La scheda di protezione macchinari MPC4 è un componente fondamentale della linea di prodotti VM e una parte fondamentale del sistema di protezione macchinari (MPS) serie VM600. Progettata per il monitoraggio e la protezione in tempo reale di macchinari industriali, questa scheda è caratterizzata da elevata programmabilità e versatilità, in grado di elaborare contemporaneamente quattro ingressi di segnale dinamico e due ingressi tachimetrici (Keyphasor). La scheda MPC4 è ampiamente utilizzata in settori industriali critici come la produzione di energia, petrolio e gas e aerospaziale per garantire che le apparecchiature funzionino in condizioni sicure e affidabili.
La scheda MPC4 è disponibile in tre versioni: Standard, Circuiti Separati e Sicurezza (MPC4SIL), soddisfacendo i requisiti funzionali e di sicurezza di diversi scenari applicativi. Tutte le versioni devono essere utilizzate in coppia con la corrispondente scheda di ingresso/uscita IOC4T.
II. Caratteristiche e vantaggi principali
1. Ingresso segnale dinamico multicanale
Supporta 4 canali di segnale dinamici, accettando input da vari sensori come accelerazione, velocità e spostamento (prossimità).
Ciascun canale è programmabile in modo indipendente e supporta l'ingresso di tensione (±10 V CA) o corrente (0–25 mA CC).
L'impedenza di ingresso è di 200 kΩ, con un elevato rapporto di reiezione di modo comune (>60 dB) e una diafonia bassa (-72 dB).
2. Ingresso doppio tachimetro (fasore).
Supporta 2 ingressi di riferimento velocità/fase, adatti per sonde di prossimità, pickup magnetici o segnali TTL.
Supporta rapporti tachimetrici frazionari, con un ampio intervallo di velocità (da 0,016 Hz a 50 kHz).
3. Elaborazione del segnale digitale in tempo reale (DSP)
Utilizza la tecnologia DSP avanzata per filtraggio, integrazione/differenziazione e rettifica in tempo reale (RMS, media, picco reale, picco-picco reale).
Supporta il tracciamento degli ordini, consentendo il monitoraggio simultaneo di ampiezza e fase.
4. Allarmi programmabili e setpoint adattivi
Fornisce allarmi a due livelli di avviso e pericolo, supportando le funzioni di ritardo, isteresi e blocco.
Le soglie di allarme possono essere regolate in modo adattivo in base alla velocità o ai segnali esterni, migliorando la flessibilità del sistema.
5. Alimentazione del sensore e condizionamento del segnale
Gli alimentatori integrati supportano sensori come accelerometri IEPE e sistemi di misurazione di prossimità.
Fornisce uscite di tensione di ±27,2 V, +15 V e una sorgente di corrente costante da 6,16 mA.
6. Connettori del pannello frontale e indicatori di stato
I connettori BNC per ciascun canale emettono segnali del sensore 'grezzi' bufferizzati per l'analisi esterna.
Gli indicatori LED del pannello frontale visualizzano lo stato del canale, gli allarmi e i guasti del sistema.
7. Design modulare e sostituibile a caldo
Supporta l'inserimento e la rimozione in tempo reale (hot-swapping), facilitando la manutenzione e gli aggiornamenti.
Può funzionare insieme ad altre schede nel sistema VM600 (ad esempio, IOC4T, RLC16, IRC4).
8. Sicurezza e certificazioni
Sia la versione Standard che quella di Sicurezza sono certificate secondo IEC 61508 e ISO 13849 per i sistemi di sicurezza funzionale (ad esempio SIL 1, PL c).
La versione di sicurezza (MPC4SIL) è dotata di isolamento elettrico per impedire modifiche involontarie della configurazione.
III. Principio di funzionamento e funzioni di elaborazione
Il principio di funzionamento principale della scheda MPC4 si basa sulla tecnologia DSP (Digital Signal Processing) ad alte prestazioni. Fornisce monitoraggio e protezione completi dei macchinari attraverso l'acquisizione, il filtraggio, l'analisi e l'elaborazione degli allarmi in tempo reale dei segnali dei sensori. Il principio di funzionamento è dettagliato in quattro aspetti di seguito:
1. Ingresso e condizionamento del segnale
La scheda MPC4 accetta segnali da vari sensori, tra cui:
Segnali dinamici: come accelerazione delle vibrazioni, velocità, spostamento, nonché posizione di spinta, eccentricità, espansione della cassa, ecc.
Segnali tachimetrici: da keyphasor, encoder o sensori di impulsi, utilizzati per il riferimento di fase e la misurazione della velocità.
Ciascun ingresso di segnale dinamico è sottoposto a condizionamento front-end analogico, tra cui:
Abbinamento dell'impedenza: l'impedenza di ingresso di 200 kΩ si adatta a varie caratteristiche di uscita del sensore.
