- Monitorowanie kilku szaf elektrycznych zaczyna się od wskazania połączeń i elementów rzeczywiście wymagających ciągłego pomiaru temperatury, zamiast przydzielania identycznej liczby czujników każdej szafie.
- Można stosować bezprzewodowe czujniki temperatury, termowizję, czujniki PT100/RTD i światłowodowe, lecz rozwiązują one różne problemy pomiarowe.
- Termowizja pomaga znajdować nieznane gorące punkty, a stałe czujniki kontaktowe lepiej nadają się do ciągłego nadzorowania znanych miejsc.
- PT100 jest praktyczny w wielu konwencjonalnych instalacjach, lecz metalowe okablowanie staje się bardziej skomplikowane, gdy punkty znajdują się w środowisku wysokiego napięcia lub silnych pól elektromagnetycznych.
- Fluorescencyjne czujniki światłowodowe zapewniają punktowy pomiar temperatury drogą optyczną i są szczególnie przydatne tam, gdzie liczy się izolacja elektryczna lub odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
- Przy wielu szafach dobór czujnika jest tylko częścią projektu. Liczba kanałów, trasy między szafami, miejsce urządzenia oraz integracja z PLC lub SCADA również określają praktyczność systemu.
Zacznij od punktów temperatury, nie od typu czujnika
W szeregu szaf elektrycznych mogą znajdować się dziesiątki miejsc umożliwiających pomiar, lecz monitorowanie każdej dostępnej powierzchni rzadko daje użyteczne informacje. Lepiej zacząć od połączeń i elementów, których temperatura może ujawnić rozwijający się problem elektryczny lub mechaniczny.
Typowe stałe punkty obejmują złącza szyn zbiorczych, połączenia śrubowe, zakończenia kabli, przyłącza wyłączników, styki łączników i inne interfejsy prądowe, w których lokalna rezystancja może powodować dodatkowe nagrzewanie. Jedne szafy wymagają tylko dwóch lub trzech miejsc, inne uzasadniają większą liczbę ze względu na prąd, układ połączeń lub historię eksploatacji.
Przykładowo sześć szaf z trzema wybranymi połączeniami w każdej daje 18 potencjalnych punktów monitorowania. Nie oznacza to, że każda instalacja sześciu szaf powinna mieć 18 czujników. Liczba wynika po prostu z rzeczywistych lokalizacji, które inżynier chce obserwować ciągle.
Po ich wskazaniu można zadać bardziej użyteczne pytanie: jaka metoda pasuje do każdego punktu i otaczających go warunków elektrycznych?
Monitorowanie bezprzewodowe, termowizja, PT100 i światłowody rozwiązują różne problemy
Żadna metoda nie jest automatycznie najlepsza dla każdej szafy. Ręczna kamera termowizyjna może doskonale służyć okresowym przeglądom, a PT100 całkowicie wystarczyć dla stałego punktu niskonapięciowego. Czujniki bezprzewodowe mogą ograniczać konwencjonalne przewody sygnałowe wielu połączeń, natomiast światłowodowe czujniki temperatury są szczególnie atrakcyjne przy podwyższonym potencjale punktu lub silnym polu elektromagnetycznym.
| Metoda | Rodzaj pomiaru | Monitorowanie ciągłe | Połączenie elektryczne w punkcie | Typowa zaleta | Główna kwestia projektowa |
|---|---|---|---|---|---|
| Bezprzewodowy czujnik temperatury | Kontaktowy | Tak, zależnie od systemu | Zależne od budowy czujnika | Ogranicza konwencjonalne okablowanie sygnałowe między wieloma stałymi punktami a systemem | Sposób zasilania, łączność radiowa, zasięg bramki i ekranowanie szafy |
| Termowizja | Bezkontaktowy | Okresowe lub ciągłe z kamerami stacjonarnymi | Brak przy mierzonej powierzchni | Skanuje duży obszar i pomaga lokalizować nieznane gorące punkty | Widoczność, emisyjność, odbicia i przeszkody wewnętrzne |
| PT100 / RTD | Kontaktowy | Tak | Metalowe przewody dochodzą do punktu pomiaru | Technologia dojrzała, dokładna i szeroko obsługiwana przez sterowanie przemysłowe | Prowadzenie przewodów, izolacja elektryczna i złożoność okablowania wielu punktów |
| Światłowodowa metoda fluorescencyjna | Kontaktowy pomiar punktowy | Tak | Droga optyczna między punktem a urządzeniem | Przydatna przy wysokim potencjale i silnych zakłóceniach EMI | Rozmieszczenie sond, trasy światłowodów i dostępna liczba kanałów |
Wybór jest łatwiejszy, gdy cel pomiaru jest jasny. Jeśli podczas przeglądu trzeba znaleźć nieznane gorące połączenie, kamera może być wydajniejsza niż instalowanie wszędzie sond punktowych. Jeżeli gorący punkt jest znany i wymaga ciągłej obserwacji, bardziej użyteczny staje się czujnik stały. Potencjał, zakłócenia elektromagnetyczne i złożoność okablowania decydują wtedy, czy lepiej pasuje PT100, pomiar bezprzewodowy czy światłowodowy.
