Màn hình Proximitor 3500/40M là mô-đun giám sát tình trạng và bảo vệ máy móc bốn kênh hiệu suất cao được phát triển bởi Baker Hughes dưới thương hiệu Bently Nevada, được thiết kế đặc biệt cho Hệ thống giám sát máy móc dòng 3500. Chức năng cốt lõi của nó là chấp nhận tín hiệu thô từ các bộ chuyển đổi lân cận Bently Nevada (chẳng hạn như cảm biến dòng điện xoáy), thực hiện điều hòa, tính toán và phân tích tín hiệu chính xác và cuối cùng chuyển đổi chúng thành các thông số chính phản ánh tình trạng máy, được so sánh liên tục với các điểm đặt cảnh báo do người dùng lập trình để đạt được khả năng bảo vệ liên tục và chẩn đoán lỗi sớm cho máy móc quan trọng.
Màn hình nổi tiếng vì tính linh hoạt, độ chính xác cao và độ tin cậy cao. Người dùng có thể định cấu hình từng kênh một cách độc lập thông qua Phần mềm cấu hình giá đỡ 3500 để thực hiện các chức năng giám sát khác nhau, bao gồm Độ rung hướng tâm, Độ lệch tâm, REBAM (Giám sát hoạt động vòng bi của phần tử lăn), Vị trí lực đẩy và Mở rộng vi sai. Mô-đun được định cấu hình và quản lý theo Cặp kênh; Kênh 1 và 2 tạo thành một cặp và Kênh 3 và 4 tạo thành một cặp khác. Mỗi cặp kênh có thể thực hiện một chức năng giám sát, cho phép một mô-đun 3500/40M duy nhất hỗ trợ đồng thời hai ứng dụng giám sát khác nhau.
2. Tính năng cốt lõi và nguyên tắc chức năng chi tiết
2.1 Chức năng cốt lõi: Điều hòa tín hiệu và tạo tham số
3500/40M không chỉ đơn thuần là bộ lặp tín hiệu; nó là một trung tâm xử lý tín hiệu phức tạp. Quy trình làm việc cốt lõi của nó như sau:
Đầu vào tín hiệu và nguồn điện: Mô-đun này chấp nhận tín hiệu điện áp tương tự thô từ tối đa bốn bộ chuyển đổi lân cận. Đồng thời, bảng mặt trước cung cấp đầu nối đồng trục Đầu ra Bộ đệm Bộ chuyển đổi cho mỗi kênh, được bảo vệ ngắn mạch và có thể cung cấp Nguồn điện Bộ chuyển đổi khoảng ~24 Vac để cấp nguồn trực tiếp cho các bộ gần đây, đơn giản hóa việc nối dây hệ thống.
Điều hòa và lọc tín hiệu: Tín hiệu thô đầu vào chứa thông tin động của máy phong phú nhưng cũng bị trộn lẫn với nhiều loại nhiễu khác nhau. 3500/40M kết hợp Bộ xử lý tín hiệu số mạnh mẽ và các dãy bộ lọc do người dùng lập trình để điều chỉnh tín hiệu một cách chính xác.
Tính toán giá trị tĩnh: Các tín hiệu có điều kiện được sử dụng để tính toán các tham số khác nhau được gọi là Giá trị tĩnh. Các giá trị này là các phép đo phản ánh trạng thái của máy và tạo cơ sở cho các quyết định cảnh báo. Tùy thuộc vào cấu hình kênh, các giá trị tĩnh khác nhau được tạo ra. Ví dụ: một kênh được định cấu hình cho Rung hướng tâm có thể tạo ra nhiều giá trị tĩnh bao gồm Trực tiếp (Khoảng cách), Biên độ 1X, Pha 1X, Biên độ 2X, Pha 2X, Biên độ không phải 1X và Biên độ Smax, mô tả tình trạng rung của rôto từ các kích thước khác nhau.
Quyết định và đầu ra cảnh báo: Người dùng có thể đặt điểm đặt Cảnh báo cho từng giá trị tĩnh đang hoạt động và có thể chọn bất kỳ hai giá trị tĩnh quan trọng nhất nào để đặt điểm đặt Nguy hiểm. Màn hình liên tục so sánh các giá trị tĩnh được tính toán theo thời gian thực với các điểm đặt này. Khi vượt quá giới hạn, mô-đun này, dựa trên logic độ trễ cảnh báo đã định cấu hình, sẽ kích hoạt các đầu ra cảnh báo tương ứng, điều khiển hệ thống báo động bên ngoài hoặc tắt hệ thống thông qua các mô-đun rơ-le, từ đó đạt được khả năng bảo vệ máy móc.
2.2 Nguyên tắc làm việc chi tiết cho từng chức năng giám sát
a) Dao động hướng tâm
b) Vị trí lực đẩy
Nguyên lý: Sử dụng một hoặc nhiều đầu dò tiệm cận để đo vị trí vòng chặn, theo dõi chuyển động dọc trục của rôto trong các máy móc quay (ví dụ tua bin hơi, máy nén ly tâm) để tránh sự tiếp xúc giữa cánh quạt và các bộ phận cố định.
