انحراف اندازهگیری دما در کارخانههای فرآیندی: تحلیل علت ریشهای و اصلاح
درک خطاهای اتصال RTD
انحراف اندازهگیری دما باعث اختلال در حلقههای PID و هدررفت غیرضروری انرژی میشود. اپراتورهای کارخانه خطاهای ۲–۳ درجه سلسیوس را گزارش میدهند که در طول شیفتهای کاری تجمع مییابد. علت اصلی معمولاً در مدار اندازهگیری است، نه خود حسگر.
مقاومتسنجهای دمایی (RTD) از اتصال سهسیم یا چهارسیم برای جبران مقاومت سیمهای رابط استفاده میکنند. کارت Emerson Ovation EPRO EPDG ورودیهای RTD سهسیم را مستقیماً میپذیرد. این کارت مقاومت سیمهای رابط را اندازهگیری کرده و از مقدار کل خوانش کم میکند. با این حال، این جبران فرض میکند که مقاومت هر سه سیم برابر است.
- اول، یکنواختی ضخامت سیمهای رابط را بررسی کنید. هر سه سیم باید از سیم AWG یکسان استفاده کنند.
- دوم، گشتاور ترمینالهای کانکتور را کنترل کنید. ترمینالهای شل باعث تغییرات متناوب مقاومت میشوند.
- سوم، عایق سیم را از نظر حمله شیمیایی بررسی کنید. محیطهای اسیدی به هادیهای مسی آسیب میرسانند.
- چهارم، مقاومت هر سیم را در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد اندازهگیری کنید. مقادیر بالاتر از ۵ اهم برای هر سیم نشاندهنده سیمهای کوچکتر یا خوردگی است.
کارت Yokogawa CENTUM VP AAI143 برای فرستندههای دو سیم به مقاومتهای شنت خارجی ۲۵۰ اهم نیاز دارد. مقاومتهای دقیق با پایداری ۵۰ppm نصب کنید. مقاومتهای کربنی ارزان با تغییر دما تغییر میکنند که خطای اندازهگیری اضافی ایجاد میکند.
خطای جبران اتصال سرد ترموکوپل
ترموکوپلها میلیولتهایی متناسب با اختلاف دما تولید میکنند. مدار جبران اتصال سرد (CJC) این اختلاف میلیولت را به دماهای مطلق تبدیل میکند. خرابی CJC باعث ایجاد آفست ثابت بزرگ در خوانشها میشود.
- اول، نوع حسگر CJC را شناسایی کنید. بیشتر سیستمها از ترمیستور یا حسگر مدار مجتمع در بلوک ترمینال استفاده میکنند.
- دوم، ولتاژ CJC را مستقیماً اندازهگیری کنید. از ولتمتر با امپدانس بالا استفاده کنید. آن را با مقدار مورد انتظار در دمای محیط مقایسه کنید.
- سوم، اتصال حرارتی بلوک ایزوترمال را بررسی کنید. بلوک ترمینال باید تعادل حرارتی را حفظ کند.
- چهارم، جریان هوای نزدیک کابینت ترمینال را کنترل کنید. اگر دمای محیط بیش از ۲ درجه در ساعت نوسان دارد، دیوارههای محافظ نصب کنید.
کیت جبران اتصال سرد Allen-Bradley 1794-CJC2 جبران خودکار CJC برای ورودیهای ترموکوپل فراهم میکند. ماژول 1794-IRT8 ترموکوپلهای نوع J، K و T را با CJC داخلی میخواند. جداول CJC دستی امکان پیکربندی سفارشی برای انواع خاص R، S و B را فراهم میکنند.
کاهش توان منبع تغذیه حلقه فرستنده
فرستندههای دو سیم به توان حلقه ۲۴ ولت DC نیاز دارند. پیری منبع تغذیه ظرفیت جریان خروجی را کاهش میدهد. فرستنده با کاهش تحریک حسگر جبران میکند. دقت اندازهگیری کاهش مییابد.
- اول، ولتاژ حلقه را در ترمینالهای فرستنده در حالت بار اندازهگیری کنید. ولتاژ باید حداقل ۱۲ ولت DC باشد.
- دوم، مقاومت حلقه را محاسبه کنید. امپدانس ورودی فرستنده، مقاومت کابل و امپدانس نشانگر را جمع کنید.
- سوم، اطمینان حاصل کنید که منبع تغذیه میتواند جریان ۴–۲۰ میلیآمپر را در حداکثر مقاومت حلقه تأمین کند.
- چهارم، خرابی دیود در نشانگرهای تغذیهشده از حلقه را بررسی کنید. افت ولتاژ مستقیم دیود فضای هد اضافی را کاهش میدهد.
کانالهای Foxboro I/A Series FBM04 رابط فرستنده چهارسیم را فراهم میکنند. کانال ۱ تغذیه ۲۴ ولت را از منبع خارجی میپذیرد. کانال ۲ جریان ۴–۲۰ میلیآمپر را اندازهگیری میکند. این پیکربندی خطاهای افت ولتاژ ناشی از کابلهای بلند را حذف میکند. مقیاسبندی کارت ورودی آنالوگ را در ابزار FBM SCP تنظیم کنید. واحدهای مهندسی، دمپینگ و پارامترهای هشدار را در راهاندازی اولیه تعیین کنید.
