Bảng giám sát rung IS200VVIBH1C là thành phần bảo vệ và giám sát rung cốt lõi trong hệ thống điều khiển tuabin GE Mark VI. Hoạt động như 'ống nghe' của hệ thống, nó được thiết kế đặc biệt để thu thập, xử lý và phân tích các tín hiệu rung và vị trí khác nhau từ các bộ phận quan trọng của máy tuabin (chẳng hạn như vòng bi, cổ trục và vòng chặn lực đẩy). Bảng này kết nối qua bảng đầu cuối TVIB hoặc DVIB với tối đa 14 loại đầu dò Bently Nevada® tương thích (bao gồm đầu dò tiệm cận, cảm biến vận tốc, gia tốc kế, đầu dò địa chấn và đầu dò Keyphasor®), cho phép giám sát liên tục, chính xác cao trạng thái vận hành tuabin. Nhiệm vụ cốt lõi của nó là ngăn ngừa hư hỏng thiết bị và đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của máy móc quay lớn bằng cách phát hiện các rung động cơ học bất thường và thay đổi vị trí, đồng thời đưa ra cảnh báo kịp thời hoặc thậm chí là tín hiệu ngắt. Dù là tua bin khí hay tua bin hơi nước, VVIB đều cung cấp giải pháp hoàn chỉnh từ bảo vệ cơ bản đến phân tích rung động nâng cao.
2. Chức năng cốt lõi & Nguyên tắc chi tiết
Chức năng của IS200VVIBH1C vượt xa việc thu thập tín hiệu đơn giản. Nó kết hợp các thuật toán xử lý tín hiệu phức tạp và logic bảo vệ nhiều lớp, với các nguyên tắc được tích hợp sâu với công nghệ cảm biến, xử lý tín hiệu số và kỹ thuật hệ thống điều khiển.
2.1 Thu thập và số hóa tín hiệu đa kênh
Điều này tạo nền tảng cho tất cả các chức năng nâng cao. VVIB hoạt động như một hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh, hiệu suất cao.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Giao diện và mở rộng: Một bo mạch xử lý IS200VVIBH1C duy nhất có thể kết nối đồng thời với hai bo mạch đầu cuối TVIB, từ đó mở rộng tổng số kênh giám sát lên 26. Mỗi bo mạch đầu cuối TVIB cung cấp 13 kênh: 8 kênh để đo độ rung, 4 kênh để đo vị trí và 1 kênh dành riêng cho tín hiệu Keyphasor. Thiết kế này cung cấp nhiều giao diện để giám sát các rôto lớn, nhiều ổ trục.
Điều hòa tín hiệu và nguồn điện: Bảng đầu cuối TVIB không chỉ cung cấp các điểm kết thúc tín hiệu mà còn cung cấp nguồn điện kích thích -28 V DC cần thiết cho các đầu dò hoạt động (như Proximitor cần thiết cho các đầu dò lân cận). Trong các hệ thống TMR (Dự phòng ba mô-đun), nguồn điện được cung cấp dự phòng thông qua mạch chọn lọc cao điốt, đảm bảo rằng một sự cố nguồn điện duy nhất không ảnh hưởng đến việc giám sát. Bộ khuếch đại đệm trên bảng đầu cuối cung cấp khả năng điều hòa sơ bộ các tín hiệu tương tự thô từ đầu dò, đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu sau khi truyền đi đường dài.
Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số có độ chính xác cao: Các tín hiệu tương tự được điều hòa được truyền đến bảng IS200VVIBH1C thông qua cáp được bảo vệ. Bảng IS200VVIBH1C sử dụng bộ chuyển đổi A/D xấp xỉ liên tiếp 16 bit (với độ phân giải hiệu dụng 14 bit) để lấy mẫu tất cả các kênh đầu vào này ở tốc độ cao và đồng thời. Tốc độ lấy mẫu được điều chỉnh linh hoạt dựa trên số lượng kênh được định cấu hình: chế độ quét nhanh 4,6 kHz được sử dụng khi có 8 kênh rung trở xuống hoạt động, trong khi tốc độ giảm xuống 2,3 kHz cho hơn 8 kênh để cân bằng tải xử lý. Kỹ thuật lấy mẫu đồng thời này đảm bảo tất cả dữ liệu kênh được thu thập cùng lúc, đặt nền tảng quan trọng cho việc phân tích pha tiếp theo và phát hiện đỉnh chính xác.
2.2 Tính toán thông số rung và vị trí
Thuật toán cốt lõi của IS200VVIBH1C xử lý tín hiệu thô được số hóa thông qua một loạt các bước để trích xuất các giá trị kỹ thuật có ý nghĩa về mặt vật lý.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Tính toán và lọc từ đỉnh đến đỉnh: Đối với tín hiệu rung (kênh 1-8), IS200VVIBH1C sử dụng cửa sổ thời gian 160 mili giây để ghi lại dải động của tín hiệu. Trong cửa sổ này, chương trình cơ sở liên tục theo dõi các giá trị tối đa (Vmax) và tối thiểu (Vmin) của tín hiệu, tính toán sự khác biệt của chúng dưới dạng giá trị đỉnh đến đỉnh thô (Vpp). Để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm và nhắm mục tiêu các dải tần số cụ thể, tín hiệu cũng đi qua các bộ lọc kỹ thuật số có thể định cấu hình. Loại bộ lọc ( FilterType ) có thể được chọn dựa trên loại cảm biến, bao gồm Không có, Thông thấp, Thông cao hoặc Băng thông. Đối với các bộ chuyển đổi địa chấn và vận tốc, các bộ lọc có độ suy giảm dốc lên tới 8 cực có thể được cấu hình để định hình chính xác đáp ứng tần số.
