei Versionen erhältlich: Standard, Separate Circuits und Safety (MPC4SIL) und erfüllt die Sicherheits- und Funktionsanforderungen verschiedener Anwendungsszenarien. Alle Versionen müssen als Kartenpaar mit einer entsprechenden IOC4T-Ein-/Ausgabekarte verwendet werden.
II. Hauptmerkmale und Vorteile
1. Mehrkanaliger dynamischer Signaleingang
Unterstützt 4 dynamische Signalkanäle und akzeptiert Eingaben von verschiedenen Sensoren wie Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung (Nähe).
Jeder Kanal ist unabhängig programmierbar und unterstützt Spannungs- (±10 V AC) oder Stromeingang (0–25 mA DC).
Die Eingangsimpedanz beträgt 200 kΩ, mit hohem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (>60 dB) und geringem Übersprechen (-72 dB).
2. Dualer Drehzahlmesser-Eingang (Keyphasor).
Unterstützt 2 Geschwindigkeits-/Phasenreferenzeingänge, geeignet für Näherungssensoren, Magnetaufnehmer oder TTL-Signale.
Unterstützt gebrochene Drehzahlmesserverhältnisse mit einem großen Geschwindigkeitsbereich (0,016 Hz bis 50 kHz).
3. Digitale Echtzeitsignalverarbeitung (DSP)
Nutzt fortschrittliche DSP-Technologie für Echtzeitfilterung, Integration/Differenzierung und Gleichrichtung (RMS, Mittelwert, True Peak, True Peak-to-Peak).
Unterstützt die Auftragsverfolgung und ermöglicht die gleichzeitige Überwachung von Amplitude und Phase.
4. Programmierbare Alarme und adaptive Sollwerte
Bietet zweistufige Alarme für Warnung und Gefahr und unterstützt Verzögerungs-, Hysterese- und Verriegelungsfunktionen.
Alarmschwellen können basierend auf der Geschwindigkeit oder externen Signalen adaptiv angepasst werden, wodurch die Systemflexibilität erhöht wird.
5. Sensorstromversorgung und Signalaufbereitung
Integrierte Netzteile unterstützen Sensoren wie IEPE-Beschleunigungsmesser und Näherungsmesssysteme.
Bietet Spannungsausgänge von ±27,2 V, +15 V und eine 6,16-mA-Konstantstromquelle.
6. Anschlüsse und Statusanzeigen auf der Vorderseite
BNC-Anschlüsse für jeden Kanal geben gepufferte „rohe“ Sensorsignale für die externe Analyse aus.
LED-Anzeigen auf der Vorderseite zeigen Kanalstatus, Alarme und Systemfehler an.
7. Hot-Swap-fähiger und modularer Aufbau
Unterstützt das Live-Einfügen und Entfernen (Hot-Swapping) und erleichtert so Wartung und Upgrades.
Kann in Verbindung mit anderen Karten im VM600-System betrieben werden (z. B. IOC4T, RLC16, IRC4).
8. Sicherheit und Zertifizierungen
Sowohl die Standard- als auch die Safety-Version sind nach IEC 61508 und ISO 13849 für funktionale Sicherheitssysteme (z. B. SIL 1, PL c) zertifiziert.
Die Safety-Version (MPC4SIL) verfügt über eine elektrische Isolierung, um unbeabsichtigte Konfigurationsänderungen zu verhindern.
III. Funktionsprinzip und Verarbeitungsfunktionen
Das Kernfunktionsprinzip der MPC4-Karte basiert auf der leistungsstarken Digital Signal Processing (DSP)-Technologie. Es bietet umfassende Maschinenüberwachung und -schutz durch Echtzeiterfassung, Filterung, Analyse und Alarmverarbeitung von Sensorsignalen. Das Funktionsprinzip wird im Folgenden in vier Aspekten detailliert beschrieben:
1. Signaleingang und -aufbereitung
Die MPC4-Karte akzeptiert Signale von verschiedenen Sensoren, darunter:
Dynamische Signale: Wie Vibrationsbeschleunigung, Geschwindigkeit, Verschiebung sowie Schubposition, Exzentrizität, Gehäuseausdehnung usw.
Tachometersignale: Von Keyphasoren, Encodern oder Pulssensoren, die zur Phasenreferenz und Geschwindigkeitsmessung verwendet werden.
Jeder dynamische Signaleingang wird einer analogen Front-End-Konditionierung unterzogen, einschließlich:
Impedanzanpassung: Die Eingangsimpedanz von 200 kΩ berücksichtigt verschiedene Sensorausgangseigenschaften.
Gleichtaktunterdrückung: CMRR > 60 dB unterdrückt wirksam Gleichtaktstörungen.
Frequenzgang: Analoger Frequenzbereich von DC bis 60 kHz (-3 dB), wodurch sichergestellt wird, dass hochfrequente Komponenten erhalten bleiben.
Stromeingangssignale werden vor der Abtastung über einen internen 324,5-Ω-Widerstand in Spannungssignale umgewandelt. Alle Eingangssignale durchlaufen Anti-Aliasing-Filter, bevor sie den ADC (Analog-Digital-Wandler) erreichen, wodurch die Abtastgenauigkeit gewährleistet wird.