Monitorowanie bezprzewodowe ogranicza przewody, lecz szafa nadal wpływa na system
Bezprzewodowe monitorowanie temperatury często rozważa się, gdy wiele stałych punktów jest rozmieszczonych w kilku szafach. Zamiast prowadzić konwencjonalną parę sygnałową od każdego czujnika do centralnego panelu akwizycji, dane można przesyłać do bramki lub odbiornika.
Może to uprościć niektóre modernizacje, lecz „bezprzewodowy” nie oznacza jednej technologii. Niektóre czujniki korzystają z baterii, inne z metod pasywnych lub odzyskiwania energii, a sposoby komunikacji też się różnią. Metalowe konstrukcje, wewnętrzne przegrody i odstępy między szafami mogą wpływać na transmisję radiową. Pozycję bramki i niezawodność komunikacji trzeba więc rozpatrywać razem z położeniem czujników.
Systemy bezprzewodowe są zatem najbardziej użyteczne, gdy głównym problemem jest ograniczenie konwencjonalnych przewodów sygnałowych. Pomiar światłowodowy rozwiązuje inną kwestię. Jego zasadnicza wartość nie polega jedynie na unikaniu miedzianego kabla między szafami, ale na połączeniu punktu temperatury z urządzeniem drogą optyczną, gdy ważna jest izolacja elektryczna lub odporność na zakłócenia.
Termowizja lepiej znajduje gorące punkty, niż stale śledzi jeden punkt
Termowizja jest szczególnie skuteczna podczas przeglądów, ponieważ kamera może szybko obejrzeć wiele elementów. Inżynier porównuje fazy, połączenia i sąsiednie podzespoły bez wcześniejszego wyznaczania dokładnego miejsca każdego czujnika.
Dzięki temu inspekcja podczerwienią pomaga lokalizować nieznane wcześniej nieprawidłowe nagrzewanie. Po wskazaniu podejrzanego połączenia okresowy przegląd i ciągłe monitorowanie stałego punktu stają się jednak różnymi zadaniami.
Ręczna kamera rejestruje szafę tylko w czasie przeglądu. Zamknięte drzwi, wewnętrzne bariery i brak widoczności mogą uniemożliwić bezpośrednią obserwację połączeń. Przy interpretacji odczytów trzeba uwzględniać emisyjność powierzchni, odbicia i kąt obserwacji.
Kamery stacjonarne mogą monitorować ciągle, lecz nadal wymagają właściwego pola widzenia. Wewnętrzne złącza ukryte za przewodnikami lub elementami konstrukcji mogą być praktyczniej mierzone długoterminowo przez czujnik kontaktowy zamontowany bezpośrednio w wybranym miejscu.
W wielu instalacjach oba podejścia się uzupełniają: termowizja wskazuje podejrzane obszary, a czujniki stałe stale monitorują wybrane połączenia.
PT100 pozostaje praktyczny tam, gdzie izolacja elektryczna nie jest głównym problemem
PT100 i inne RTD są popularne z dobrych powodów. To dojrzałe, stabilne i znane czujniki, łatwe do podłączenia do wielu PLC, przetworników i systemów akwizycji. W szafach niskonapięciowych i innych miejscach, gdzie metalowe przewody nie powodują problemu elektrycznego lub elektromagnetycznego, PT100 może być rozsądnym rozwiązaniem.
Trudności rosną wraz z liczbą szaf i punktów. Osiemnaście stałych punktów może oznaczać osiemnaście elementów pomiarowych wraz z ich trasami przewodów, zaciskami i kanałami wejściowymi. Przewody muszą przechodzić przez kanały szafy, drzwi lub przegrody, pozostając rozpoznawalne i dostępne serwisowo.
Przy wysokim potencjale lub silnych polach przewody stają się również częścią układu elektrycznego, a nie tylko pomiaru temperatury. Wtedy porównanie światłowodowego czujnika temperatury z PT100 jest bardziej miarodajne niż porównywanie samych dokładności.
