ทำไมสัญญาณยังคงคลาดเคลื่อนหลังจากเปลี่ยนตัวส่งสัญญาณแรงดันแล้ว? คุณอาจมองข้ามสาเหตุที่แท้จริงไป

ทำไมสัญญาณยังคงคลาดเคลื่อนหลังจากเปลี่ยนตัวส่งสัญญาณแรงดันแล้ว? คุณอาจมองข้ามสาเหตุที่แท้จริงไป

ในอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติ มีปัญหาหนึ่งที่น่ารำคาญกว่าการทำงานผิดพลาด ซ่อนเร้นกว่าสัญญาณเตือน และน่าหงุดหงิดกว่าการทำงานผิดพลาด นั่นก็คือ การเบี่ยงเบนของสัญญาณ

สาระสำคัญของการเบี่ยงเบนของสัญญาณ

ข้อบกพร่องส่วนใหญ่ของ เครื่องส่งสัญญาณแรงดันเกจ มักเกิดขึ้นอย่างกะทันหัน: อาจเสีย พัง หรือส่งสัญญาณเตือน

แต่การปล่อยให้รถไหลไปเองโดยไม่ควบคุมนั้นไม่ใช่

มันไม่ใช่ความผิดปกติแบบฉับพลัน แต่เป็นเหมือนการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยมากกว่า วันนี้ค่าคลาดเคลื่อนไปไม่กี่มิลลิแอมป์ สัปดาห์ต่อมาก็คลาดเคลื่อนไปไม่กี่เปอร์เซ็นต์ เดือนต่อมาการควบคุมก็ไม่แม่นยำ และหลังจากครึ่งปี กราฟแนวโน้มก็ดูไม่รู้เรื่องแล้ว

เหตุผลที่การตรวจจับการเบี่ยงเบนทำได้ยากนั้นเป็นเพราะว่าโดยทั่วไปแล้วแทบจะไม่เคยเป็นปัญหาเลยหากมีเพียงตัวเดียว เครื่องส่งสัญญาณแรงดันแบบคาปาซิแตนซ์แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยอย่างค่อยเป็นค่อยไป ณ จุดใดจุดหนึ่ง หลายจุด หรือแม้กระทั่งตลอดทั้งห่วงโซ่สัญญาณ

ลิงก์นี้ประกอบด้วย:

อุปกรณ์→เครื่องส่งสัญญาณ→สายเคเบิล→เทอร์มินัล→ฉนวน→อินพุตอะนาล็อก PLC→แหล่งจ่ายไฟ→การต่อสายดิน→สภาพแวดล้อมภาคสนาม→การรบกวน EMC

หากจุดเชื่อมต่อใด ๆ เสื่อมสภาพลงแม้เพียงเล็กน้อย การสะสมของความเสื่อมสภาพจะนำไปสู่การเคลื่อนตัว

ตรงนี้แหละที่มันเริ่มน่าขนลุกสุดๆ

สอง

เหตุใดสัญญาณจึงเกิดการเบี่ยงเบน?

แม้ว่าการเบี่ยงเบนของสัญญาณจะแสดงออกมาในหลายรูปแบบ แต่สาเหตุหลักๆ สามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภท

ความไม่สม่ำเสมอของจุดศูนย์ที่เกิดจากความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าภาคพื้นดิน

นี่เป็นแหล่งที่มาของการเคลื่อนตัวแบบทั่วไปที่สุดและยากที่สุดที่จะนึกถึง

ไม่มีจุดศูนย์ร่วมระหว่างฝั่ง PLC และฝั่งอื่น ๆตัวส่งสัญญาณแรงดัน 4-20mA และทั้งสองอย่างไม่ได้อยู่บนจุดอ้างอิงเดียวกัน ตราบใดที่ความต่างศักย์มีค่าหลายสิบมิลลิโวลต์ ปริมาณอนาล็อกก็จะเริ่มเบี่ยงเบน ยิ่งอาคารโรงงานเก่าเท่าไหร่ ปัญหานี้ก็ยิ่งร้ายแรงมากขึ้นเท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว อาการนี้มักแสดงออกมาในรูปของค่าที่ผันผวนขึ้นลงเมื่อเริ่มและหยุดการทำงานของอุปกรณ์ ยิ่งสายไฟยาวมากเท่าไหร่ การเปลี่ยนแปลงค่าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หรืออาจเสถียรขึ้นทันทีหลังจากเพิ่มตัวแยกวงจร หากคุณพบการเปลี่ยนแปลงค่าที่รู้สึกผิดปกติ นั่นก็คือสาเหตุหลักๆ ของอาการนี้

