4 kroki do zapewnienia prawidłowej instalacji sprzętu monitorującego i pomiarowego

Fot. 2. Nieprawidłowe funkcjonowanie urządzeń monitorujących i przyrządów pomiarowych często może być spowodowane użyciem źle dobranego przewodu. Źródło: Eaton

Stosowanie najlepszych praktyk w zakresie prawidłowego instalowania urządzeń obiektowych dotyczących uziemienia i testowania pomaga firmom uniknąć problemów z działaniem sprzętu, projektantom zaś ułatwia określenie rzeczywistej wielkości zwrotu z inwestycji (ROI).

Choć nieustannie dokonywane są inwestycje w elektroniczne systemy monitorujące i pomiarowe w złożonych środowiskach przemysłowych, a połączenia urządzeń działających w tych systemach wydają się być wykonane poprawnie, to problemy nadal istnieją.

Niektóre z tych urządzeń funkcjonują doskonale, inne nie działają w ogóle, a jeszcze inne nieregularnie lub okazjonalnie wysyłają komunikaty błędów. Większość z problemów wydaje się występować we wrażliwych podzespołach systemów sterowania lub przesyłu energii.

Często podczas prac projektowych i instalacyjnych zdarzało się, że nie zwracano odpowiedniej uwagi na szczegóły związane z instalacją urządzenia monitorującego lub pomiarowego. Niektóre z tych poważnych problemów z oprzewodowaniem to nieprawidłowy dobór lub instalacja przewodu, niewłaściwe uziemienie przyrządów pomiarowych oraz niewystarczające ekranowanie elektromagnetyczne przewodów i złączy.

Poniżej opisano najlepsze praktyki prowadzące do zapewnienia prawidłowego funkcjonowania sprzętu monitorującego i pomiarowego.

1 Przestrzeganie zaleceń producentów

Większość producentów dostarcza obszerne zalecenia dotyczące doboru, instalowania i konserwacji przewodów i kabli zasilających i komunikacyjnych, używanych do podłączenia urządzeń obiektowych. Informacje te zwykle obejmują warstwy fizyczne INCOM (Industrial Communications, przemysłowej sieci komunikacyjnej firmy Cutler-Hammer, wykupionej przez firmę Eaton), standardu RS-485 oraz standardu Ethernet. Przestrzeganie tych zaleceń jest niezbędne, aby zapewnić stabilną i niezawodną komunikację.

Segmenty sieci zainstalowane według zaleceń producenta zapewnią elastyczność, uproszczenie i odporność systemu na zakłócenia, natomiast niestosowanie się do tych zaleceń często doprowadzi do tego, że system ten będzie działał poniżej swoich optymalnych możliwości. Na przykład, aby zminimalizować zniekształcenia danych, nie jest zalecane, aby układać przewody komunikacyjne w tych samych korytkach kablowych, co przewody zasilające urządzenia wysokoczęstotliwościowe, takie jak napędy o zmiennej częstotliwości (falowniki) lub softstartery.

Nie mniej ważnym aspektem instalacji urządzenia obiektowego jest także prawidłowe uziemienie. Większość systemów oprzyrządowania ma dwa uziemienia – zasilania i samych przyrządów. Ważne jest, aby zdawać sobie sprawę z tego, że te dwa systemy uziemienia mają inne przeznaczenie.

Ciągłość ekranowania powinna być zachowana w całym segmencie sieci. Ekrany przewodów i kabli muszą być podłączone do uziemienia budynku zgodnie ze stosownymi wytycznymi.

Sprawą zasadniczą dla zapewnienia stabilnej komunikacji jest także prawidłowy dobór kabli. Zalecane są kable opracowane dla komunikacji w standardzie RS-485. Kable sterownicze i podłączane do oprzyrządowania nie są dopuszczalne dla aplikacji RS-485.

Aplikacje rozdziału energii i automatyki ponadto wymagają stosowania kabli ekranowanych. Większość kabli dostępnych jest z dwoma typami ekranu – folią aluminiową oraz folią aluminiową i plecionką miedzianą jako oplotem zewnętrznym. Oba są odpowiednie, jednak preferowany jest ekran z plecionką i folią. Ekran z samej tylko folii tłumi zakłócenia o wysokich częstotliwościach radiowych oraz pochodzące od szybkich elektrycznych przebiegów chwilowych, podczas gdy ekran z plecionki i folii tłumi także zakłócenia o niskiej częstotliwości. Aby umożliwić typowe podłączenie za pomocą złączek, kabel musi mieć dodatkową żyłę do podłączenia ekranu.

2 Zrozumienie wyzwań stwarzanych przez infrastrukturę i czynniki środowiskowe

Gdy opracowywane są nowe systemy lub do istniejących systemów są dodawane nowe urządzenia, powinny być wykonane obliczenia wydajności systemu.

Celem tych obliczeń jest określenie, czy projektowany system jest w stanie obsłużyć liczbę i typy urządzeń, które mają w nim pracować.

Problemy mogą być niezwiązane z wydajnością systemu. Na przykład większość odbiorników w nowoczesnych instalacjach elektrycznych ma charakter indukcyjny. Odbiornikami tymi mogą być: silniki, transformatory, stateczniki świetlówek oraz piece indukcyjne. Odbiorniki o charakterze indukcyjnym do działania wymagają pola magnetycznego. W takich urządzeniach mogą powstawać problemy (straty mocy) spowodowane wyższymi harmonicznymi prądu i napięcia, generowanymi przez układy elektroniczne (przekształtniki energoelektroniczne czy zasilacze impulsowe).

