Отклонение в измерването на температурата в производствени съоръжения: Анализ на основните причини и корекция

Разбиране на грешките при свързване на RTD

Отклоненията в измерването на температурата нарушават PID контурите и причиняват ненужно разхищение на енергия. Операторите на съоръжения съобщават за грешки от 2–3 градуса Целзий, които се натрупват през работните смени. Основната причина обикновено се крие в измервателната верига, а не в самия сензор.

Детекторите за температура чрез съпротивление (RTD) използват трижични или четирижични връзки, за да компенсират съпротивлението на проводниците. Картата Emerson Ovation EPRO EPDG приема директно 3-жични RTD входове. Картата измерва съпротивлението на проводниците и го изважда от общото отчитане. Тази компенсация обаче предполага равностойно съпротивление във всички три проводника.

• Първо, проверете последователността на сечението на проводниците. Всички три проводника трябва да са с еднакъв AWG размер.
• Второ, проверете затягането на клемите на конектора. Свободните клеми създават променливи съпротивления.
• Трето, инспектирайте изолацията на проводниците за химическо увреждане. Киселинните среди атакуват медните проводници.
• Четвърто, измерете индивидуалното съпротивление на всеки проводник при 20°C. Стойности над 5 ома на проводник показват недостатъчно сечение или корозия.

Картата Yokogawa CENTUM VP AAI143 изисква външни шунтови резистори от 250 ома за 2-жични предаватели. Инсталирайте прецизни резистори с устойчивост 50ppm. Евтините въглеродни резистори се отклоняват с температурните промени, което въвежда допълнителна грешка в измерването.

Неуспех в компенсацията на студения спойка на термодвойката

Термодвойките генерират миливолтове, пропорционални на температурните разлики. Веригата за компенсация на студения спойка (CJC) преобразува тези миливолтови разлики в абсолютни температури. Неуспехът на CJC води до големи постоянни отклонения в отчитанията.

• Първо, идентифицирайте типа сензор за CJC. Повечето системи използват термистор или интегриран сензор на клемната кутия.
• Второ, измерете напрежението на CJC директно. Използвайте волтметър с високо съпротивление. Сравнете с очакваната стойност при околна температура.
• Трето, проверете термичното свързване на изотермния блок. Клемната кутия трябва да поддържа термично равновесие.
• Четвърто, проверете за въздушни течения около клемната кутия. Инсталирайте прегради, ако околната температура варира с повече от 2 градуса на час.

Комплект за компенсация на студения спойка Allen-Bradley 1794-CJC2 осигурява автоматична CJC за термодвойкови входове. Модулът 1794-IRT8 чете термодвойки тип J, K и T с вградена CJC. Ръчните таблици за CJC позволяват персонализирани конфигурации за екзотични типове R, S и B.

Намаляване на захранването на предавателния контур

Двужичните предаватели изискват 24V DC захранване на контура. Стареенето на захранването намалява капацитета на изходния ток. Предавателят компенсира чрез намаляване на възбуждането на сензора. Точността на измерването страда.

• Първо, измерете напрежението на контура на клемите на предавателя под товар. Напрежението трябва да надвишава минимум 12V DC.
• Второ, изчислете съпротивлението на контура. Добавете входното съпротивление на предавателя, съпротивлението на кабела и съпротивлението на индикатора.
• Трето, проверете дали захранването може да достави 4–20mA при максимално съпротивление на контура.
• Четвърто, проверете за деградация на диодите в индикаторите, захранвани от контура. Напрежението на диодното падане намалява наличния резерв.

Каналите Foxboro I/A Series FBM04 осигуряват интерфейс за 4-жични предаватели. Канал 1 приема 24V захранване от външен източник. Канал 2 измерва ток 4–20mA. Тази конфигурация елиминира грешките от спад на напрежението при дълги кабелни трасета. Конфигурирайте скалирането на аналоговата входна карта в FBM SCP Tool. Задайте инженерни единици, демпфиране и алармени параметри при първоначалното пускане.

Отклонение в калибрирането на сензора през работните цикли

Термодвойките се отклоняват поради термично циклиране, механични вибрации и химическо въздействие. Платиновите RTD се отклоняват от замърсяване и повреди при боравене. Планираната калибрация улавя отклоненията преди да повлияят на качеството на продукта.

• Първо, определете интервал за калибрация според типа сензор и тежестта на приложението. Термодвойки тип K в редуциращи атмосфери изискват 6-месечни интервали. Платинови RTD в чисти процеси понасят 12-месечни интервали.
• Второ, извършете сравнение на място с референтни термометри. Вкарайте калибриран референтен сонда на разстояние до 10 мм от процесния сензор.
• Трето, запишете околната температура по време на калибрацията. Температурните промени влияят на точността на референтния уред.
• Четвърто, изчислете комбинираната несигурност. Включете несигурността на референтния термометър, резолюционната несигурност и повторяемостта.

Модулът Allen-Bradley 1794-IRT8 поддържа протокол HART за проверка на калибрацията на сензора. Свържете HART комуникатор към 4–20mA контура. Прочетете данните за калибрация от паметта на предавателя. Сравнете с резултатите от проверката на място.

EMI смущения в сигналните кабели

Индустриалните среди съдържат значителни електромагнитни смущения (EMI). Променливотокови задвижвания, заваръчно оборудване и превключващи захранвания внасят шум в кабелите на сензорите. Шумът модулира сигнала 4–20mA. DCS отчита видими температурни колебания от 5–10 градуса.

• Първо, прокарвайте сигналните кабели в отделни кабелни трасета. Поддържайте минимум 300 мм разстояние от захранващите кабели.
• Второ, използвайте екранирани усукани двойки кабели за връзки с термодвойки. Заземявайте екрана само от едната страна.
• Трето, инсталирайте феритни ядра на кабелите към предавателя. Общомодови филтри потискат високочестотния шум.
• Четвърто, приложете RC филтриране на входната карта на DCS. Задайте времевата константа на филтъра на 1–2 секунди за приложения с процесна температура.

Системата Emerson Ovation осигурява софтуерно филтриране на аналоговите входове. Навигирайте до дървото за конфигурация на I/O. Регулирайте параметъра Input Filter Time от стандартните 0.5 секунди до 2 секунди. Това намалява шума, но увеличава времето за реакция. Балансирайте точността спрямо производителността на контролната верига. Аналоговият входен модул Yokogawa AAI143 предлага подобно конфигурируемо филтриране за системи CENTUM VP.

Заключение и препоръки за действие

Грешките в измерването на температурата се натрупват на всеки етап от контролната система. Три действия предотвратяват хронични проблеми с отклоненията.

Първо, установете базови измервания по време на пускане в експлоатация. Запишете околните условия, дължините на кабелите и началните данни от калибрацията. Използвайте тези бази за бъдещо отстраняване на проблеми. Второ, прилагайте поддръжка, базирана на състоянието на сензорите. Подменяйте сензорите, когато отклонението надвиши 1% от обхвата. Трето, поддържайте подробни записи за калибрация в CMMS. Следете тенденциите на отклоненията във времето. Прогнозирайте повреди преди да повлияят на качеството на продукта.

Интеграцията на GE Proficy и Emerson Ovation изисква последователна конфигурация на инженерните единици. Проверете дали и двете системи използват една и съща температурна скала и десетична точност. Несъответстващите конфигурации създават объркване при отстраняване на проблеми и предаване на смени. Надежден хардуер като Foxboro FBM04 и Yokogawa AAI143 картите формират основата на точното измерване на температурата в съвременните производствени съоръжения.