تركيبات التحكم

يمكن أن تتأثر عمر الخدمة ودقة نظام التحكم بعوامل التركيب. يناقش هذا الدرس الاعتبارات الأساسية المهمة بما في ذلك موضع المعدات والأسلاك، والتدخل الترددي اللاسلكي، والحماية من البيئة المحيطة.

مستشعرات درجة الحرارة

موقع المستشعر موضع المستشعر مهم، ويجب أن يكون في مكان يمكنه من خلاله استشعار ضغط أو درجة حرارة أو مستوى تمثيلي. يجب أيضًا مراعاة طول المستشعر. إذا كان المستشعر المستخدم كبيرًا أو طويلًا، يجب توفير ترتيب لذلك في أنابيب التوصيل التي يتم تركيبه فيها. يمكن أن تأتي مستشعرات أنظمة التحكم ذاتية الفعل بأشكال وأحجام مختلفة ومتنوعة. بشكل عام، تكون مستشعرات أنظمة التحكم الإلكترونية والهوائية أصغر من تلك الخاصة بالتحكم ذاتي الفعل. المتطلبات التالية هي وضع المستشعر في مكان غير عرضة للتلف، وربما تركيبه في جيب حماية إذا لزم الأمر. يجب أن يكون جيب الحماية طويلًا بما يكفي لإغمار المستشعر بالكامل في السائل. إذا كان موصل التوصيل القصير أطول مما هو موضح في الشكل 8.4.1، فقد لا يكون المستشعر مغمورًا بالشكل الصحيح في السائل. حماية المستشعر إذا كان المستشعر سيُركّب في خزان، قد يكون من الأفضل وضعه بالقرب من أحد الزوايا، حيث يمكن توقع أقصى قوة في الجدار، مع احتمال أقل للانحناء. مع بعض السوائل، من الضروري حماية المستشعر لمنع التآكل أو الذوبان. تتوفر جيوب الحماية عادةً بمواد مختلفة، بما في ذلك:

• الفولاذ المقاوم للصدأ.
• الفولاذ المنخفض الكربون.
• النحاس والصفر، وهي مناسبة للتطبيقات الأقل صرامة.
• الزجاج المقاوم للحرارة، الذي يوفر حماية عامة جيدة ضد المنتجات الكاوية مثل الأحماض والقلويات، لكنها قد تكون هشة. عادةً ما يمكن توفير أنابيب الشعيرات الدموية للتحكم ذاتي الفعل مغطاة بطلاً من مادة PVC، وهو مفيد في البيئات المسببة للتآكل. عندما يكون من الممكن تركيب المستشعر عبر جانب الخزان، يسمح توفير جيب الحماية أيضًا بإزالة المستشعر بدون تصريف محتويات الخزان. يميل جيب الحماية إلى زيادة التأخير الزمني قبل أن يستجيب التحكم للتغيرات في درجة حرارة المحلول، ومن المهم اتخاذ ترتيبات لإبقاء ذلك في حدوده الدنيا. سيكون هناك، على سبيل المثال، مساحة هوائية بين المستشعر وداخل جيب الحماية، والهواء عازل. لتغلب على ذلك، يمكن استخدام معجون موصل للحرارة لملء المساحة.

الصمامات والمحركات

يعتمد موضع المحرك المفضل على نوع نظام التحكم المستخدم. بالنسبة لصمامات التحكم ذاتية الفعل، يُفضل عمومًا أن يكون المحرك مثبتًا أسفل الصمام. على العكس، من الأفضل عادةً تركيب محرك كهربائي أو هوائي فوق الصمام، وإلا فإن أي تسرب من الساق قد يؤدي إلى سكب سائل العملية - الذي قد يكون ساخنًا أو مسببًا للتآكل - على المحرك. لا يُوصى بالتركيب الأفقي لأنه مع مرور الوقت:

• قد يحدث تآكل غير متساوٍ في الساق.
• قد لا يظهر سدادة الصمام بشكل مربع على مقعد الصمام. يجب أن يكون التركيب المعدني للمحركات الكهربائية مناسبًا للبيئة من حيث تصنيف الغلاف ضد الرطوبة الزائدة والغازات والسوائل الخطرة. سيكون الصمام والمحرك أثقال من أنبوب مكافئ الطول، وستحتاج إلى دعم كافٍ. من المهم، قبل التركيب وبعده، التحقق من أن الصمام مثبت باتجاه السهم الصحيح للتدفق. يجب ترك مساحة كافية حول الصمام والمحرك للصيانة، ولرفع المحرك عن الصمام.

