O Cartão de Proteção de Máquinas MPC4 é um componente central da linha de produtos VM e uma parte fundamental do Sistema de Proteção de Máquinas (MPS) da série VM600. Projetada para monitoramento e proteção em tempo real de máquinas industriais, esta placa apresenta alta programabilidade e versatilidade, capaz de processar simultaneamente quatro entradas de sinais dinâmicos e duas entradas de tacômetro (Keyphasor). A placa MPC4 é amplamente utilizada em setores industriais críticos, como geração de energia, petróleo e gás e aeroespacial, para garantir que o equipamento opere em condições seguras e confiáveis.
A placa MPC4 está disponível em três versões: Padrão, Circuitos Separados e Segurança (MPC4SIL), atendendo aos requisitos funcionais e de segurança de diferentes cenários de aplicação. Todas as versões devem ser usadas como um par de placas com uma placa de entrada/saída IOC4T correspondente.
II. Principais recursos e benefícios
1. Entrada de sinal dinâmico multicanal
Suporta 4 canais de sinal dinâmico, aceitando entradas de vários sensores como aceleração, velocidade e deslocamento (proximidade).
Cada canal é programável de forma independente e suporta entrada de tensão (±10 V CA) ou corrente (0–25 mA CC).
A impedância de entrada é de 200 kΩ, com alta taxa de rejeição de modo comum (>60 dB) e baixa diafonia (-72 dB).
2. Entrada de tacômetro duplo (Keyphasor)
Suporta 2 entradas de referência de velocidade/fase, adequadas para sondas de proximidade, captadores magnéticos ou sinais TTL.
Suporta relações de tacômetro fracionárias, com ampla faixa de velocidade (0,016 Hz a 50 kHz).
3. Processamento de sinal digital em tempo real (DSP)
Utiliza tecnologia DSP avançada para filtragem, integração/diferenciação e retificação em tempo real (RMS, média, pico verdadeiro, pico a pico verdadeiro).
Suporta rastreamento de pedidos, permitindo monitoramento simultâneo de amplitude e fase.
4. Alarmes programáveis e pontos de ajuste adaptativos
Fornece alarmes de dois níveis de Alerta e Perigo, suportando funções de atraso, histerese e travamento.
Os limites de alarme podem ser ajustados de forma adaptativa com base na velocidade ou em sinais externos, aumentando a flexibilidade do sistema.
5. Fonte de alimentação do sensor e condicionamento de sinal
Fontes de alimentação integradas suportam sensores como acelerômetros IEPE e sistemas de medição de proximidade.
Fornece saídas de tensão de ±27,2 V, +15 V e uma fonte de corrente constante de 6,16 mA.
6. Conectores do painel frontal e indicadores de status
Conectores BNC para cada canal emitem sinais de sensor “brutos” armazenados em buffer para análise externa.
Os indicadores LED do painel frontal exibem o status do canal, alarmes e falhas do sistema.
7. Design modular e hot-swap
Suporta inserção e remoção ao vivo (troca a quente), facilitando manutenção e atualizações.
Pode operar em conjunto com outras placas do sistema VM600 (por exemplo, IOC4T, RLC16, IRC4).
8. Segurança e Certificações
Ambas as versões Standard e Safety são certificadas de acordo com IEC 61508 e ISO 13849 para sistemas de segurança funcional (por exemplo, SIL 1, PL c).
A versão Safety (MPC4SIL) possui isolamento elétrico para evitar alterações inadvertidas na configuração.
III. Princípio de funcionamento e funções de processamento
O princípio operacional básico da placa MPC4 é baseado na tecnologia de processamento de sinal digital (DSP) de alto desempenho. Ele fornece monitoramento e proteção abrangentes de máquinas por meio de aquisição, filtragem, análise e processamento de alarmes em tempo real de sinais de sensores. O princípio de funcionamento é detalhado em quatro aspectos abaixo:
1. Entrada e condicionamento de sinal
A placa MPC4 aceita sinais de vários sensores, incluindo:
Sinais Dinâmicos: Como aceleração de vibração, velocidade, deslocamento, bem como posição de impulso, excentricidade, expansão da caixa, etc.
Sinais do tacômetro: provenientes de keyphasors, codificadores ou sensores de pulso, usados para referência de fase e medição de velocidade.
Cada entrada de sinal dinâmico passa por condicionamento analógico frontal, incluindo:
Correspondência de impedância: a impedância de entrada de 200 kΩ acomoda várias características de saída do sensor.
