TQ 402 & TQ 412 / EA 402 / IQS 452 Näherungswandlersystem Technischer Leitfaden: Konfiguration, Installation, Betrieb, Debugging und Wartung

Kapitel 1: Einführung – Systemübersicht

TQ 402 & TQ 412 / EA 402 / IQS 452 Näherungswandlersystem, das für die genaue Erfassung der relativen Wellenvibration und der axialen Position kritischer rotierender Maschinen (wie Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren und Pumpen) verantwortlich ist und die grundlegendsten und wichtigsten Daten für den Geräteschutz und die vorausschauende Wartung liefert. Ziel dieses Leitfadens ist es, Ingenieuren und Technikern eine vollständige technische Referenz zu bieten, die den gesamten Lebenszyklus von der Systemauswahl und -konfiguration bis hin zum langfristigen Betrieb und der Wartung abdeckt.

Kernsystemkomponenten:

• Näherungssensor TQ 402 / TQ 412: Das zentrale Sensorelement des Systems, das nach dem Wirbelstromprinzip arbeitet.

• TQ 402: Standardmontageversion, Vollgewindegehäuse, geeignet für den direkten Einbau in Maschinen.

• TQ 412: Reverse Mount-Version mit integrierter Sicherungsmutter, speziell für die Installation durch Sondenadapter von außerhalb der Maschine konzipiert.

• EA 402-Verlängerungskabel: Verbindet den Wandler mit dem Signalaufbereiter und stellt sicher, dass die Gesamtlänge des Systems strenge elektrische Anforderungen erfüllt.

• IQS 452 Signalaufbereiter: Das „Signalgehirn“ des Systems, das dem Wandler hochfrequente Anregungsleistung liefert und ein Signal demoduliert, verstärkt und ausgibt, das proportional zur Lücke ist. Zu seinen Unterversionen gehören:

• IQS 452 Ver. 0XX/1XX: Bietet einen linearen Bereich von 4 mm mit Spannungsausgang (4 mV/μm) bzw. Stromausgang (1,25 μA/μm).

• IQS 452 Ver. 2XX/3XX: Bietet einen linearen Bereich von 2 mm mit Spannungsausgang (8 mV/μm) bzw. Stromausgang (2,5 μA/μm).

Wichtige Zertifizierungen und Kompatibilität:

• Explosionsgeschützte Zertifizierung: Systemkomponenten sind in eigensicheren (Ex i) Versionen erhältlich, zertifiziert nach ATEX (LCIE 02 ATEX 6086 X) und CSA (1514309), geeignet für den Einsatz in potenziell explosiven Atmosphären.

• Systemintegration: Die von diesem System ausgegebenen Standardsignale können nahtlos in gängige Maschinenschutzsysteme integriert werden.

Dokumentationsgrundlage: Der gesamte Inhalt dieses Handbuchs wurde aus dem offiziellen Dokument MANUAL – Vibration System Field Equipment (Seq.-Nr. 36400) extrahiert, integriert und zusammengestellt, um Genauigkeit und Autorität zu gewährleisten.

Kapitel 2: Konfiguration – Systemdesign und technische Vorbereitung

Die korrekte Systemkonfiguration ist eine Voraussetzung für die Gewährleistung der Leistung und Messgenauigkeit. Dazu gehören vor allem die Auswahl des Wandlers, die Bestimmung der Systemlänge und die Einstellungen des Signalaufbereiters.

2.1 Wandler- und Kabelkonfiguration

• Auswahl des Wandlers:

• Wählen Sie je nach Messziel (Vibration/Position) und räumlichen Einschränkungen TQ 402 (Standardmontage) oder TQ 412 (Umgekehrte Montage).

• Bestimmen Sie anhand des erwarteten Wellenverlagerungsbereichs den erforderlichen linearen Messbereich (2 mm oder 4 mm), der die passende IQS 452-Version bestimmt.

• Bestimmung der Gesamtsystemlänge (TSL):

• Goldene Regel: Die Gesamtkabellänge von der Wandlerspitze bis zum Eingang des Signalaufbereiters (integriertes Kabel + Verlängerungskabel) muss unbedingt 5 Meter oder 10 Meter betragen. Die elektrischen Eigenschaften des Systems sind für diese Länge optimiert. Jede Abweichung führt zum Verlust der Kalibrierung und zu Leistungseinbußen.

• Längenberechnung und Bestellung: Wählen Sie basierend auf dem Installationsabstand die passende Länge des integrierten Kabels (z. B. 1 m, 5 m) und des EA 402-Verlängerungskabels (z. B. 4 m, 9 m) und stellen Sie sicher, dass die Summe 5 m oder 10 m beträgt.