Xử lý tín hiệu: Chủ yếu sử dụng Bộ lọc trực tiếp (~3 dB ở 1,2 Hz) và Bộ lọc khe hở (~3 dB ở 0,41 Hz), tập trung vào việc thay đổi độ dịch chuyển dọc trục và điện áp khe hở trung bình thay đổi chậm.
c) Mở rộng vi sai
Nguyên tắc: Đo sự chênh lệch độ giãn nở nhiệt giữa rôto máy và vỏ (bộ phận đứng yên). Quan trọng đối với các tuabin lớn và các thiết bị khác có quá trình khởi động/tắt chậm để ngăn ngừa va chạm bên trong do sự giãn nở chênh lệch.
Xử lý tín hiệu: Tương tự như Vị trí lực đẩy, sử dụng Bộ lọc trực tiếp và khoảng cách tần số thấp để theo dõi quá trình mở rộng chậm. Độ nhạy đầu vào của nó thường thấp hơn (0,394 mV/μm) để phù hợp với phép đo dịch chuyển phạm vi lớn.
d) Độ lệch tâm
Nguyên tắc: Đo độ cong của trục (độ lệch tâm cơ học) hoặc độ cong tạm thời do gia nhiệt không đều (độ lệch tâm nhiệt) ở tốc độ thấp, đặc biệt là trong quá trình vận hành bánh răng quay.
Xử lý tín hiệu: Sử dụng Bộ lọc trực tiếp (~3 dB ở 15,6 Hz) và Bộ lọc khe hở (~3 dB ở 0,41 Hz) để ghi lại cung trục động tĩnh hoặc chậm ở tốc độ thấp.
e) REBAM (Giám sát hoạt động của ổ lăn)
Nguyên tắc: Được thiết kế đặc biệt để theo dõi hư hỏng giai đoạn đầu của vòng bi lăn. Nó phát hiện các khuyết tật vòng bi bằng cách phân tích năng lượng rung xung quanh các tần số lỗi đặc trưng (ví dụ: Vòng ngoài tần số chuyền bóng (BPFO), Vòng trong tần số chuyền bóng (BPFI), Tần số quay bóng (BSF)).
Xử lý tín hiệu: Đây là một trong những chế độ xử lý phức tạp nhất, bao gồm một bộ bộ lọc chuyên dụng:
Bộ lọc tăng đột biến: Bộ lọc thông cao có thể lập trình (0,152 đến 8678 Hz) được sử dụng để trích xuất các tín hiệu tác động tần số cao.
Bộ lọc phần tử: Bộ lọc thông dải có thể lập trình có tần số trung tâm được tính toán dựa trên các thông số ổ trục do người dùng nhập vào (ví dụ: BPFO), được sử dụng để giám sát trực tiếp tần số lỗi của các bộ phận ổ trục cụ thể.
Bộ lọc rôto: Bộ lọc thông thấp có thể lập trình (0,108 đến 2221 Hz).
Việc sử dụng kết hợp các bộ lọc này sẽ tách biệt hiệu quả thông tin lỗi ổ trục đặc trưng khỏi các tín hiệu rung phức tạp, tạo ra các giá trị tĩnh khác nhau bao gồm Spike, Element, Rotor, Direct, Gap, Biên độ 1X và Pha 1X để đánh giá toàn diện về tình trạng ổ trục.
2.3 Chức năng theo dõi và bước bộ lọc
Đối với các bộ lọc phụ thuộc vào tốc độ chạy (ví dụ: Bộ lọc vectơ 1X, 2X), 3500/40M có chức năng Theo dõi/Bước bộ lọc nâng cao. Khi mô-đun nhận được tín hiệu tốc độ Keyphasor hợp lệ, các bộ lọc có thể tự động chuyển đổi giữa các bộ lọc được xác định trước dựa trên những thay đổi về tốc độ trục thực tế. Ví dụ:
Điều kiện ban đầu: Sử dụng Bộ lọc danh nghĩa được định cấu hình cho tốc độ định mức.
Giảm tốc độ: Chuyển sang Bộ lọc dưới được tối ưu hóa cho tốc độ thấp khi tốc độ trục hiện tại ≤ 0,9 x (Tốc độ trục danh nghĩa).
Tăng tốc độ (từ mức thấp): Chuyển về Bộ lọc danh nghĩa khi tốc độ trục hiện tại ≥ 0,95 x (Tốc độ trục danh nghĩa).
Tăng tốc độ (từ danh nghĩa): Chuyển sang Bộ lọc cao hơn được tối ưu hóa cho tốc độ cao khi tốc độ trục hiện tại ≥ 1,1 x (Tốc độ trục danh nghĩa).
Giảm tốc độ (từ cao): Chuyển về Bộ lọc danh nghĩa khi tốc độ trục hiện tại ≤ 1,05 x (Tốc độ trục danh nghĩa).
Lỗi tín hiệu tốc độ: Trong trường hợp mất tín hiệu tốc độ hợp lệ, mô-đun sẽ tự động sử dụng Bộ lọc danh nghĩa, đảm bảo giám sát liên tục.