Trích xuất thành phần DC khoảng cách/vị trí: Đối với các đầu dò tiệm cận, tín hiệu đầu ra chứa thành phần DC (biểu thị khoảng cách hoặc vị trí trung bình) và thành phần AC (biểu thị độ rung). IS200VVIBH1C sử dụng bộ lọc thông thấp bậc hai với tần số cắt 8 Hz để trích xuất thành phần DC một cách trơn tru cho các chức năng giám sát vị trí như vị trí trục rôto, mở rộng vi sai và độ lệch tâm.
Tỷ lệ đơn vị kỹ thuật: Các giá trị điện áp được tính toán (cho dù là AC Vpp hay DC Vgap) được chuyển đổi thành các đơn vị kỹ thuật có ý nghĩa vật lý bằng cách sử dụng hệ số tỷ lệ do người dùng định cấu hình (VIB_Scale) và độ lệch (ScaleOff), ví dụ: mil cho độ dịch chuyển và inch/giây (trong/giây) cho vận tốc. Điều này cho phép logic điều khiển và người vận hành diễn giải trực tiếp các phép đo.
2.3 Xử lý pha phím và đo tốc độ
Kênh 13 được thiết kế đặc biệt để xử lý tín hiệu pha phím, là nền tảng của phân tích rung động nâng cao.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Nguyên lý Keyphasor: Keyphasor thường là một đầu dò tiệm cận nhằm vào rãnh then hoặc rãnh trên trục. Mỗi khi rãnh then đi qua đầu dò, khe hở sẽ thay đổi đột ngột, tạo ra tín hiệu xung. Xung này đánh dấu điểm pha tham chiếu cho mỗi vòng quay của rôto.
Phát hiện xung và tính toán tốc độ: IS200VVIBH1C sử dụng mạch so sánh phần cứng với độ trễ có thể điều chỉnh bằng phần mềm để nắm bắt chính xác cạnh lên của mỗi xung Keyphasor. Các xung này được đưa vào một FPGA (Mảng cổng lập trình trường), trong đó các bộ đếm bên trong đo chính xác khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp. Phần sụn sử dụng khoảng thời gian này để tính toán trực tiếp tốc độ rôto tức thời (RPM). Ở tốc độ rất thấp khi bộ so sánh phần cứng trở nên không đáng tin cậy, mã thời gian chạy sẽ tự phân tích tín hiệu chênh lệch trên kênh 13 ( GAP13_KPH1 ) để đếm xung, đảm bảo đo tốc độ chính xác trên toàn bộ phạm vi hoạt động.
2.4 Phân tích rung động nâng cao (Bộ lọc 1X, 2X và Theo dõi)
IS200VVIBH1C vượt xa khả năng giám sát rung động tổng thể đơn giản, có khả năng phân tách vectơ rung động để cung cấp thông tin cấp chẩn đoán.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Điều chế và Lọc: Tín hiệu rung thô (ví dụ: từ kênh 1) được nhân với tín hiệu tham chiếu sin và cos thu được từ tín hiệu Keyphasor (ở tốc độ chạy 1X hoặc 2X). Quá trình này 'chuyển đổi xuống' thành phần rung ở tần số 1X (hoặc 2X) thành mức DC, trong khi các thành phần tần số khác được 'chuyển đổi lên' thành tần số cao hơn.
Trích xuất vectơ: Các tín hiệu được nhân đi qua bộ lọc thông thấp 4 cực tần số cắt cực thấp (0,25 Hz), giúp loại bỏ tất cả nhiễu tần số cao, cuối cùng xuất ra hai tín hiệu DC đại diện cho các phần Cùng pha (thực) và Cầu phương (ảo) của vectơ rung động 1X.
Tính toán độ lớn và pha: Độ lớn cực đại (Vib1Xy) của rung động 1X thu được bằng cách tính căn bậc hai của tổng bình phương của phần thực và phần ảo. Góc pha (Vib1xPHy) của vectơ rung động so với xung Keyphasor thu được bằng cách tính arctangent của tỷ lệ giữa phần ảo và phần thực. Thông tin về pha này rất quan trọng để xác định hướng mất cân bằng hoặc lệch trục của rôto.
Phân tích thành phần rung 1X và 2X: Chức năng này xác định cường độ và pha của các thành phần rung động đồng bộ với (1X) hoặc gấp đôi (2X) tốc độ chạy. Cốt lõi của nó là công nghệ giải điều chế đồng bộ (khuếch đại khóa pha).