• Kabelschutzkonfiguration:

• BOA-Edelstahlpanzerung: Bietet mechanischen Schutz.

• BOA Armor + KYNAR Schrumpfschlauch: Bietet mechanischen Schutz und elektrische Isolierung.

• Schutzrohr KS 106: Bietet umfassenden mechanischen und Umgebungsschutz (IP67).

• Wählen Sie je nach Feldumgebung einen geeigneten Schutz für die Kabel aus:

2.2 Konfiguration des Signalaufbereiters

• Auswahl des Ausgabemodus:

• 3-Draht-Spannungsausgang (Versionen 0XX, 2XX): Niedrige Ausgangsimpedanz, gute Kompatibilität, maximale Übertragungsentfernung von 200 Metern.

• 2-Draht-Stromausgang (Versionen 1XX, 3XX): Starke Entstörungsfähigkeit, maximale Übertragungsentfernung von 1000 Metern, muss jedoch mit einem Isolator wie dem GSI 123 verwendet werden.

• Empfindlichkeit und Bereichsanpassung:

• Stellen Sie sicher, dass die Empfindlichkeit (4 oder 8 mV/μm) und der Bereich (2 oder 4 mm) des ausgewählten IQS 452 mit dem TQ 402/412-Wandler und den Messanforderungen übereinstimmen.

• Leistungsbedarf:

• Der IQS 452 benötigt eine Stromversorgung von -20 VDC bis -32 VDC vom Maschinenschutzrahmen.

2.3 Zielmaterial- und Systemcharakterisierung

• Standard-Zielmaterial: Das System ist für die Verwendung mit VCL 140-Stahl (1.7225) kalibriert.

• Nicht standardmäßige Materialien: Wenn das Zielmaterial eine andere Legierung ist (z. B. Edelstahl, Aluminium), ändern sich die Empfindlichkeit und der lineare Bereich des Systems. In diesem Fall muss vor der Installation eine Systemcharakterisierung durchgeführt werden, um die tatsächliche Spannungs-Abstands-Kurve und den tatsächlichen linearen Messbereich und die Empfindlichkeit durch Experimente zu bestimmen.

Kapitel 3: Installation – Mechanische und elektrische Umsetzung

Die korrekte Installation ist die physikalische Grundlage für einen langfristig stabilen Betrieb und die Datengenauigkeit des Systems.

3.1 Mechanische Installation

• Standort und Umgebung:

• Stellen Sie sicher, dass der Installationsbereich sauber, trocken und frei von korrosiven Gasen ist.

• Von starken Vibrationsquellen und Wärmequellen fernhalten.

• Einschränkungen bei der Montage des Wandlers (müssen unbedingt beachtet werden):

• Freiraum: Vor, seitlich und hinter dem Geberkopf müssen Mindestabstände eingehalten werden (TQ 402/412 Vollbereich: vorne 34 mm, seitlich 13 mm, hinten 46 mm).

• Abstand zur Montagehalterung: Der Mindestabstand vom Wandlerkopf zur Montagehalterung beträgt 13 mm.

• Abstand zwischen Wandlern: Der Mindestabstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Wandlern beträgt 51 mm.

• Abstand zur Wellenschulter/-ende: Der Mindestabstand zur Wellenschulter für die radiale Messung beträgt 9 mm; Der Mindestabstand zum Wellenende für die axiale Messung beträgt 14 mm.

• Montagemethoden:

• Im Maschinengehäuse: Montagehalterungen mit Gewinde- oder Durchgangslöchern verwenden. Für Durchgangslöcher sind zwei Sicherungsmuttern erforderlich. Tragen Sie LOCTITE 241-Kleber auf die Gewinde auf, um ein Lösen zu verhindern.

• Durch das Maschinengehäuse: Verwenden Sie die Sondenadapter PA 113 oder PA 103 (nur für TQ 412). Dies ermöglicht die Anpassung und den Austausch des Wandlers von außen.

• Mechanische Anpassung des Anfangsspalts:

• Vibrationsmessung: In der Mitte des linearen Bereichs einstellen.

• Positionsmessung: Stellen Sie es auf das Ende ein, das der Richtung der erwarteten Bewegung entgegengesetzt ist.

• Konzept: Der Abstand zwischen der Wandlerspitze und der Zieloberfläche bei ruhender Maschine.

• Einstellungsprinzip:

• Einstellmethode: Verwenden Sie eine Fühlerlehre, um den Spalt genau einzustellen. Sicherheitsmarge: Der Mindestabstand darf nicht weniger als 0,4 mm betragen (für 4 mV/μm-Systeme).

3.2 Elektrische Verkabelung

• Kabelinstallation:

• Befestigen Sie die Kabel im Inneren der Maschine alle 100 bis 200 mm mit Kabelklemmen.