التدخل الترددي اللاسلكي (RFI)

التدخل الترددي اللاسلكي هو تشويش كهربائي يمكن أن يسبب تلف إشارات التحكم ويؤثر على تشغيل أجهزة التحكم الإلكترونية. هناك شكلان من التدخل الترددي اللاسلكي:

• مستمر.
• نبضي (عابر). تبث أجهزة الإرسال اللاسلكي والحواسيب وأجهزة التدفئة بالحث وغيرها من المعدات المماثلة تداخلًا تردديًا عالي التردد مستمرًا. يولد التدخل النبضي من القوس الكهربائي، الذي يحدث عند فتح جهات الاتصال الخاصة بالمحولات، وخاصة تلك المسؤولة عن تشغيل المكونات الحثية مثل المحولات أو المحولات الكهربائية. غالبًا ما يكون مهندس التحكم قلقًا بشكل خاص بشأن التدخل النبضي. تكون النبضات ذات شدة عالية جدًا ومدة قصيرة جدًا، ويمكن أن تزعج إشارات التحكم الكهربائية الحقيقية. نقل التدخل الترددي اللاسلكي يمكن أن ينتقل التداخل اللاسلكي عبر نمطين:
• التوصيل.
• الإشعاع. يُنقل التدخل التوصيلي إلى وحدة التحكم عبر كابلات إمداد الطاقة. يمكن تقليل تأثيره باستخدام مكبح تداخل في خط الإمداد بأقرب ما يمكن إلى وحدة التحكم. التدخل الإشعاعي هو مشكلة أكبر لأنه أصعب في مكافحته. هذا الشكل من التدخل يشبه بثًا إذاعيًا يلتقطه “هوائيات” تتشكل بشكل طبيعي من أسلاك الإشارات، ثم يُعاد إشعاعها داخل صندوق وحدة التحكم إلى مناطق أكثر حساسية. يمكن للمكونات الإلكترونية داخل وحدة التحكم أيضًا استقبال البثوص مباشرة، خاصة إذا كان مصدر التداخل على بُعد أقل من 200 مم. تأثيرات التدخل الترددي اللاسلكي تستجيب أنواع وحدات التحكم لأشكال مختلفة من التداخل بطرق مختلفة. عادة ما تستجيب أجهزة التحكم التناظرية للتدخل المستمر وليس العابر، لكنها عادة ما تتعافى عندما يتوقف التداخل. أعراض التدخل المستمر ليست سهلة التعرف عليها لأنها عادة ما تؤثر على دقة القياس. غالبًا ما يكون من الصعب التمييز بين تأثيرات التدخل والتشغيل العادي للجهاز. من المرجح أن يؤثر التدخل العابر على مخرجات المُرحّل، حيث يكون حدوثه أسرع مما يمكن لدوائر التناظرية الاستجابة له. تتأثر أجهزة التحكم المعتمدة على المعالجات الدقيقة بشكل أكبر بتلف التدخل النبضي العابر لكنها تتمتع بمناعة أعلى ضد التدخل المستمر. أول مؤشر على حدوث تداخل هو غالبًا توقف العرض أو تشويهه أو احتوائه على رموز بلا معنى بالإضافة إلى العرض العادي. تتضمن الأعراض الأكثر صعوبة في الكشف عدم دقة القياس أو موضع خاطئ للمحرك، وقد يستمر هذا دون أن يُكتشف حتى يخرج النظام عن السيطرة بشكل واضح. ممارسات التركيب للحد من التدخل الترددي اللاسلكي الاختيار والتركيب الصحيح لأسلاك إشارات التحكم أمر حيوي لتقليل الحساسية للتدخل الترددي اللاسلكي. الأسلاك المزدوجة المجدولة أقل عرضة للتدخل من الكابلات المتوازية (الشكل 8.4.2). الكابلات المُحصَّنة ذات التأريض أقل عرضة للتدخل من الأسلاك المزدوجة المجدولة، لكن لا يمكن الاعتماد على ذلك دائمًا، خاصة بالقرب من الكابلات عالية التيار.

يجب تأريض الكابل المُحصَّن (الأشكال 8.4.3) عند طرف واحد فقط، انظر الشكل 8.4.3 (‘A’ و ‘B’)؛ التأريض عند كلا الطرفين سيؤدي إلى تدهور الوضع. الحفاظ على فصل الأسلاك عن أسلاك الطاقة (الشكل 8.4.4) يمكن أن يقلل من الالتقاط عبر أسلاك الإشارة. يوصي المعيار BS 6739: 1986 بأن يكون هذا الفصل على الأقل 200 مم لأسلاك طاقة الأجهزة و250 مم لأسلاك الطاقة الأخرى.