Punktowy pomiar światłowodowy do wysokiego potencjału i silnych zakłóceń EMI
INNO stosuje fluorescencyjny punktowy pomiar temperatury. Mały element na końcówce sondy reaguje na temperaturę, a światłowód przenosi sygnał między sondą a urządzeniem. Metoda zapewnia światłowodowy pomiar temperatury bez konwencjonalnego elektrycznego przewodnika pomiarowego między punktem a urządzeniem akwizycji.
Jest to szczególnie użyteczne przy złączach szyn, połączeniach wysokoprądowych i innych stałych miejscach, gdzie potencjał lub EMI utrudnia zwykłą instalację. Sondy fluorescencyjne INNO mają także wysoką odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, cenną w środowisku o dużym poziomie zakłóceń elektrycznych.
Jest to technologia punktowa, a nie rozłożony pomiar temperatury. Jedna sonda mierzy jedną określoną lokalizację fizyczną. Jeśli dwanaście połączeń szafy wymaga ciągłego pomiaru, potrzeba dwunastu sond i dwunastu aktywnych kanałów pomiarowych.
Na przykład światłowodową sondę temperatury połączenia śrubowego szyny zbiorczej można zamontować na wybranym złączu, gdy potrzebny jest jego bezpośredni nadzór. Sonda nie przeszukuje szafy w poszukiwaniu nieznanych gorących punktów, dlatego właściwy dobór lokalizacji pozostaje zadaniem projektowym.
Kilka szaf może korzystać ze wspólnej architektury wielokanałowej
Po określeniu punktów system trzeba zorganizować według fizycznego rozmieszczenia szaf. Typowe są dwa podejścia: sprowadzenie kilku szaf do jednego centralnego urządzenia wielokanałowego albo podział na grupy z odrębnymi urządzeniami monitorującymi.
Monitorowanie centralne
Jeżeli szafy stoją blisko, a trasy optyczne są proste, sondy z kilku szaf można doprowadzić do jednego urządzenia wielokanałowego. Uproszczony układ może wyglądać tak:
| Szafa | Punkt pomiarowy | Kanał |
|---|---|---|
| Szafa 1 | Złącze szyny zbiorczej A | CH1 |
| Szafa 1 | Zakończenie kabla B | CH2 |
| Szafa 1 | Przyłącze wyłącznika C | CH3 |
| Szafa 2 | Złącze szyny zbiorczej A | CH4 |
| Szafa 2 | Zakończenie kabla B | CH5 |
| Szafa 2 | Przyłącze wyłącznika C | CH6 |
Układ upraszcza identyfikację kanałów, bo każdy odpowiada znanemu fizycznemu punktowi. Większe instalacje opierają się na tej samej zasadzie: liczba kanałów rośnie wraz z liczbą monitorowanych punktów.
Urządzenia grupowe lub rozproszone
Urządzenie centralne nie zawsze jest najpraktyczniejsze. Szafy mogą znajdować się w różnych pomieszczeniach, sekcjach lub długich ciągach rozdzielnicy. Prowadzenie każdego światłowodu w jedno miejsce może wtedy wprowadzać zbędną złożoność.
W takim przypadku można podzielić szafy na grupy. Jedno urządzenie wielokanałowe obsługuje jedną sekcję, kolejne następną, a dane obu trafiają do nadrzędnego PLC lub SCADA.
O wyborze między jednym urządzeniem centralnym a kilkoma rozproszonymi nie decyduje więc tylko pojemność kanałowa. Architektura zależy także od odstępów między szafami, dostępu do tras, konserwacji i przyszłej rozbudowy.
Liczba kanałów wynika z liczby stałych punktów
Po wskazaniu fizycznych miejsc planowanie kanałów jest proste. Osiem szaf z trzema stale nadzorowanymi połączeniami w każdej wymaga 24 aktywnych punktów. W systemie punktowym te 24 miejsca wymagają 24 aktywnych kanałów pomiarowych.
To obliczenie jest dopiero początkiem. Rezerwa, późniejsza rozbudowa szaf i grupowanie urządzeń mogą zmienić konfigurację końcową. Kwestie te omawia szerzej dobór kanałów światłowodowego monitorowania temperatury.
Najważniejsze, aby liczba kanałów wynikała z układu urządzeń i celu nadzoru, a nie odwrotnie.
Trasy między szafami często są ważniejsze, niż się wydaje
System wielopunktowy może wyglądać prosto na rysunku, a być trudny w konserwacji bez starannego planowania tras. Światłowody nadal wymagają fizycznego przejścia przez kanały, przepusty i ruchome sekcje, a każde włókno musi pozostawać przypisane do właściwej sondy i kanału.