Rejeição de modo comum: CMRR > 60 dB suprime efetivamente a interferência de modo comum.
Resposta de frequência: faixa de frequência analógica de DC a 60 kHz (-3 dB), garantindo a preservação dos componentes de alta frequência.
Os sinais de entrada de corrente são convertidos em sinais de tensão através de um resistor interno de 324,5 Ω antes da amostragem. Todos os sinais de entrada passam por filtros anti-aliasing antes de chegar ao ADC (Conversor Analógico para Digital), garantindo a precisão da amostragem.
2. Fluxo de processamento de sinal digital
A placa MPC4 utiliza uma arquitetura de processamento paralelo multicanal, onde cada sinal é processado de forma independente, envolvendo principalmente as seguintes etapas:
a) Filtragem Digital
Suporta filtros passa-alta, passa-baixa e passa-faixa com inclinações configuráveis de 6 a 60 dB/oitava.
A ondulação da banda passante é inferior a ±0,3 dB e a atenuação da banda de interrupção é superior a 50 dB, garantindo a pureza do sinal.
b) Integração e Diferenciação
Pode integrar aceleração em velocidade ou deslocamento, ou diferenciar velocidade em aceleração, conforme necessário.
A faixa de frequência operacional de integração é de 2,5 Hz a 10 kHz.
c) Retificação e Cálculo de Amplitude
d) Acompanhamento de pedidos e análise de fases
Rastreia automaticamente a amplitude e a fase de ordens específicas (por exemplo, 1X, 2X, 3X) durante mudanças de velocidade.
O erro de fase é menor que ±6°, normalmente ±1° na frequência fundamental.
e) Medição de Gap/Posição
Usado para monitorar parâmetros estáticos ou de variação lenta, como deslocamento do eixo e posição de empuxo.
Suporta compensação inicial de intervalo/deslocamento para maior precisão de medição.
3. Processamento de alarme e combinação lógica
A placa MPC4 possui um sistema de alarme configurável de forma flexível:
a) Níveis de alarme
Cada canal suporta alarmes de dois níveis de Alerta e Perigo, cada um configurável como acima do limite (A+, D+) ou abaixo do limite (A-, D-).
Os limites de alarme podem ser definidos em qualquer lugar dentro da escala completa e suportam ajuste adaptativo, por exemplo, com base na velocidade.
b) Atraso de alarme e histerese
c) Combinações Lógicas
Suporta combinações lógicas como AND, OR e votação por maioria, com até 8 funções básicas e 4 funções avançadas configuráveis.
Adequado para julgamento multiparâmetro complexo em sistemas de máquinas.
d) Saídas de Alarme
Os sinais de alarme são emitidos através da placa IOC4T, acionando relés ou transmitindo através do barramento OC para outras placas (por exemplo, RLC16, IRC4).
4. Autodiagnóstico do sistema (sistema OK)
A placa MPC4 inclui um OK System integrado que monitora continuamente a integridade do sensor e da cadeia de sinal:
Detecção de limite de dois níveis: limites superiores e inferiores configuráveis monitoram se o nível do sinal está dentro de uma faixa razoável.
Detecção de falhas de linha: Identifica falhas como circuitos abertos e curtos-circuitos.
Indicação no painel frontal: Cada canal possui um LED que indica o status 'OK' ou tipo de falha.
Além disso, a placa MPC4 executa uma rotina de autoteste na inicialização, diagnosticando o status do hardware e do firmware para garantir uma operação confiável do sistema.
4. Diferenças de versão e cenários aplicáveis
| da versão |
Características |
Aplicações típicas |
| Padrão |
Suporta todos os recursos, incluindo barramento VME, canais de tacômetro e rastreamento de banda estreita. |
Sistemas gerais de proteção de máquinas. |
| Circuitos Separados |
Projeto eletricamente isolado, em conformidade com IEC 60255-5. |
Ambientes com alta interferência eletromagnética. |
| Segurança (MPC4SIL) |
Sem interface VME, sem suporte para tacômetro ou rastreamento de banda estreita, certificado SIL 1. |
Sistemas de segurança funcional (por exemplo, SIL 1 / PL c). |
V. Aplicações Típicas
Turbinas a Gás e Vapor: Vibração, deslocamento, monitoramento de velocidade.
Compressores e bombas: vibração do eixo, condição do rolamento, posição de empuxo.
Geradores e Motores: Proteção contra vibração, análise de fase.
Turbinas Eólicas: Vibração do trem de força e rastreamento de velocidade.