وجد عمليًا أن أسلاك الإشارة يمكن تشغيلها بجوار / بالقرب من أسلاك الطاقة شريطة أن تكون داخل غلاف مؤرض خاص بها، انظر الشكل 8.4.5. يمكن تقليل التدخل النبضي الناتج عن القوس الكهربائي بواسطة مكبح مناسب متصل عبر جهات التلامس الخاصة بالمحول. يمكن تقليل الالتقاط عبر الإشعاع المباشر بتركيب أجهزة التحكم على بُعد 250 مم على الأقل من مصادر التداخل، مثل قواطع التلامس أو مُرحّلات تبديل الطاقة. فصل الكابلات تُعاد طباعة المعلومات التالية من المعيار البريطاني لممارسات مكافحة التدخل في أنظمة التحكم بالعمليات: تصميم التركيب والممارسات BS 6739: 1986: الفقرة 10.7.4.2.2 - الفصل عن كابلات الطاقة

• يجب توجيه كابلات الأجهزة فوق أو تحت الأرض، منفصلة عن كابلات الطاقة الكهربائية (أي كابلات التيار المتردد، عادة فوق 50 فولت تيار متردد مع تصنيف 10 أمبير).
• يجب تجنب التشغيل المتوازي للكابلات. ومع ذلك، عندما يكون ذلك حتميًا، يجب توفير فصل مادي كافٍ.
• يُوصى بمسافة 250 مم عن كابلات طاقة التيار المتردد حتى تصنيف 10 أمبير. بالنسبة للتصنيفات الأعلى، يجب زيادة المسافة بشكل تدريجي.
• عندما يكون من الضروري لأسلاك الإشارة وطاقة أن تتقاطع مع بعضها البعض، يجب ترتيب الكابلات لتتقاطع بزوايا قائمة مع وسيلة فصل إيجابية لا تقل عن 250 مم. الفقرة 10.7.4.2.3 - الفصل بين كابلات الأجهزة

1. الفئات 1 و 2 متباعدة 200 مم.
2. الفئات 2 و 3 متباعدة 300 مم.
3. الفئات 1 و 3 متباعدة 300 مم. تصنف الكابلات على النحو التالي:
4. كابلات الطاقة الكهربائية- كابلات عادة فوق 50 فولت تيار متردد مع تصنيف 10 أمبير.
5. الفئة 1. أسلاك طاقة وتحكم الأجهزة فوق 50 فولت - تشمل هذه المجموعة مصادر طاقة التيار المتردد والمستمر وإشارات التحكم حتى تصنيف 10 أمبير.
6. الفئة 2. أسلاك الإشارة عالية المستوى (5 فولت إلى 50 فولت تيار مستمر) - تشمل هذه المجموعة الإشارات الرقمية وإشارات الإنذار وإشارات الإيقاف وإشارات التناظرية عالية المستوى مثل 4 - 20 مللي أمبير.
7. الفئة 3. أسلاك الإشارة منخفضة المستوى (أقل من 5 فولت تيار مستمر) - تشمل هذه المجموعة إشارات درجة الحرارة والإشارات التناظرية منخفضة المستوى. تقع أسلاك الأزواج الحرارية ضمن هذه الفئة. على الرغم من أنه ليس عمليًا دائمًا، يجب بذل كل جهد لتحقيق الفصلوص الموصى به.

