Bộ chuyển đổi gắn đầu dò PA150 với Chuỗi đo tiệm cận là một hệ thống đo dịch chuyển không tiếp xúc hoàn chỉnh, khép kín từ dòng sản phẩm VM. Hệ thống tích hợp này kết hợp cảm biến tiệm cận dòng điện xoáy TQ912 và bộ điều hòa tín hiệu IQS900 được đặt trong một vỏ bọc chắc chắn, kín, được thiết kế đặc biệt cho môi trường công nghiệp khắc nghiệt và khu vực nguy hiểm (môi trường có khả năng gây nổ). Chức năng cốt lõi của nó là đo chính xác độ rung tương đối của trục và vị trí trục trong máy móc quay (như tua bin hơi, tua bin khí, tua bin thủy lực, máy phát điện, máy nén tua bin và máy bơm). Nó được sử dụng rộng rãi để bảo vệ máy móc, giám sát tình trạng, hệ thống phát hiện quá tốc độ (ODS) và các ứng dụng liên quan đến an toàn, tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn API 670 Phiên bản thứ 5.
Ưu điểm chính của PA150 là thiết kế mô-đun và tích hợp cao. Nó kết hợp cảm biến, cáp tích hợp dài 1 mét và bộ điều hòa tín hiệu thành một bộ phận duy nhất, loại bỏ nhu cầu sử dụng cáp mở rộng EA902 riêng biệt. Vỏ có thể tháo rời độc đáo của nó với bộ giữ hình chữ U tạo điều kiện cho việc lắp đặt đầu dò và điều chỉnh khe hở cực kỳ dễ dàng, ngay cả khi máy đang chạy. Thanh thép không gỉ có thể điều chỉnh (có chiều dài từ 50 đến 800 mm) và các tùy chọn chiều dài và ren bộ chuyển đổi khác nhau mang lại sự linh hoạt lắp đặt to lớn để thích ứng với các cấu trúc máy phức tạp và các hạn chế về không gian.
Hệ thống cung cấp đầu ra điện áp (3 dây) hoặc dòng điện (2 dây), có tính năng bảo vệ ngắn mạch. Đáp ứng tần số của nó mở rộng lên đến DC đến 20 kHz, cho phép ghi lại các chi tiết rung động tinh tế trong máy quay tốc độ cao. Đầu cảm biến cung cấp phạm vi nhiệt độ hoạt động cực rộng (-40°C đến +180°C), cho phép nó xử lý các môi trường nhiệt độ cao. Hơn nữa, PA150 có sẵn phiên bản tiêu chuẩn và phiên bản chống cháy nổ (Ex) được chứng nhận bởi nhiều tiêu chuẩn quốc tế khác nhau (ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, v.v.), đáp ứng các yêu cầu an toàn để sử dụng trong khu vực nguy hiểm trên toàn cầu. Bộ điều hòa tín hiệu IQS900 tích hợp cũng hỗ trợ chức năng tự kiểm tra (BIST) tích hợp tùy chọn, đầu ra tín hiệu thô và đầu vào tín hiệu kiểm tra, đơn giản hóa đáng kể quá trình vận hành hệ thống, kiểm tra hiện trường và xử lý sự cố.
Nguyên tắc làm việc
Hệ thống PA150 hoạt động dựa trên Nguyên lý dòng điện xoáy để đạt được phép đo dịch chuyển không tiếp xúc, có độ chính xác cao. Nguyên lý làm việc của nó là một quá trình phức tạp và chính xác bao gồm cảm ứng điện từ, điều chế và giải điều chế tín hiệu tần số cao, tuyến tính hóa tín hiệu, bù nhiệt độ và chẩn đoán tích hợp. Quá trình này được xây dựng từng bước dưới đây.
1. Cảm ứng dòng điện xoáy và tạo tín hiệu
Cốt lõi của hệ thống là cảm biến tiệm cận TQ912. Đầu của nó chứa một đầu dò bao gồm một cuộn dây quấn chính xác, được bọc trong PPS nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao (polyphenylene sulfide) và được uốn thành thân bằng thép không gỉ (AISI 316L). Bộ tạo dao động tần số cao trong bộ điều hòa tín hiệu IQS900 tạo ra tín hiệu AC ở dải MHz, được truyền đến cuộn dây đầu dò cảm biến thông qua cáp đồng trục có trở kháng đặc tính 70 ohm.