Rifiuto di modo comune: CMRR > 60 dB sopprime efficacemente le interferenze di modo comune.
Risposta in frequenza: gamma di frequenza analogica da CC a 60 kHz (-3 dB), garantendo la conservazione dei componenti ad alta frequenza.
I segnali di ingresso di corrente vengono convertiti in segnali di tensione tramite un resistore interno da 324,5 Ω prima del campionamento. Tutti i segnali in ingresso passano attraverso filtri anti-aliasing prima di raggiungere l'ADC (convertitore analogico-digitale), garantendo la precisione del campionamento.
2. Flusso di elaborazione del segnale digitale
La scheda MPC4 utilizza un'architettura di elaborazione parallela multicanale, in cui ogni segnale viene elaborato in modo indipendente, coinvolgendo principalmente i seguenti passaggi:
a) Filtraggio digitale
Supporta filtri passa alto, passa basso e passa banda con pendenze configurabili da 6 a 60 dB/ottava.
L'ondulazione della banda passante è inferiore a ±0,3 dB e l'attenuazione della banda stop è maggiore di 50 dB, garantendo la purezza del segnale.
b) Integrazione e differenziazione
Può integrare l'accelerazione con la velocità o lo spostamento o differenziare la velocità con l'accelerazione, a seconda delle necessità.
La gamma di frequenza operativa di integrazione è compresa tra 2,5 Hz e 10 kHz.
c) Rettifica e calcolo dell'ampiezza
d) Monitoraggio degli ordini e analisi delle fasi
Traccia automaticamente l'ampiezza e la fase di ordini specifici (ad esempio, 1X, 2X, 3X) durante i cambi di velocità.
L'errore di fase è inferiore a ±6°, tipicamente ±1° alla frequenza fondamentale.
e) Misurazione dello spazio/della posizione
Utilizzato per monitorare parametri statici o a variazione lenta come lo spostamento dell'albero e la posizione della spinta.
Supporta la compensazione del gap/offset iniziale per una migliore precisione della misurazione.
3. Elaborazione degli allarmi e combinazione logica
La scheda MPC4 è dotata di un sistema di allarme configurabile in modo flessibile:
a) Livelli di allarme
Ciascun canale supporta allarmi a due livelli di avviso e pericolo, ciascuno configurabile come limite superiore (A+, D+) o limite inferiore (A-, D-).
Le soglie di allarme possono essere impostate ovunque all'interno della scala completa e supportano la regolazione adattiva, ad esempio, in base alla velocità.
b) Ritardo allarme e isteresi
c) Combinazioni logiche
Supporta combinazioni logiche come AND, OR e voto a maggioranza, con un massimo di 8 funzioni di base e 4 funzioni avanzate configurabili.
Adatto per giudizi multiparametrici complessi nei sistemi di macchinari.
d) Uscite di allarme
I segnali di allarme vengono emessi tramite la scheda IOC4T, pilotando relè o trasmettendo tramite il bus OC ad altre schede (ad esempio, RLC16, IRC4).
4. Autodiagnostica del sistema (sistema OK)
La scheda MPC4 include un sistema OK integrato che monitora continuamente lo stato del sensore e della catena del segnale:
Rilevamento della soglia a due livelli: i limiti superiore e inferiore configurabili monitorano se il livello del segnale rientra in un intervallo ragionevole.
Rilevamento guasti di linea: identifica guasti come circuiti aperti e cortocircuiti.
Indicazione sul pannello frontale: ciascun canale dispone di un LED che indica lo stato 'OK' o il tipo di errore.
Inoltre, la scheda MPC4 esegue una routine di autotest all'avvio, diagnosticando lo stato dell'hardware e del firmware per garantire un funzionamento affidabile del sistema.
IV. Differenze di versione e scenari applicabili
| della versione |
Caratteristiche |
Applicazioni tipiche |
| Standard |
Supporta tutte le funzionalità, incluso bus VME, canali tachimetro, tracciamento a banda stretta. |
Sistemi generali di protezione dei macchinari. |
| Circuiti separati |
Design elettricamente isolato, conforme alla norma IEC 60255-5. |
Ambienti con elevata interferenza elettromagnetica. |
| Sicurezza (MPC4SIL) |
Nessuna interfaccia VME, nessun contagiri o supporto per il tracciamento a banda stretta, certificato SIL 1. |
Sistemi di sicurezza funzionale (es. SIL 1 / PL c). |
V. Applicazioni tipiche
Turbine a gas e vapore: monitoraggio di vibrazioni, spostamento e velocità.
Compressori e pompe: vibrazioni dell'albero, condizioni dei cuscinetti, posizione della spinta.
Generatori e motori: protezione dalle vibrazioni, analisi di fase.
Turbine eoliche: vibrazioni del treno di trasmissione e monitoraggio della velocità.