• Beachten Sie unbedingt den Mindestbiegeradius: 40 mm für FEP-Koaxialkabel, 50 mm für Kabel mit BOA-Armierung.

• Kabel niemals kürzen oder verlängern. Überschüssiges Kabel sollte mit einem Durchmesser, der nicht kleiner als der minimale Biegeradius ist, aufgewickelt und gesichert werden.

• Verbindung und Schutz:

• Verbinden Sie den Stecker des integrierten Kabels des Wandlers mit dem EA 402-Verlängerungskabelstecker und platzieren Sie ihn sofort in einer JB 118-Anschlussdose oder im Schutzgehäuse des PA 113 für IP65-Schutz.

• Wichtig: Das Metallgehäuse des Steckers darf keinen Kontakt mit geerdeten Metallteilen haben, um Erdschleifenstörungen zu vermeiden.

• Kabeldurchführung:

• Verwenden Sie eine Kabeldurchführung SG 102 und umwickeln Sie die Gewinde mit Teflonband, um eine Abdichtung zu gewährleisten (IP68).

• Montage des Signalaufbereiters:

• Montieren Sie den IQS 452 auf der Isolierplatte im Inneren eines ABA 15X-Industriegehäuses, um Erdschleifen zu vermeiden.

• Systemverkabelung:

• 3-Draht: Verwenden Sie das Kabel K 309/K 310, verbinden Sie es mit „OUT“, „COM“, „-24V“.

• 2-Draht: Verwenden Sie das Kabel K 209/K 210, schließen Sie es an „OUT“, „-24 V“ an und schließen Sie es an einen GSI 123-Isolator an.

• Schließen Sie das Verlängerungskabel an den Eingang des IQS 452 an.

• Schließen Sie das Übertragungskabel entsprechend dem Ausgabemodus an:

• Abschirmung: Die Abschirmung des Übertragungskabels darf nur an einem Punkt geerdet werden: am Ende des Maschinenschutzsystems (im Schrank). Die Enden des Wandlers und des Aufbereiters müssen schwebend bleiben.

Kapitel 4: Betrieb – Systemlaufzeit und Überwachung

Sobald das System eingeschaltet und betriebsbereit ist, sind der tägliche Betrieb und die Statusüberwachung von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Produktionssicherheit.

4.1 Statusüberwachung

• Status des Signalaufbereiters IQS 452: Überwachen Sie den Status „OK“, „Alarm“, „Fehler“ über die Kartenstatusleuchten des Maschinenschutzsystems oder der zugehörigen Software (z. B. ToolboxST).

• Überwachung des Ausgangssignals: Überwachen Sie den dynamischen Wert des Wandlersignals (die Gleichstromkomponente stellt den durchschnittlichen Abstand dar, die Wechselstromkomponente stellt die Vibration dar) und die Wellenform in Echtzeit auf der HMI oder den Diagnoseseiten des Steuerungssystems.

4.2 Datenkommunikation

• Integration mit dem Steuerungssystem: Der vom IQS 452 ausgegebene analoge Spannungs-/Stromsignalausgang ist direkt mit der analogen Eingangskarte des Maschinenschutzsystems (z. B. Bently Nevada 3500/42M) verbunden.

• Alarm und Auslösung: Wenn Vibrations- oder Positionswerte voreingestellte Alarm- und Gefahrenschwellen überschreiten, generiert das System Alarme und löst Schutzmaßnahmen aus.

• Datenprotokollierung und -analyse: Signale können zur Trendanalyse und Fehlerdiagnose an eine historische Datenbank gesendet werden.

4.3 Grundfunktionen

• Online-Überwachung: Beobachten Sie den Schwingungsgesamtwert, die Lückenspannung, die Wellenform und das Spektrum in Echtzeit über die Systemsoftware, ohne die Maschine anzuhalten.

• Vorsichtsmaßnahmen:

• Vermeiden Sie die Verwendung von Elektrowerkzeugen oder anderen Geräten mit starken elektromagnetischen Störungen in der Nähe des Wandlers.

• Stellen Sie sicher, dass die Zieloberfläche sauber und frei von Öl, Rost oder magnetischen Ablagerungen ist, da diese die Messgenauigkeit beeinträchtigen.

Kapitel 5: Debugging – Systemüberprüfung und Funktionstests

Beim Debuggen handelt es sich um den notwendigen Prozess, um zu überprüfen, ob das System korrekt installiert, korrekt konfiguriert und wie vorgesehen funktioniert.

5.1 Prüfungen vor dem Einschalten

• Überprüfen Sie noch einmal, ob alle mechanischen Montagebeschränkungen erfüllt sind.

• Überprüfen Sie, ob alle Kabelverbindungen fest sind und die Abschirmung ordnungsgemäß geerdet ist (einziger Punkt).