Khi dòng điện tần số cao chạy qua cuộn dây, nó sẽ tạo ra một trường điện từ xen kẽ ở đầu trước của nó. Khi trường này tiếp cận mục tiêu kim loại dẫn điện (thường là trục của máy), dòng điện xoáy sẽ được tạo ra trên bề mặt mục tiêu theo Định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Bản thân các dòng điện xoáy này tạo ra một từ trường mới ngược chiều với từ trường ban đầu (Định luật Lenz), gây ra sự thay đổi trở kháng hiệu dụng của cuộn dây cảm biến. Sự thay đổi trở kháng này có mối quan hệ chức năng cụ thể (thường xấp xỉ mối quan hệ hàm mũ âm) với khoảng cách giữa đầu dò và bề mặt mục tiêu và cũng bị ảnh hưởng bởi các đặc tính điện từ (độ dẫn điện, độ thấm) của vật liệu mục tiêu và nhiệt độ môi trường.
2. Điều chế, truyền tải và giải điều chế tín hiệu
Sự thay đổi biên độ trở kháng của cuộn dây cảm biến sẽ điều chỉnh tín hiệu sóng mang tần số cao từ bộ điều hòa. Nghĩa là, biên độ của tín hiệu phản hồi (mang thông tin khoảng cách) chứa thông tin về khoảng cách. Tín hiệu tần số cao đã được điều chế này được truyền trở lại bộ điều hòa tín hiệu IQS900 thông qua cáp đồng trục.
Bên trong IQS900, tín hiệu trả về lần đầu tiên được khuếch đại trước. Sau đó, một mạch giải điều chế chính xác (thường sử dụng công nghệ phát hiện nhạy pha) chịu trách nhiệm loại bỏ sóng mang tần số cao, trích xuất tín hiệu điện áp tần số thấp tỷ lệ thuận với sự thay đổi trở kháng của cuộn dây. Quá trình này rất quan trọng; nó phải khôi phục chính xác biên độ thực của sự thay đổi trở kháng đồng thời ngăn chặn hiệu quả nhiễu do dao động nguồn điện, biến đổi điện dung cáp và nhiễu điện từ bên ngoài (EMI) gây ra, đảm bảo độ tinh khiết và độ tin cậy của tín hiệu.
3. Tuyến tính hóa, khuếch đại và chuyển đổi đầu ra
Tín hiệu điện áp thô từ bộ giải điều chế có mối quan hệ phi tuyến tính với khoảng cách. Mạch xử lý bên trong của IQS900 bao gồm mô-đun tuyến tính hóa chuyên dụng. Mô-đun này xử lý tín hiệu thô thông qua các thuật toán phức tạp (chẳng hạn như khớp đa thức hoặc bù tuyến tính từng phần) để chuyển đổi tín hiệu đó thành tín hiệu tiêu chuẩn có mối quan hệ tỷ lệ tuyến tính cao với khe hở cơ học.
Tiếp theo, tín hiệu tuyến tính hóa được gửi đến mạch khuếch đại chính xác để điều chỉnh tỷ lệ và độ lệch nhằm khớp chính xác với phạm vi đầu ra và độ nhạy do người dùng chọn thông qua các tùy chọn đặt hàng:
Chế độ đầu ra điện áp (3 dây): Cung cấp tín hiệu điện áp tuyến tính từ -1,6 V (tương ứng với khoảng cách tối thiểu) đến -17,6 V (tương ứng với khoảng cách tối đa). Nó có trở kháng đầu ra thấp (<100 Ω), dải động 16 V và phù hợp để truyền khoảng cách ngắn tới thẻ thu thập dữ liệu hoặc PLC, mang lại khả năng chống nhiễu mạnh mẽ.
Chế độ đầu ra hiện tại (2 dây): Cung cấp tín hiệu hiện tại từ -15,5 mA (khoảng cách tối thiểu) đến -20,5 mA (khoảng cách tối đa). Dải động là 5 mA. Dòng điện đầu ra không bị sụt áp và nhiễu trên khoảng cách xa, khiến nó trở nên lý tưởng để truyền tải khoảng cách xa đến phòng điều khiển hoặc hệ thống DCS, đồng thời còn cung cấp khả năng phát hiện đứt dây.