Chức năng này đảm bảo rằng trong quá trình khởi động máy, chạy dọc hoặc dao động tốc độ, các bộ lọc luôn hoạt động trong phạm vi đáp ứng tần số tối ưu, đảm bảo đo chính xác các thành phần rung.
2.4 Độ chính xác và hiệu suất
3500/40M mang lại độ chính xác đo vượt trội. Ở +25°C, đối với hầu hết các phép đo Trực tiếp, Khoảng cách, 1X và 2X, độ chính xác thông thường nằm trong khoảng ±0,33% của toàn thang đo, tối đa là ±1% của toàn thang đo. Độ chính xác pha của bộ lọc Vector 1X có sai số tối đa là 3 độ. Mức độ chính xác cao này cung cấp nền tảng dữ liệu đáng tin cậy để chẩn đoán lỗi chính xác và đưa ra các quyết định bảo vệ đáng tin cậy.
2.5 Cảnh báo và sự chậm trễ
Điểm đặt cảnh báo: Điểm đặt cảnh báo và nguy hiểm cho từng giá trị tĩnh có thể được điều chỉnh thông qua phần mềm từ 0 đến 100% toàn thang đo. Độ chính xác của các điểm đặt cảnh báo nằm trong khoảng ± 0,13% giá trị mong muốn.
Độ trễ báo động: Để ngăn chặn cảnh báo sai, người dùng có thể lập trình độ trễ thời gian báo động.
Đối với các thông số như Rung hướng tâm và Lực đẩy, độ trễ Cảnh báo có thể được đặt từ 1 đến 60 giây (trong khoảng thời gian 1 giây) và độ trễ Nguy hiểm có thể là 0,1 giây hoặc từ 1 đến 60 giây (trong khoảng thời gian 0,5 giây).
Đối với REBAM, phạm vi độ trễ rộng hơn, từ giá trị tối thiểu được tính toán lên tới 400 giây, phù hợp với tính chất không liên tục của các tín hiệu lỗi vòng bi.
3. Đặc điểm phần cứng và các tùy chọn cấu hình
Cấu trúc mô-đun: Tuân theo kiến trúc mô-đun 3500 tiêu chuẩn, bao gồm Mô-đun điều khiển chính có chiều cao đầy đủ (được lắp ở phía trước giá đỡ) và Mô-đun I/O phù hợp (được lắp ở phía sau giá đỡ).
Các loại mô-đun I/O: Có sẵn ba tùy chọn mô-đun I/O chính để đáp ứng các nhu cầu cài đặt và môi trường khác nhau:
Mô-đun I/O có đầu cuối bên trong: Tất cả việc nối dây được thực hiện thông qua các khối đầu cuối tích hợp của mô-đun, mang lại cấu trúc nhỏ gọn.
Mô-đun I/O có đầu cuối bên ngoài: Kết nối qua cáp để tách các khối đầu cuối bên ngoài, tạo điều kiện bảo trì và cách ly trong môi trường khắc nghiệt.
Mô-đun I/O có rào cản bên trong: Tích hợp các rào cản an toàn nội tại, cho phép sử dụng màn hình trong Khu vực nguy hiểm (ví dụ: Loại I, Phân khu 2 / Vùng 2) mà không có rào cản rời rạc bên ngoài. Đây là chìa khóa để đạt được các chứng chỉ dành cho khu vực nguy hiểm như ATEX, IECEx và cNRTLus.
Chỉ báo trạng thái: Bảng mặt trước cung cấp nhiều đèn LED, bao gồm OK (hoạt động bình thường), TX/RX (giao tiếp giữa các mô-đun) và Bỏ qua (Chế độ bỏ qua đang hoạt động), cho phép chẩn đoán trường nhanh về trạng thái của mô-đun.
4. Sự phù hợp với môi trường, chứng nhận và ứng dụng
Giới hạn môi trường: Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, từ -30°C đến +65°C khi sử dụng với Mô-đun I/O đầu cuối bên trong/bên ngoài và 0°C đến +65°C khi sử dụng với Mô-đun I/O rào chắn bên trong.
Chứng nhận tuân thủ: Mô-đun này tuân thủ nhiều tiêu chuẩn quốc tế, bao gồm FCC, Chỉ thị EMC, Chỉ thị điện áp thấp, Chỉ thị RoHS và có các chứng chỉ hàng hải từ DNV GL và ABS, cũng như các chứng nhận khu vực nguy hiểm như ATEX, IECEx và cNRTLus.
Tình huống ứng dụng: 3500/40M là nền tảng để bảo vệ thiết bị quay quan trọng trong các ngành công nghiệp, được sử dụng rộng rãi trong:
Sản xuất điện: Tua bin hơi nước, tua bin khí, máy phát điện, tua bin thủy điện.
Dầu khí: Máy nén đường ống, tua bin khí, bộ máy bơm.
Công nghiệp hóa chất và chế biến: Các loại máy nén cỡ lớn, máy tua-bin.
Hệ thống đẩy hàng hải.