• Überprüfen Sie die Polarität der Stromversorgung.

5.2 Schleifentest und -verifizierung

• Überprüfung der Lückenspannungscharakteristik:

• Stellen Sie den Abstand mithilfe einer Fühlerlehre auf mehrere bekannte Punkte innerhalb des linearen Bereichs ein (z. B. Min., Mitte, Max.).

• Messen Sie die entsprechende Ausgangsspannung bzw. den entsprechenden Ausgangsstrom auf der Seite des Maschinenschutzsystems oder direkt an den Ausgangsklemmen des IQS 452.

• Vergleichen Sie die Messwerte mit der theoretischen Kurve aus dem Datenblatt oder der aus der Charakterisierung erhaltenen Kurve; Der Fehler sollte innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegen.

• Dynamischer Funktionstest:

• Klopfen Sie zur Vibrationsmessung leicht auf die Welle (sofern dies gefahrlos möglich ist) und beobachten Sie, ob das Vibrationssignal entsprechend reagiert.

• Zur Positionsmessung bewegen Sie die Welle langsam und beobachten die lineare Änderung der Spaltspannung.

5.3 Systemintegrationstests

• Alarm- und Auslösefunktionstest:

• Simulieren Sie starke Vibrationen oder Positionsüberschreitungssignale, um zu überprüfen, ob das Steuerungssystem korrekt Alarm- und Gefahrensignale (Auslösesignale) generiert.

• Überprüfen Sie, ob die Alarmanzeigen auf dem HMI korrekt sind.

• Kanalredundanztest (falls zutreffend): Wenn das System mit redundanten Wandlern und Kanälen konfiguriert ist, simulieren Sie einen primären Kanalfehler und stellen Sie sicher, dass das System nahtlos auf den Backup-Kanal umschaltet.

Kapitel 6: Wartung – Vorbeugende und korrigierende Maßnahmen

Eine systematische Wartung ist der Grundstein für die Gewährleistung einer langfristigen Systemzuverlässigkeit.

6.1 Routinewartung

• Regelmäßige Inspektionen:

• Sichtprüfung: Überprüfen Sie Wandler, Kabel und Schutzvorrichtungen auf physische Schäden (Kratzer, Dellen, Verbrennungen).

• Mechanische Inspektion: Stellen Sie sicher, dass die Wandler sicher montiert und nicht locker sind. Überprüfen Sie den Zustand der Kabelklemmen.

• Elektrische Prüfung: Führen Sie regelmäßig Schleifentests durch (siehe 5.2) und zeichnen Sie Daten auf, um langfristige Drifttrends zu beobachten.

• Steckverbinderprüfung: Überprüfen Sie die Unversehrtheit der Dichtungen am JB 118 oder am Schutzgehäuse und achten Sie auf Anzeichen von Feuchtigkeit oder Korrosion im Inneren.

• Reinigung: Halten Sie den Wandlerkopf und die Zieloberfläche sauber. Reinigen Sie die Sondenoberfläche sorgfältig mit Isopropylalkohol und nichtmetallischen Werkzeugen.

6.2 Diagnose und Fehlerbehebung

6.3 Komponentenaustausch

• Austausch eines Wandlers:

1. Schalten Sie die Maschine aus und führen Sie Lockout-Tagout (LOTO) durch.

2. Trennen Sie die Kabel, nachdem Sie ihre Verbindungspunkte notiert haben.

3. Entfernen Sie den alten Wandler.

4. Installieren Sie den neuen Wandler und befolgen Sie strikt die Schritte in Kapitel 3, um den mechanischen Anfangsspalt neu einzustellen.

5. Schließen Sie die Kabel wieder an.

6. Führen Sie einen Schleifentest und eine Verifizierung durch (Abschnitt 5.2), um sicherzustellen, dass das neue Wandlersystem ordnungsgemäß funktioniert.

• Austausch eines Signalaufbereiters (IQS 452):

1. Bereiten Sie einen neuen IQS 452 desselben Modells und derselben Version vor.

2. Schalten Sie die Klimaanlage aus und ersetzen Sie sie.

3. Da die Systemparameter nach dem Einschalten auf der Steuerungssystemseite gespeichert werden, ist in der Regel keine zusätzliche Konfiguration erforderlich. Es sollte jedoch eine Ausgabeüberprüfung durchgeführt werden.

6.4 Ersatzteilmanagement

• Es wird empfohlen, wichtige Ersatzteile wie Wandler, Verlängerungskabel und Signalaufbereiter auf Lager zu halten.

• Notieren Sie die Modellnummern, Versionsnummern und Seriennummern der Ersatzteile, um die Kompatibilität mit dem vorhandenen System sicherzustellen.