Cả hai đầu ra đều được thiết kế với chức năng bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá áp.
4. Bù nhiệt độ và hiệu chỉnh hệ thống
Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến điện trở cuộn dây, đặc tính cáp và tính chất điện từ của vật liệu mục tiêu. Hệ thống PA150 sử dụng thiết kế bù nhiệt độ toàn diện. Cảm biến nhiệt độ bên trong giám sát nhiệt độ môi trường và các thuật toán tự động điều chỉnh các tham số mạch giải điều chế hoặc biên độ tín hiệu kích thích để duy trì độ ổn định và độ chính xác của tín hiệu đầu ra trong phạm vi nhiệt độ rộng được chỉ định (Cảm biến: -40°C đến +180°C; Điều hòa: -40°C đến +85°C), giảm thiểu độ lệch đo (<5% @ -30 đến 150°C).
Toàn bộ chuỗi đo lường (cảm biến + bộ điều hòa) được hiệu chuẩn tại nhà máy bằng cách sử dụng mục tiêu thép VCL 140 (1.7225) tiêu chuẩn ở 23°C ±5°C, đảm bảo khả năng thay thế hoàn toàn của các bộ phận. Điều này có nghĩa là cảm biến hoặc bộ điều hòa trong hệ thống có thể được thay thế riêng lẻ mà không cần hiệu chỉnh lại toàn bộ hệ thống, giúp đơn giản hóa đáng kể việc bảo trì tại hiện trường và giảm chi phí tồn kho phụ tùng thay thế.
5. Tính năng chẩn đoán và kiểm tra tích hợp (BIST)
Chức năng chẩn đoán tùy chọn của bộ điều hòa tín hiệu IQS900 là một tính năng nổi bật. Nó hỗ trợ tính năng Tự kiểm tra tích hợp (BIST), có thể tự động theo dõi tình trạng của chuỗi đo lường liên tục hoặc theo yêu cầu (bao gồm cả cảm biến, cáp và bộ điều hòa). Nếu phát hiện lỗi (ví dụ: hở mạch cảm biến, đoản mạch, hỏng cáp hoặc lỗi điều hòa bên trong), nó sẽ cảnh báo từ xa bằng cách điều khiển đầu ra đến giá trị ngoài phạm vi hoạt động bình thường (< -20,5 mA hoặc > -15,5 mA; < -17,6 V hoặc > -1,6 V), cho phép bảo trì dự đoán.
Hơn nữa, IQS900 còn cung cấp hỗ trợ kiểm tra tại chỗ độc đáo:
Đầu ra thô (RAW/COM): Cung cấp tín hiệu điện áp 'thô' (-0,8 đến -8,8 V) phản ánh trực tiếp tín hiệu bên trong mà bộ điều hòa nhận được trước khi xử lý chia tỷ lệ cuối cùng. Tính năng này khả dụng ngay cả khi hệ thống được cấu hình cho đầu ra hiện tại. Chức năng này được sử dụng để xác minh tình trạng của liên kết từ cảm biến đến mặt trước của bộ điều hòa tín hiệu.
Đầu vào kiểm tra (TEST/COM): Cho phép đưa tín hiệu điện áp thử nghiệm AC vào đầu vào của máy điều hòa. Bộ điều hòa xử lý tín hiệu kiểm tra này như thể nó đến từ cảm biến thực và chuyển nó đến đầu ra chính. Điều này được sử dụng để xác minh tính toàn vẹn của toàn bộ đường dẫn tín hiệu từ bộ điều hòa tín hiệu đến hệ thống giám sát tiếp theo (bao gồm các rào cản cách ly và hệ thống dây điện).
Cùng với nhau, các tính năng này cho phép vận hành và khắc phục sự cố tại chỗ hiệu quả mà không cần ngắt kết nối dây hoặc dừng máy.
Các tính năng và lợi ích chính
Tích hợp cao & Cài đặt dễ dàng: Tích hợp cảm biến, cáp và bộ điều hòa vào một thiết bị, loại bỏ cáp kéo dài bên ngoài. Vỏ có thể tháo rời và bộ giữ hình chữ U cho phép lắp đặt đầu dò và điều chỉnh khe hở cực kỳ dễ dàng, hỗ trợ điều chỉnh trực tuyến trong khi máy đang chạy.