2. " การซ้อนทับของสัญญาณรบกวน " ที่เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนสูง (เช่น บริเวณที่มีตัวแปลงความถี่กำลังสูง การสตาร์ทและหยุดมอเตอร์บ่อยครั้ง เครื่องเชื่อมที่มีความหนาแน่นสูง หรือแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งกำลังสูง) สัญญาณอนาล็อกมีแนวโน้มที่จะเกิดการรบกวนได้ง่าย ไม่ใช่ว่าสัญญาณจะเสียหายเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน แต่เป็นเพราะสัญญาณได้รับผลกระทบอย่างต่อเนื่อง

แนวโน้มของสัญญาณมักมีลักษณะเป็นรอยหยักละเอียด การสั่นสะเทือนเป็นครั้งคราว หรือความผิดปกติอย่างมีนัยสำคัญในตัวแปรขนาดเล็ก EMI พบได้ทั่วไปในโรงงานและไม่ได้ทำให้เกิดความล้มเหลวโดยตรง แต่ทำให้สัญญาณไม่เสถียร 40% ของความคลาดเคลื่อนในงานวิศวกรรมเกี่ยวข้องกับ EMI

3. การลดทอนสัญญาณและการสัมผัสที่ไม่ดี เกิดจากสายเคเบิลและขั้วต่อ

เป็นเรื่องปกติที่โรงงานเก่าๆ จะไม่เปลี่ยนสายการผลิตมานานกว่าทศวรรษ อย่างไรก็ตาม แกนสายเคเบิลอาจชื้นและเสื่อมสภาพ ฉนวนอาจเสื่อมสภาพ ขั้วต่ออาจเกิดออกซิเดชัน ชั้นป้องกันอาจแตก และค่าความต้านทานอาจเพิ่มขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถทำให้สัญญาณอนาล็อกของสายเคเบิลผิดเพี้ยนได้ เครื่องส่งสัญญาณแรงดัน HART ลอยไปอย่างช้าๆ

นี่เป็นปัญหาที่มักถูกมองข้ามมากที่สุด แต่กลับเป็นปัญหาที่พบได้บ่อยที่สุด

4. ปัญหาที่พบบ่อยคือการหลวมของขั้วต่อและแรงกดของสายไฟไม่เพียงพอ

สกรูบนเครื่องส่งสัญญาณแรงดันน็อตไม่ได้ขันแน่นพอ และขั้วต่อหลวมเนื่องจากการสั่นสะเทือนหรือการเกิดออกซิเดชันที่จุดสัมผัส วิศวกรหลายคนไม่สามารถระบุปัญหาเหล่านี้ได้เพราะคิดว่ามันง่ายเกินไป

5. วงจรไม่เสถียรเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่ายไฟ

ความผันผวนของแหล่งจ่ายไฟขนาดใหญ่ การเปลี่ยนแปลงโหลด และหลายๆ อย่าง  เครื่องส่งสัญญาณความดันแตกต่างของอากาศ อุปกรณ์ที่ต่อกับแหล่งจ่ายไฟเดียวกันอาจทำให้สัญญาณอนาล็อกค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไป แต่ตัวส่งสัญญาณแรงดันเองนั้นปกติดีใช่หรือไม่?

อย่าลืมตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟ 24V ด้วย โหลดเต็มพิกัด, สัญญาณรบกวนในแหล่งจ่ายไฟ, แรงดันตกชั่วขณะ, สายไฟที่ใช้ร่วมกัน... ทั้งหมดนี้สามารถทำให้วงจรไม่เสถียรได้

6. ผลกระทบของอุณหภูมิต่อการเบี่ยงเบนของสัญญาณ

อุณหภูมิเป็นปัจจัยที่มองไม่เห็นที่สุดที่ส่งผลต่อการเบี่ยงเบนของสัญญาณ ไม่ว่าจะเป็นแกนแรงดัน, RTD, เทอร์โมคัปเปิล, สายเคเบิลและขั้วต่อ หรือโครงสร้างผลึกภายใน วัสดุเหล่านี้ล้วนมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและลดลง ความต้านทาน ความไว และการเสียรูปของวัสดุเหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อย การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ชัดเจนในชีวิตประจำวัน แต่ภายใต้การผันผวนซ้ำๆ ของอุณหภูมิหลายสิบองศาในโรงงาน การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้จะสะสมจนกลายเป็นแนวโน้มของการเบี่ยงเบนอย่างค่อยเป็นค่อยไป

3.