Szczególną uwagę należy poświęcić ruchowi drzwi, wyłącznikom wysuwnym i demontowalnym sekcjom. Światłowody powinny omijać części ruchome i miejsca, gdzie rutynowy serwis wielokrotnie je zgina, przytrzaskuje lub ciągnie.
Wraz z rozbudową rośnie znaczenie oznaczeń. Praktyczny schemat nazewnictwa może bezpośrednio łączyć lokalizację z kanałem, np.:
- Szafa 01 – Złącze szyny zbiorczej A – CH1
- Szafa 01 – Zakończenie kabla B – CH2
- Szafa 02 – Złącze szyny zbiorczej A – CH4
Długość światłowodu jest parametrem trasy, nie kanału. Większe odległości między szafami i urządzeniem mogą wymagać dłuższych włókien, lecz nie zmieniają liczby punktów. Długość światłowodu czujnika temperatury powinna więc wynikać z rzeczywistej trasy montażowej.
Integracja kilku szaf z PLC lub SCADA
Po ustaleniu architektury pomiarowej szaf urządzenia mogą stać się częścią większego systemu monitorowania elektrycznego. Typowa ścieżka danych to:
- Sonda temperatury na każdym wybranym połączeniu
- Światłowód od sondy do urządzenia monitorującego
- Wielokanałowa akwizycja temperatury
- RS485 / Modbus RTU w odpowiednich urządzeniach INNO
- PLC, SCADA lub inny nadrzędny system monitorowania
Operatorzy mogą wtedy oglądać temperatury kilku szaf w jednym interfejsie, zamiast odczytywać każdy punkt lokalnie. Logikę alarmów, trendy i zachowanie systemu nadrzędnego można realizować w odpowiedniej architekturze nadzoru.
Dokładny interfejs zależy od używanego urządzenia, dlatego komunikację należy sprawdzić przed wyborem sprzętu. Szerszą architekturę integracji światłowodowego monitorowania temperatury z PLC i SCADA najlepiej planować wraz z liczbą kanałów i miejscem urządzenia.
Dopasuj metodę do rzeczywistego problemu szafy
Różne zadania wymagają różnych technologii. Zespół serwisowy szukający nieznanego gorącego połączenia może bardziej skorzystać z termowizji niż z dziesiątek czujników stałych. Zwykła szafa z dostępnymi punktami niskonapięciowymi może dobrze działać z PT100. Bezprzewodowy nadzór staje się atrakcyjny przy wielu stałych punktach i trudnym do opanowania okablowaniu sygnałowym.
Fluorescencyjny pomiar światłowodowy jest szczególnie przydatny, gdy istotne miejsca są już znane, a instalacja łączy nadzór ciągły z izolacją elektryczną, wysokim potencjałem lub silnymi EMI. W takich zastosowaniach wielopunktowe monitorowanie temperatury można zorganizować w kilku szafach bez konwencjonalnych elektrycznych przewodników pomiarowych przy każdym punkcie.
W rozdzielnicach technologię należy więc wybierać po poznaniu układu szaf, napięcia pracy, oczekiwanych gorących punktów, strategii przeglądów i architektury danych. Monitorowanie temperatury rozdzielnicy odpowiednie dla jednego ciągu może być zbędnie złożone lub niewystarczające dla innego.
Zbuduj architekturę monitorowania wokół szaf
Skuteczne monitorowanie wielu szaf zaczyna się od urządzeń, nie katalogu czujników. Inżynierowie najpierw określają, które połączenia wymagają ciągłego pomiaru, które gorące punkty pozostają nieznane oraz czy izolacja, widoczność, złożoność okablowania lub EMI ogranicza wybór metod.
Te decyzje określają, czy dla każdej części instalacji najpraktyczniejsza będzie termowizja, czujniki bezprzewodowe, PT100 czy fluorescencyjny pomiar światłowodowy. Po wyborze metody można zaplanować kanały, trasy włókien lub kabli, lokalizację urządzeń i integrację z PLC lub SCADA według rzeczywistego układu szaf.
Dla punktów o wysokim potencjale lub silnych zakłóceniach EMI światłowodowy system monitorowania temperatury rozdzielnic i powiązane konfiguracje punktowe mogą zapewnić ciągły nadzór wielu stałych miejsc. Zespół inżynierów INNO może przeanalizować liczbę szaf i punktów, długości tras oraz wymagania hosta dla konkretnego projektu.