2. Ablauf der digitalen Signalverarbeitung
Die MPC4-Karte verwendet eine Mehrkanal-Parallelverarbeitungsarchitektur, bei der jedes Signal unabhängig verarbeitet wird, was hauptsächlich die folgenden Schritte umfasst:
a) Digitale Filterung
Unterstützt Hochpass-, Tiefpass- und Bandpassfilter mit konfigurierbaren Flankensteilheiten von 6 bis 60 dB/Oktave.
Die Welligkeit im Durchlassbereich beträgt weniger als ±0,3 dB und die Dämpfung im Sperrbereich beträgt mehr als 50 dB, was die Signalreinheit gewährleistet.
b) Integration und Differenzierung
Kann je nach Bedarf Beschleunigung in Geschwindigkeit oder Verschiebung integrieren oder Geschwindigkeit in Beschleunigung differenzieren.
Der Betriebsfrequenzbereich der Integration beträgt 2,5 Hz bis 10 kHz.
c) Gleichrichtung und Amplitudenberechnung
d) Auftragsverfolgung und Phasenanalyse
Verfolgt automatisch die Amplitude und Phase bestimmter Befehle (z. B. 1X, 2X, 3X) bei Geschwindigkeitsänderungen.
Der Phasenfehler beträgt weniger als ±6°, typischerweise ±1° bei der Grundfrequenz.
e) Abstands-/Positionsmessung
Wird zur Überwachung statischer oder sich langsam ändernder Parameter wie Wellenverschiebung und Schubposition verwendet.
Unterstützt die anfängliche Lücken-/Versatzkompensation für eine verbesserte Messgenauigkeit.
3. Alarmverarbeitung und Logikkombination
Die MPC4-Karte verfügt über ein flexibel konfigurierbares Alarmsystem:
a) Alarmstufen
Jeder Kanal unterstützt Alarm- und Gefahrenalarme mit zwei Ebenen, die jeweils als Grenzwertüberschreitung (A+, D+) oder Grenzwertunterschreitung (A-, D-) konfigurierbar sind.
Alarmschwellen können an einer beliebigen Stelle innerhalb des Gesamtbereichs eingestellt werden und unterstützen eine adaptive Anpassung, z. B. basierend auf der Geschwindigkeit.
b) Alarmverzögerung und Hysterese
Benutzer können Alarmverzögerungszeiten einstellen, um Fehlauslösungen zu verhindern.
Die Hysteresefunktion verhindert, dass Alarme in der Nähe des Schwellenwerts klappern.
c) Logische Kombinationen
Unterstützt Logikkombinationen wie UND, ODER und Mehrheitsabstimmung, wobei bis zu 8 Grundfunktionen und 4 erweiterte Funktionen konfigurierbar sind.
Geeignet für die komplexe Beurteilung mehrerer Parameter in Maschinensystemen.
d) Alarmausgänge
4. Systemselbstdiagnose (OK-System)
Die MPC4-Karte verfügt über ein integriertes OK-System, das kontinuierlich den Zustand des Sensors und der Signalkette überwacht:
Zweistufige Schwellenwerterkennung: Konfigurierbare obere und untere Grenzwerte überwachen, ob der Signalpegel innerhalb eines angemessenen Bereichs liegt.
Leitungsfehlererkennung: Identifiziert Fehler wie offene Stromkreise und Kurzschlüsse.
Anzeige auf der Vorderseite: Jeder Kanal verfügt über eine LED, die den Status „OK“ oder den Fehlertyp anzeigt.
Darüber hinaus führt die MPC4-Karte beim Start eine Selbsttestroutine durch, die den Hardware- und Firmware-Status diagnostiziert, um einen zuverlässigen Systembetrieb sicherzustellen.
IV. Versionsunterschiede und anwendbare Szenarien
| Versionsmerkmale |
Typische |
Anwendungen |
| Standard |
Unterstützt alle Funktionen, einschließlich VME-Bus, Tachometerkanäle und Schmalband-Tracking. |
Allgemeine Maschinenschutzsysteme. |
| Separate Stromkreise |
Elektrisch isoliertes Design, konform mit IEC 60255-5. |
Umgebungen mit hoher elektromagnetischer Interferenz. |
| Sicherheit (MPC4SIL) |
Keine VME-Schnittstelle, keine Tachometer- oder Schmalband-Tracking-Unterstützung, SIL 1-zertifiziert. |
Funktionale Sicherheitssysteme (z. B. SIL 1 / PL c). |
V. Typische Anwendungen
Gas- und Dampfturbinen: Vibrations-, Verdrängungs- und Geschwindigkeitsüberwachung.
Kompressoren und Pumpen: Wellenvibration, Lagerzustand, Schubposition.
Generatoren und Motoren: Vibrationsschutz, Phasenanalyse.
Windkraftanlagen: Vibrationen des Antriebsstrangs und Geschwindigkeitsverfolgung.