انحراف کالیبراسیون حسگر در طول چرخههای کاری
ترموکوپلها به دلیل چرخههای حرارتی، لرزش مکانیکی و تماس شیمیایی دچار انحراف میشوند. RTDهای پلاتینیوم به دلیل آلودگی و آسیبهای ناشی از دستکاری انحراف دارند. کالیبراسیون برنامهریزیشده انحراف را قبل از تأثیر بر کیفیت محصول شناسایی میکند.
- اول، فاصله کالیبراسیون را بر اساس نوع حسگر و شدت کاربرد تعیین کنید. ترموکوپلهای نوع K در جوهای کاهنده به فاصله ۶ ماه نیاز دارند. RTDهای پلاتینیوم در فرآیندهای تمیز تا ۱۲ ماه قابل تحمل هستند.
- دوم، مقایسه در محل را در برابر دماسنجهای مرجع انجام دهید. یک پروب مرجع کالیبره شده را در فاصله ۱۰ میلیمتری حسگر فرآیند قرار دهید.
- سوم، دمای محیط را هنگام کالیبراسیون ثبت کنید. تغییرات دما بر دقت مرجع تأثیر میگذارد.
- چهارم، عدم قطعیت ترکیبی را محاسبه کنید. شامل عدم قطعیت دماسنج مرجع، عدم قطعیت وضوح و عدم قطعیت تکرارپذیری باشد.
ماژول Allen-Bradley 1794-IRT8 از پروتکل HART برای تأیید کالیبراسیون حسگر پشتیبانی میکند. یک ارتباطدهنده HART را به حلقه ۴–۲۰ میلیآمپر متصل کنید. دادههای کالیبراسیون حسگر را از حافظه فرستنده بخوانید. آن را با نتایج تأیید در محل مقایسه کنید.
تداخل EMI در کابلهای سیگنال
محیطهای صنعتی شامل تداخل الکترومغناطیسی (EMI) قابل توجهی هستند. درایوهای فرکانس متغیر، تجهیزات جوشکاری و منابع تغذیه سوئیچینگ نویز را به کابلهای حسگر تزریق میکنند. این نویز سیگنال ۴–۲۰ میلیآمپر را مدوله میکند. سیستم DCS نوسانات ظاهری دما به اندازه ۵–۱۰ درجه را مشاهده میکند.
- اول، کابلهای سیگنال را در سینیهای کابل اختصاصی قرار دهید. حداقل ۳۰۰ میلیمتر فاصله از کابلهای برق حفظ کنید.
- دوم، برای اتصال ترموکوپلها از کابلهای جفت به هم تابیده و شیلددار استفاده کنید. شیلد را فقط در یک سر زمین کنید.
- سوم، هستههای فرریت را روی کابلهای فرستنده نصب کنید. چوکهای حالت مشترک نویز فرکانس بالا را سرکوب میکنند.
- چهارم، فیلتر RC را در کارت ورودی DCS اعمال کنید. ثابت زمانی فیلتر را برای کاربردهای دمای فرآیند ۱–۲ ثانیه تنظیم کنید.
سیستم Emerson Ovation فیلترینگ نرمافزاری روی ورودیهای آنالوگ ارائه میدهد. به درخت پیکربندی I/O بروید. پارامتر زمان فیلتر ورودی را از مقدار پیشفرض ۰.۵ ثانیه به ۲ ثانیه تغییر دهید. این کار نویز را کاهش میدهد اما زمان پاسخ را افزایش میدهد. دقت را در برابر عملکرد حلقه کنترل متعادل کنید. ماژول ورودی آنالوگ Yokogawa AAI143 فیلترینگ قابل تنظیم مشابهی برای سیستمهای CENTUM VP ارائه میدهد.
نتیجهگیری و توصیههای عملی
خطاهای اندازهگیری دما در هر مرحله از سیستم کنترل تجمع مییابد. سه اقدام از مشکلات مزمن انحراف جلوگیری میکند.
اول، در زمان راهاندازی اندازهگیریهای پایه را انجام دهید. شرایط محیطی، طول کابلها و دادههای کالیبراسیون اولیه را ثبت کنید. از این پایهها برای عیبیابیهای آینده استفاده کنید. دوم، نگهداری مبتنی بر شرایط برای حسگرها اجرا کنید. حسگرها را زمانی که انحراف بیش از ۱٪ بازه است تعویض کنید. سوم، سوابق دقیق کالیبراسیون را در سیستم مدیریت نگهداری کامپیوتری (CMMS) نگه دارید. روند انحراف را در طول زمان پیگیری کنید. خرابی را قبل از تأثیر بر کیفیت محصول پیشبینی کنید.
ادغام GE Proficy و Emerson Ovation نیازمند پیکربندی یکنواخت واحدهای مهندسی است. اطمینان حاصل کنید که هر دو سیستم از مقیاس دمای یکسان و دقت اعشار مشابه استفاده میکنند. پیکربندیهای ناسازگار باعث سردرگمی در عیبیابی و تحویل شیفت میشود. سختافزار قابل اعتماد مانند کارتهای Foxboro FBM04 و Yokogawa AAI143 پایه اندازهگیری دقیق دما در کارخانههای فرآیندی مدرن را تشکیل میدهند.
