Kaip užtikrinti patikimą veikimą, sumažinant elektromagnetinę sąveiką (EMI) elektriniuose hidrauliniuose siurbluose

Kai siurblys sustoja be mechaninės priežasties

Hidraulinis energijos blokas, esantis cheminėje gamykloje Pietų JAV, nuolat išjungdavo valdymo relę. Slėgio rodmenys svyravo, krypties vožtuvas kartais likdavo įjungtas net po to, kai buvo pašalinta valdymo komanda, o PLC fiksuodavo ryšio gedimus, kurių niekas negalėjo atkurti stendinėje bandomojoje sąlygoje. Pats siurblys buvo patikrintas. Variklio apvijos buvo tvarkingos. Apsaugos vožtuvas buvo švarus. Galutinė šio elgesio priežastis visiškai nebuvo hidraulinėje grandinėje. Nesenai įdiegtas kintamosios srovės variklio valdymo įrenginys (VFD), sumontuotas tame pačiame korpusе kaip ir slėgio keitiklio laidynė, į 4–20 mA signalo kontūrą įvedė aukšto dažnio triukšmą.

Ši situacija pasikartoja įvairiose pramonės šakose dažniau, nei dauguma techninės priežiūros komandų tikisi. Elektriniai hidrauliniai siurbliai yra elektromechaninės sistemos, o jų elektrinė dalis gali pažeisti hidraulinę dalį kur kas anksčiau, nei pradėtų laistyti sandarinimo žiedai ar nusidėvėtų stūmokliai. Elektromagnetinės sąveikos mažinimas – tai ne tik atitikties reikalavimų patikrinimo punktas. Tai yra patikimumo užtikrinimo praktika.

Kur iš tikrųjų kyla triukšmas

Šiuolaikinis elektrinis hidraulinis siurblys retai veikia tiesiogiai prijungtas prie tinklo. Greičio valdymas, švelnus paleidimas ir slėgio reguliavimas vis dažniau remiasi PWM varikliais ir perjungiamaisiais maitinimo šaltiniais. Šie įrenginiai perjungiami kilohercų dažniu su greitomis įtampų kraštinėmis, o būtent tai sukuria platųjį spinduliavimą.

Svarbiausios yra dvi susijungimo grandinės. Pirma – laidu perduodamas spinduliavimas per variklio maitinimo kabelius: PWM energija plinta kabeliu, o esant netinkamai žemai grąžinimo kelio varžai ji patekia į jutiklių bendruosius taškus, ryšių apsauginius ekranus ir valdymo žemę. Antra – talpinis susijungimas, kai ilgi variklio laidai veikia kaip kondensatorius ir įveda srovę į gretimus laidus. Nė vienai iš šių grandinių nereikia katastrofiškos gedimo. Kelios bendrosios įtampos voltų reikšmės, kurios keliauja kartu su slėgio atgalinio ryšio linija, pakanka, kad PLC analoginis įėjimas išeitų už leistinų ribų.

Indukcinės apkrovos prideda dar vieną sluoksnį. Solenoidinių voštų, kontaktorių ir relės ritės išsisklaido kaupiamąją energiją, kai jos išjungiamos, sukuriant įtampų smūgius, kurie gali grįžti per bendrus nuolatinės srovės laidus. Siurblys su keliais solenoidiniais voštais, ciklinamais slėgio valdymo režimu, generuos kartotinius laikinus pokyčius net tada, kai kintamosios srovės variklio valdiklis veikia normaliai.

Ekranavimas ir sujungimas nulemia, ar sumažinimo priemonės veikia.

Kabelių pasirinkimui skiriama dėmesio, tačiau daugelyje įrengimų klaidos pasitaiko jungtyse. Dažnai naudojamas bazinis standartas PWM triukšmo mažinimui – tai plaitotoji apsauga su 85 % dengimo koeficientu aplink variklio maitinimo laidus. Apsauga atlieka savo funkciją tik tuomet, kai ji sujungiama su variklio valdiklio korpusu ir, pageidautina, su variklio rėmu žemo impedanso jungtimi. Jei iš apsaugos ištraukiamas „pigtails“ laidukas ir prijungiamas prie terminalinės dėžutės, aukšto dažnio impedansas padidėja ir dauguma ekranavimo efekto prarandama.

Žemėjimo konfigūracija yra taip pat svarbi. Žvaigždės topologija, kai kiekvienas įrenginys prijungiamas prie vieno žemės etalono trumpais ir platiais laidais, išvengia žemės kilpų, kurias sukuria grandininės žemės jungtys. Praktikoje tai reiškia dažnai pašalinti dažą nuo variklių ir siurblių užpakalinės plokštės, naudoti plaitotus juostinius laidus arba autobusus vietoj montavimo varžtų ir laikyti žemėjimo laidus trumpais. Nuotoliniams siurblių blokams vietinis žemės etalonas, prijungtas prie pagrindinės korpuso dalies, paprastai veikia geriau nei ilgas ir plonas žemės laidukas, einantis per visą įrenginį.

Signalų laidai reikalauja atskiro aptarimo. Analoginiai slėgio ir padėties grįžtamieji ryšiai turėtų būti realizuojami naudojant apsaugotus sukamusius poros laidus, o apsauga turėtų būti prijungiama pagal signalo tipą. Maitinimo ir signalų laidai neturėtų būti dedami į tą patį vamzdį arba kabelių dėžutę be fizinio atskyrimo. 30 cm atstumas yra minimalus praktinis atstumas tarp žemo įtampų signalų laidų ir variklio laidų; ten, kur leidžia erdvė, didesnis atstumas yra pageidautinas.