Bộ lọc theo dõi: Chức năng này được thiết kế cho các ứng dụng như tua bin khí dòng LM sử dụng gia tốc kế. Nguyên lý của nó tương tự như phân tích 1X/2X, nhưng thay vì khóa tần số Keyphasor, nó có thể theo dõi động ba tín hiệu tốc độ độc lập ( LM_RPM_A, B, C ) do bộ điều khiển cung cấp, giải điều chế biên độ rung ( LMVibxA, B, C ) ở ba tốc độ cụ thể này trong thời gian thực. Điều này cực kỳ hữu ích để theo dõi các bộ phận nhiều trục hoặc trạng thái rung khi đi qua các tốc độ tới hạn.
2.5 Kiểm tra giới hạn và bảo vệ nhiều lớp
Tất cả dữ liệu đã xử lý cuối cùng đều phục vụ chức năng bảo vệ.
Nguyên tắc kỹ thuật:
Khả năng định cấu hình: Người dùng có thể bật ( SysLimxEnable ), đặt giá trị giới hạn ( SysLimitx ), chọn loại kiểm tra (lớn hơn hoặc bằng hoặc nhỏ hơn hoặc bằng, SysLimxType ) và quyết định có chốt ( SysLimxLatch ) cho mỗi khối giới hạn hay không. Chức năng chốt có nghĩa là sau khi được kích hoạt, trạng thái cảnh báo sẽ duy trì cho đến khi được đặt lại theo cách thủ công, đảm bảo không bỏ sót các tình trạng bất thường.
Ứng dụng: Các giới hạn này được sử dụng để kích hoạt các mức cảnh báo khác nhau (Cảnh báo) và các chuyến đi nguy hiểm (Chuyến đi). Ví dụ: giá trị rung vượt quá Giới hạn1 có thể kích hoạt cảnh báo để cảnh báo nhân viên bảo trì, trong khi vượt quá Giới hạn2 cao hơn sẽ trực tiếp bắt đầu ngắt thiết bị để tắt khẩn cấp.
Kiểm tra giới hạn hệ thống: Mỗi kênh rung và vị trí được trang bị hai khối giới hạn hệ thống có thể cấu hình đầy đủ.
Logic lỗi thông minh: Hệ thống kết hợp logic khóa liên động thông minh. Ví dụ: nếu phát hiện lỗi đầu dò dựa trên thành phần DC (ví dụ: hở mạch hoặc đoản mạch), hệ thống có thể ngăn chặn hành trình rung dựa trên thành phần AC, ngăn chặn việc tắt nhầm do lỗi cảm biến gây ra.
3. Thông số phần cứng & giao diện
Dung lượng kênh: Hỗ trợ tối đa 2 bảng đầu cuối TVIB, tổng cộng 26 kênh giám sát.
Khả năng tương thích của đầu dò: Hỗ trợ đầy đủ các đầu dò độ gần, vận tốc, gia tốc kế, địa chấn và Keyphasor của Bently Nevada.
Lấy mẫu tín hiệu: Bộ chuyển đổi A/D 16 bit, với tốc độ lấy mẫu lên tới 4,6 kHz (lấy mẫu đồng thời).
Nguồn điện: Cung cấp nguồn dự phòng -28 V DC cho Proximitor trên bảng đầu cuối.
Giao diện vật lý: Giao tiếp với bộ điều khiển trong giá đỡ VME và bảng đầu cuối thông qua đầu nối vỏ 'D' 37 chân có chốt chốt.
Giao diện đầu ra: Bảng đầu cuối TVIBH2A cung cấp các đầu nối BNC để định tuyến tín hiệu đệm trực tiếp đến thiết bị thu thập dữ liệu di động hoặc hệ thống giám sát Bently Nevada 3500 cố định, cho phép sao chép dữ liệu và phân tích nâng cao.
4. Chẩn đoán & Bảo trì
IS200VVIBH1C sở hữu khả năng tự chẩn đoán và chẩn đoán hệ thống mạnh mẽ.
Chẩn đoán phần cứng: Liên tục theo dõi mức hiệu chuẩn của bộ chuyển đổi A/D để đảm bảo độ chính xác của phép đo; kiểm tra chip ID bảng đầu cuối để ngăn chặn cấu hình sai phần cứng; giám sát tín hiệu đầu vào trong các điều kiện vượt quá giới hạn (hở mạch hoặc ngắn mạch).
Chỉ báo trạng thái: Cung cấp thông tin trạng thái trực quan thông qua đèn LED ở mặt trước để cấp nguồn, trạng thái trực tuyến, liên kết truyền thông, cảnh báo chẩn đoán và cảnh báo quá nhiệt.
Chẩn đoán phần mềm: Tất cả các trạng thái giới hạn hệ thống và thông tin lỗi thăm dò đều có sẵn cho bộ điều khiển Mark VI thông qua các biến như L3DIAG_VVIB và có thể được hiển thị và ghi vào WorkstationST, hỗ trợ khắc phục sự cố và phân tích dữ liệu lịch sử.