Thiết kế cơ khí tuyệt vời và khả năng thích ứng: Có thanh thép không gỉ có thể điều chỉnh (50-800mm), nhiều ren bộ chuyển đổi khác nhau (M24, 7/8'-14UNF, 3/4'NPT, G3/4', 1'NPT) và độ dài cũng như nhiều tùy chọn lắp cáp (Tùy chọn F), đáp ứng hầu hết mọi yêu cầu về không gian lắp đặt và giao diện cơ học.
Chứng nhận Toàn diện về Môi trường & An toàn: IP68 được xếp hạng cảm biến, xếp hạng tổng thể của vỏ máy là IP65. Có sẵn các phiên bản chống cháy nổ (Ex) được chứng nhận theo ATEX, IECEx, CSA, KGS, UKEX, EAC, v.v., để sử dụng trong các khu vực nguy hiểm Vùng 0/1/2 (Khí) và Vùng 20/21/22 (Bụi). Tuân thủ API 670 phiên bản thứ 5 và các tiêu chuẩn an toàn chức năng SIL 2 (IEC 61508) / Cat 1 PL c (ISO 13849-1).
Lõi đo hiệu suất cao: Dựa trên chuỗi đo TQ912 & IQS900 đã được chứng minh, cung cấp phạm vi đo tuyến tính 2mm hoặc 4mm, với độ nhạy có thể lựa chọn là 8 mV/μm, 4 mV/μm, 2,5 μA/μm hoặc 1,25 μA/μm. Đáp ứng tần số rộng (DC đến 20 kHz) đảm bảo thu được tất cả các thành phần rung có liên quan.
Khả năng kiểm tra và chẩn đoán nâng cao: Tự kiểm tra tích hợp (BIST) tùy chọn để theo dõi tình trạng hệ thống theo thời gian thực. Giao diện đầu ra thô và đầu vào Kiểm tra hỗ trợ chẩn đoán lỗi và vận hành tại chỗ toàn diện, giảm thời gian ngừng hoạt động.
Khả năng chịu đựng môi trường mạnh mẽ: Cảm biến chịu được nhiệt độ hoạt động từ -40°C đến +180°C, chênh lệch áp suất lên tới 6 bar, độ rung lên tới 5g và sốc lên tới 15g. Vỏ nhôm kín (với vòng chữ O Viton và miếng đệm NBR) đảm bảo máy điều hòa được bảo vệ trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Đầu ra điện & nguồn điện linh hoạt: Hỗ trợ đầu ra điện áp và dòng điện, tương thích với hầu hết các hệ thống giám sát. Phạm vi cung cấp điện rộng (-18 đến -30 VDC), có thể được lấy từ hệ thống giám sát hoặc nguồn điện an toàn bên ngoài.
Ứng dụng
Hệ thống bảo vệ máy móc: Để giám sát độ rung tương đối của trục và vị trí trục trong các máy quay lớn như tua bin hơi, tua bin khí, tua bin thủy lực, máy nén, máy bơm và máy phát điện để ngăn ngừa những hư hỏng thảm khốc.
Giám sát tình trạng & Bảo trì dự đoán: Cung cấp dữ liệu rung có độ chính xác cao để phân tích tình trạng máy và chẩn đoán lỗi.
Hệ thống phát hiện quá tốc độ (ODS): Hoạt động như một cảm biến tốc độ (Keyphasor) cho các chức năng bảo vệ quá tốc độ quan trọng.
Các ứng dụng liên quan đến an toàn: Với chứng nhận SIL 2, nó có thể được sử dụng trong các vòng bảo vệ máy yêu cầu an toàn chức năng.
Ứng dụng API 670: Hoàn toàn tuân thủ tiêu chuẩn Phiên bản thứ 5 của Viện Dầu khí Hoa Kỳ dành cho hệ thống bảo vệ máy móc, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ngành công nghiệp dầu khí và hóa dầu.
Ứng dụng trong khu vực nguy hiểm: Phiên bản chống cháy nổ cho phép sử dụng trong môi trường có khí hoặc bụi dễ nổ, chẳng hạn như trong ngành dầu khí, hóa chất và dược phẩm.