Filto pritaikymas gedimo režimui

Ne kiekvienas filtras išsprendžia kiekvieną problemą. Dažna klaida – įdiegti kintamosios srovės linijos filtrą variklio valdiklio įėjime ir tikėtis, kad slėgio signalo triukšmas išnyks. Įėjimo filtrai sumažina laidininkais perduodamus emisinės energijos kiekius link maitinimo šaltinio, tačiau jie neveikia PWM energijos, kuri keliauja nuo valdiklio į variklį. Išėjimo reaktoriai ir išėjimo filtrai veikia variklio pusėje, o jų poveikis yra pakankamai skirtingas, todėl pasirinkimas turi būti grindžiamas simptomais.

Ši lentelė nėra reitingavimas. Trumpai sujungtas siurblys be šalia esančių jautrių prietaisų gali veikti patikimai tik su reaktoriumi. Tačiau skid tipo siurblys, kuris dalijasi korpusą su PLC, slėgio davikliu ir ryšių vartais, kelia kitokį rizikos lygį. Sinuso bangos filtrai yra brangesni ir užima daugiau vietos, tačiau jie keičia patį išvesties bangos formą, o ne tik „sumažina“ jos kraštus. Ši skirtis yra svarbi, kai gedimo priežastis – sugadinti jutiklių duomenys, o ne variklio izoliacijos įtampa.

Žemo įtampos pusės apsauga be perdidelės inžinerinės sudėtingumo

Elektrinio hidraulinio siurblio valdymo pusėje EMI tampa matoma. Slėgio keitikliai, padėties jutikliai ir PLC analoginiai įėjimai veikia žemose signalo lygiuose, todėl kelias šimtas milivoltų triukšmo yra reikšmingas. Šiame etape izoliacija dažnai būna veiksmingesnė už filtravimą. Izoliuoti perdavimo įrenginiai analoginiuose įėjimuose, optokopliatoriai skaitmeninėse signaluose ir atskira 24 V maitinimo šaltinis valdymo elektronikai, atskirtas nuo galios grandinės, sumažina tikimybę, kad variklio pusės laikinosios reišmės pasieks valdymo bendrąją liniją.

Izoliacijos galimybės yra ribotos. Jei triukšmas spinduliuojamas iš netinkamai ekranuoto variklio kabelio ir tiesiogiai susijungia su jutiklio korpusu, jokia signalo izoliacija nepagamins tikslaus rodymo. Patirtis dirbant su hidraulinėmis valdymo grandinėmis aukšto EMI aplinkoje rodo, kad sugadinti žemo įtampų solenoidų signalai sudaro didelę dalį hidraulinių gedimų, todėl prieš pridedant papildomų elektroninių taisymo priemonių reikia skirti dėmesio fiziniam sluoksniui.

Kritinė situacija plieno gamykloje arba arti transformatorinės stoties gali reikėti visiškos apsaugos: ekranuoto variklio valdymo įrenginio (VFD) kabelio, sinusinės bangos filtravimo, žvaigždinės įžeminimo schemos, izoliuotų įėjimų/ išėjimų (I/O) ir fizinio atskyrimo tarp galios ir signalų laidų trasavimo. Kompaktiškas siurblys švarioje dirbtuvėje gali reikšti tik tinkamai sujungto ekranuoto laidų apvalkalo ir trumpo variklio kabelio. Visų įrengimų vienodas apsaugos taikymas arba sukelia nereikalingų išlaidų, arba palieka sudėtingus atvejus nepakankamai apsaugotus.

Trikdžių kontrolės gamybos pusė

Trikdžių mažinimas nebaigiamas jau po valdymo skydo brėžinio parengimo. Montavimo, įžeminimo ir laidų trasavimo vientisumas lemia, ar pirmasis ir penkišimtasis vienetai veiks vienodai. Siurblys, sukurtas remiantis dokumentuota įžeminimo schema, kontroliuojamu ekranuoto laidų apvalkalo prijungimu ir patikrinta komponentų vieta, sumažina kintamuosius, kuriuos kitu atveju lauko technikams reikėtų ieškoti.

Ruiqi gamina hidraulinius įrankius ir elektrinius siurblų sistemas nuo 1997 m., o gamybos ir kokybės procesai sukurti remiantis pakartotiniais surinkimais, o ne vienkartiniais gamybos ciklais. Toks gamybos drausmės lygis yra svarbus elektromagnetinio suderinamumo (EMI) požiūriu, nes trikdžių problemos dažnai kyla dėl nedidelių nuokrypių: trūksta sujungimo juostos, apsauginė apvalkalas prijungtas prie netinkamo terminalo ar signalinis laidynas nutiestas per arti variklio laidų. Tiektuvo grandinės ir gamybos nuoseklumas nepadarė siurblio atsparaus trikdžiams, tačiau užtikrina pakankamai numatomo elektrinio elgesio, kad trikdžių mažinimo priemonės, suprojektuotos šiai platformai, iš tikrųjų veiktų eksploatacijoje.

Patikima veikla elektromagnetinės įtampos sąlygomis pasiekiamas ne vieno komponento dėka. Ji pasiekiamas vertinant siurblį tiek kaip hidraulinę, tiek kaip elektrinę sistemą ir padarant tylųjį kelį numatytojo kelio pagrindu.