معايير الحماية الكهربائية

يجب أن تكون المعدات الكهربائية مثل أجهزة التحكم الإلكترونية مناسبة للبيئة التي ستُستخدم فيها. يمكن العثور على بيئات خطرة في مصافي النفط والمنصات البحرية والمستشفيات ومصانع التعدين والكيميائية ومستحضرات التصنيع وغيرها الكثير. سيتغير مستوى الحماية بناءً على الخطر المحتمل، على سبيل المثال خطر اشتعال الشرر أو الأسطح الساخنة للغازات والبخار القابلة للاشتعال الموجودة. من المهم بنفس القدر حماية المعدات من الرطوبة والغبار وتسرّب المياه والتغيرات الحادة في درجة الحرارة. توجد معايير وإجراءات لتقليل فرصة تسبب المعدات في أعطال قد تشعل حرائق أو تبدأ انفجارات في المعدات المجاورة. تم تصميم معايير الحماية الأساسية لتلبية بيئات محددة. تصنيفات IP تصنيف IP، أو تصنيف الحماية الدولي المذكور للغلاف، هو وسيلة لتصنيف مستوى الحماية الذي يوفره الغلاف، باستخدام رقمين، كما هو موضح في الجداول 8.4.1 و 8.4.2. يشير الرقم الأول (انظر الجدول 8.4.1) إلى الحماية المقدمة ضد تسلل الأجسام الغريبة مثل الروافع أو المفكّات أو حتى يد شخص ما. يتكون النطاق من سبعة أرقام يبدأ بـ 0، الذي يشير إلى عدم وجود حماية من الأجسام المادية أو التدخل البشري؛ وصولاً إلى 6، الذي يوفر حماية دقيق ضد دخول الغبار أو الجسيمات الدقيقة للغاية. يشير الرقم الثاني (انظر الجدول 8.4.2) إلى درجة الحماية ضد تسرّب المياه. يبدأ النطاق بـ 0 الذي يعني عدم حماية ضد المياه. الأعلى هو 8، الذي يوفر حماية مثلى للمعدات المغمورة باستمرار في الماء. مثال 8.4.1 يمكن تعريف غلاف كهربائي له تصنيف IP34 التالي على النحو التالي: ليس من قصد هذه الوحدة الدخول في التفاصيل المتعلقة بموضوع حماية الأغلفة. يُناقَش هذا الموضوع بمزيد من العمق في المعايير الدولية، حيث أن BS EN 60529:1992 واحد منها. يُنصح القارئ بالرجوع إلى هذه المعايير إذا كانت المعلومات مطلوبة لأغراض محددة. معدات كهربائية محمية ضد الانفجار أُوضحت بإيجاز كيف تغطي تصنيفات IP مجالين مهمين من الحماية. ومع ذلك، هناك أنواع عديدة أخرى من المخاطر للتعامل معها. قد تشمل التآكل والاهتزاز والحريق والانفجار. من المرجح أن تحدث الأخيرة عندما تنتج المعدات الكهربائية شررًا، أو تعمل على درجات حرارة عالية، أو تنفد أقواس كهربائية؛ مما يشعل المواد الكيميائية أو الزيوت أو الغازات. عمليًا، من الصعب تحديد ما إذا كانت الغلاف المتفجر سيكون موجودًا في مكان محدد داخل منطقة محتملة الخطر أو مصنع. تم حل هذه المشكلة بتعيين منطقة داخل المصنع حيث قد تكون الغازات القابلة للاشتعال موجودة ضمن إحدى المناطق الخطرة الثلاث التالية:

• المنطقة 1 - منطقة يكون فيها الغاز المتفجر موجودًا باستمرار أو موجودًا لفترات طويلة من الزمن.
• المنطقة 2 - منطقة من المرجح أن يحدث فيها الغاز المتفجر أثناء التشغيل العادي.
• المنطقة 3 - منطقة من غير المرجح أن يحدث فيها الغاز المتفجر أثناء التشغيل العادي وإذا حدث، فلن يكون موجودًا إلا لفترة قصيرة من الزمن. كانت هناك محاولات عديدة لصياغة معايير حماية مقبولة دوليًا. كانت اللجنة الكهtechniqueائية الدولية (IEC) أول من أنتج معايير دولية في هذا المجال، ومع ذلك، توحد حاليًا CENELEC (لجنة تنسيق المعايير الكهربائية الأوروبية) جميع دول التصنيع الكبرى في أوروبا تحت مجموعة واحدة من المعايير. يُغطى معدات القياس والتحكم بأسلوب حماية الأمان الجوهري، الذي يعتمد على تقليل خطر الانفجار عن طريق تقييد كمية الطاقة الكهربائية الداخلة إلى منطقة خطرة، وبالتالي لا يتطلب، في الأساس، أغلفة خاصة. هناك فئتان من الأجهزة ذات الأمان الجوهري المحددة من قبل CENELEC و IEC، وهما، EX ia و EX ib. فئة EX ia تصنف هذه المعدات على أنها غير قادرة على إحداث اشتعال تحت إجراءات التشغيل العادية، أو كنتيجة لعطل واحد أو أي عطلين مستقلين تمامًا. فئة EX ib تصنف هذه المعدات على أنها غير قادرة على إحداث اشتعال تحت إجراءات التشغيل العادية، أو كنتيجة لعطل واحد. مثلما هو الحال مع حماية IP، لا تنوي هذه الوحدة مناقشة هذا الموضوع بالعمق الكبير؛ إنه موضوع معقد يزداد تعقيدًا بسبب حقيقة أن تجميعات المعدات قد تكون مختلفة في بلدان مختلفة. يقترح أنه إذا احتاج القارئ إلى مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع، فعليه دراسة المعيار المناسب ذي الصلة.