วิธีการทำให้สัญญาณเสถียร?

การดริฟท์อาจดูซับซ้อน แต่สุดท้ายแล้วมันก็สรุปได้ด้วยคำสามคำนี้:

ไม่เสถียร

1. การอ้างอิงที่เสถียร: สร้างสภาพแวดล้อม "zero-point" ที่เชื่อถือได้

อุปกรณ์แยกและแผงกั้นนิรภัยแบบแยกส่วนสามารถตัดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าลงดินได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้จุดอ้างอิงมีความสะอาดอยู่เสมอ

การเพิ่มอุปกรณ์แยกสัญญาณในวงจรสัญญาณเป็นวิธีการที่ได้รับการยอมรับและมีประสิทธิภาพในการรักษาเสถียรภาพของการเปลี่ยนแปลงในสาขาวิศวกรรม

การแยกวงจรสามารถแก้ปัญหาต่างๆ เช่น ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าลงดิน การรบกวน การวนซ้ำของสัญญาณที่ไม่สอดคล้องกัน และจุดต่อลงดินหลายจุด และสามารถแก้ไขปัญหาการเบี่ยงเบนได้เกือบ 70%

2. ควบคุมการรบกวน: ควรวางสายสัญญาณให้ห่างจากแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน

การแยกสายสัญญาณอนาล็อกออกจากสายไฟ การต่อสายดินที่ปลายด้านหนึ่งของชั้นฉนวน การติดตั้งตัวกรอง EMC บนตัวแปลงความถี่ การหลีกเลี่ยงการใช้ม้วนสายเคเบิล การเดินสายไฟผ่านรางสายไฟ และสายสัญญาณผ่านรางสายสัญญาณ ทั้งหมดนี้เป็นมาตรการพื้นฐานแต่มีประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนแปลงค่าต่างๆ ที่ผิดปกติหลายอย่างในเว็บไซต์นี้เกิดจากระบบสายไฟ

3. ปรับแต่งวงจรให้เหมาะสม: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายเคเบิลและขั้วต่อมีความน่าเชื่อถือ

การใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนอุตสาหกรรม การตรวจสอบการยึดขั้วต่ออย่างสม่ำเสมอ และการหลีกเลี่ยงความชื้นในสายเคเบิล เป็นกุญแจสำคัญในการลดการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานในระยะยาว

4. ปรับปรุงคุณภาพแหล่งจ่ายไฟ: แหล่งจ่ายไฟ 24V ต้องมีความเสถียร

หากระบบเกิดความผิดปกติและไม่สามารถหาสาเหตุได้ วิศวกรมักจะบอกว่า: ลองใช้แหล่งจ่ายไฟอื่นดู

นี่เป็นสัญชาตญาณระดับมืออาชีพอย่างยิ่ง เพราะระลอกคลื่น แรงดันตก แรงดันกราวด์ร่วม และการเปลี่ยนแปลงโหลดของแหล่งจ่ายไฟ 24V จะถูกส่งผ่านไปยังปริมาณอนาล็อกทั้งหมด

5. การจัดการเครื่องส่งสัญญาณแรงดันการสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญ

หากไม่มีการสอบเทียบ การเปลี่ยนแปลงค่าตามธรรมชาติจะไม่สามารถกำจัดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องส่งสัญญาณที่สำคัญ เช่น เครื่องวัดอุณหภูมิ ความดัน และระดับของเหลว ระบบการสอบเทียบที่ดีจะช่วยรักษาการเปลี่ยนแปลงค่าให้อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้

ต้องขันสกรูขั้วต่อให้แน่น

ขั้วต่อหลวมเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดความผิดปกติแปลกๆ มากมาย โดยเฉพาะในห้องปั๊ม ห้องพัดลม และห้องคอมเพรสเซอร์ ตราบใดที่มีการสั่นสะเทือน ขั้วต่อเหล่านี้ก็จะหลวมได้