Wszystkie harmoniczne powodują wydzielanie się dodatkowego ciepła w przewodach oraz innych komponentach systemu rozdziału energii. Ponadto harmoniczne mogą powodować zaburzenia elektromagnetyczne (ang. Electromagnetic Interference – EMI), zwane także przy odpowiednim paśmie częstotliwości zaburzeniami o częstotliwościach radiowych (ang. Radio Frequency Interference – RFI). Zaburzenia EMI są generowane przez źródło zewnętrzne i wpływają na obwód elektryczny poprzez indukcję elektromagnetyczną, sprzężenie elektrostatyczne lub przewodzenie.

Wyższy poziom harmonicznych oraz zaburzeń EMI może często powodować niestabilną pracę sprzętu elektronicznego, w tym brak zgodności danych przesyłanych pomiędzy sprzętem komputerowym a urządzeniami obiektowymi, co może zagrażać efektywności pracy urządzeń do monitoringu energii i pomiarowych.

Poszukiwanie przyczyn tych problemów może doprowadzić do stwierdzenia nieprawidłowej instalacji oprze wodowania – użycia nieekranowanych kabli komunikacyjnych ułożonych zbyt blisko kabli zasilających odbiorniki indukcyjne. Problem może rozwiązać wymiana tych kabli na ekranowane lub choćby odsunięcie ich od kabli zasilających odbiorniki indukcyjne.

Jeśli jednak przewody i kable dobrano i zainstalowano zgodnie z zaleceniami producenta, a przesył danych nadal odbywa się z błędami, to zaleca się konsultację z producentem urządzenia obiektowego lub specjalistą od jakości energii w celu uzyskania informacji, czy w tej sytuacji problemu nie rozwiąże zastosowanie filtrów i kondycjonerów zasilania.

Fot. 1. Często nie zwraca się należytej uwagi na instalację oprzewodowania urządzeń monitorujących i pomiarowych. Łatwo wówczas przeoczyć popularne błędy związane z oprzewodowaniem, takie jak pokazane na zdjęciu zwinięte przewody. Źródło: Eaton

3 Staranne przeanalizowanie dokumentów i planów przed ich zaaprobowaniem

Opisanych powyżej potencjalnych problemów można uniknąć przez zwrócenie w fazie projektowania i instalowania odpowiedniej uwagi na szczegóły zaleceń dotyczących oprzewodowania urządzeń obiektowych.

Zawsze najlepszą praktyką jest dokładne przeanalizowanie dokumentacji i planów przed ich zaaprobowaniem, tak aby zapewnić, że są szczegółowo spełnione ważne wymagania dotyczące oprzewodowania, w tym prawidłowy dobór przewodów do każdego przyrządu, prawidłowe oprzewodowanie sygnałowe, prawidłowe uziemienie oraz określone w specyfikacjach wymagania dotyczące przewodów i ich połączeń z przyrządami.

W wyniku tego ewentualne problemy mogą być zidentyfikowane i skorygowane przed rozpoczęciem prac instalacyjnych. Może to zaoszczędzić bardzo wiele czasu i pracy na poszukiwanie przyczyn awarii i ich usuwanie, w porównaniu do identyfikacji problemów po wykonaniu instalacji i jej uruchomieniu.

4 Testowanie systemów przed i po ich zainstalowaniu

Niezbędne jest użycie sprzętu testowego do pomiaru wydajności, harmonicznych oraz zaburzeń EMI przed i po zainstalowaniu systemu, aby usprawnić proces instalowania oprzewodowania obiektowego. Testowanie proaktywne może pomóc projektantom w zidentyfikowaniu ewentualnych przeszkód i wdrożeniu działań zapobiegawczych przed utworzeniem zestawień materiałowych. Badania te powinny być także przeprowadzone po zakończeniu prac instalacyjnych, aby zapewnić, że działania zapobiegawcze prawidłowo rozwiązały zidentyfikowane problemy.

Zwrócenie dokładnej uwagi na dane otrzymywane z urządzeń obiektowych podczas uruchamiania, maksymalnego wykorzystania oraz zmniejszenia obciążenia systemów również ułatwia identyfikację problemów. Poziomy zaburzeń EMI oraz wyższych harmonicznych mogą się w tych okresach zmieniać, tak więc zwracanie uwagi na niezgodności danych lub błędy zbierania danych często może pomóc w rozwiązywaniu problemów krótko po wykonaniu instalacji i wówczas dane urządzenie obiektowe może funkcjonować prawidłowo.

Jeśli zostaną zidentyfikowane problemy ze zbieraniem danych, to jedną z możliwych opcji jest wówczas bezpośrednie skontaktowanie się z producentem urządzenia obiektowego w celu natychmiastowego uzyskania pomocy i rozwiązania tych problemów.

Bez prawidłowej instalacji niemożliwe jest pełne wykorzystanie możliwości urządzeń pomiarowych i monitorujących. Dostarczane przez te urządzenia dane w czasie rzeczywistym upraszczają konserwację, skracają przestoje i zwiększają efektywność zakładu.

Jednak bez prawidłowo funkcjonujących systemów większość organizacji nigdy w pełni nie osiąga prawdziwego zwrotu z inwestycji w urządzenia pomiarowe i monitorujące.

Poprzez stosowanie najlepszych praktyk doboru oraz instalowania oprzewodowania urządzeń obiektowych projektanci, instalatorzy oraz personel kierowniczy zakładów mogą osiągnąć pełne korzyści z akwizycji danych w czasie rzeczywistym, nie mając problemów z nieprawidłowo funkcjonującym sprzętem oraz potrzeby czasochłonnego rozwiązywania tych problemów i testowania systemów.

Rick Schear jest menedżerem produktu w firmie Eaton.