Tính toán PLC, I/O và cảm biến cho máy sấy ngũ cốc

Việc tính toán số lượng I/O cho PLC của máy sấy hạt phải bắt đầu từ các mối nguy của quy trình và trình tự vận hành, không phải từ một số lượng điểm tiêu chuẩn. Loại máy sấy, hệ thống nhiên liệu, dòng vật liệu, thiết bị thu gom bụi, thiết bị vận chuyển, quy định địa phương và tài liệu phân loại khu vực đã được phê duyệt sẽ quyết định những gì cần được cảm biến và cách lắp đặt từng mạch. Một phương pháp thiết kế có thể tái sử dụng giúp sắp xếp các quyết định đó, nhưng không thể tự xác định phân loại khu vực nguy hiểm hoặc thay thế các chuyên gia đủ năng lực chịu trách nhiệm về an toàn đốt cháy và bụi.

Danh sách I/O phải được lập dựa trên các tài liệu đã phê duyệt về quy trình, nguyên nhân và tác động, cũng như phân loại khu vực.

Trước tiên, hãy xác lập ranh giới an toàn

Tiêu chuẩn xử lý hạt 29 CFR 1910.272 của OSHA đề cập đến cháy, nổ và các mối nguy khác tại những cơ sở xử lý hạt thuộc phạm vi áp dụng. Các yêu cầu bao gồm lập kế hoạch khẩn cấp, đào tạo nhân viên, vệ sinh công nghiệp, kiểm soát công việc phát sinh nhiệt và bảo trì phòng ngừa. Hệ thống tự động hóa có thể hỗ trợ các chương trình này, nhưng một PLC thông thường tự nó không khiến đầu đốt, nút dừng khẩn cấp hoặc hệ thống lắp đặt trong môi trường bụi dễ cháy trở nên an toàn.

Không được gán nhãn mọi vị trí của máy sấy là Class II, Division 1 hoặc Division 2, cũng không được suy đoán nhóm bụi chỉ dựa trên tên loại hàng hóa. Một đội ngũ đủ năng lực phải lập tài liệu về nơi bụi dễ cháy có thể xuất hiện, liệu bụi có thể lơ lửng ở nồng độ nguy hiểm hay không, các đặc tính vật liệu liên quan, nguồn gây cháy, thông gió hoặc tạo áp suất, cũng như cơ quan có thẩm quyền. Cảm biến, vỏ bảo vệ, phương pháp đi dây, rào chắn, đầu nối cáp và quy trình bảo trì được lựa chọn phải phù hợp với khu vực đã được lập hồ sơ.

Hãy tách hệ thống điều khiển quy trình cơ bản khỏi các chức năng bảo vệ độc lập. Hệ thống quản lý đầu đốt, giám sát ngọn lửa, ngắt nhiên liệu, dừng khẩn cấp và mọi chức năng an toàn được ghi nhận trong thiết bị đo lường cần có các tiêu chuẩn áp dụng riêng, thiết bị được phê duyệt, hoạt động xác nhận và chiến lược kiểm tra chứng minh riêng. Tín hiệu PLC tiêu chuẩn có thể phản ánh trạng thái của chúng cho người vận hành, nhưng không được âm thầm thay thế hệ thống bảo vệ bắt buộc.

Lập danh sách I/O dựa trên các trạng thái vận hành

Xác định mọi trạng thái, từ khởi động khi máy trống qua nạp liệu, gia nhiệt, sấy, làm nguội, xả liệu, dừng bình thường, dừng khẩn cấp đến khôi phục nguồn điện. Với mỗi chuyển trạng thái, hãy ghi lại các điều kiện cho phép, lệnh, tín hiệu phản hồi, giới hạn thời gian, cảnh báo và phản ứng an toàn. Chỉ chuyển tài liệu nguyên nhân và tác động thành các tín hiệu sau khi người phụ trách cơ khí và quy trình phê duyệt.

Các chức năng thường cần đánh giá gồm băng tải nạp và xả, gầu tải, quạt, van gió, bộ gia nhiệt hoặc đầu đốt, con lăn định lượng, cửa xả silo, hệ thống thu gom bụi và hệ thống làm nguội phụ trợ. Mỗi động cơ có thể cần lệnh điều khiển, trạng thái sẵn sàng, phản hồi đang chạy, lỗi quá tải hoặc biến tần, cùng bằng chứng độc lập về chuyển động hoặc lưu lượng khí khi phân tích rủi ro yêu cầu. Một đầu ra đã phát lệnh không bao giờ là bằng chứng cho thấy vật liệu hoặc không khí đang chuyển động.

Chọn phép đo theo quyết định mà chúng hỗ trợ

Có thể cần các điểm đo nhiệt độ tại buồng gió, các vùng sấy, khí thải, dòng hạt, ổ trục hoặc những vị trí thiết bị khác. Hãy chọn RTD, cặp nhiệt điện hoặc bộ truyền tín hiệu dựa trên dải đo, thời gian đáp ứng, độ chính xác, phương pháp lắp đặt, khoảng cách cáp và khả năng bảo trì. Xác định cách phát hiện cảm biến bị hở, ngắn mạch, giá trị nằm ngoài dải hoặc tốc độ thay đổi không hợp lý. Một con số hiển thị nhưng không có trạng thái chất lượng không phải là đầu vào điều khiển đáng tin cậy.

Lưu lượng khí có thể được suy ra từ áp suất chênh lệch, tốc độ quạt, vị trí van gió, dòng điện động cơ hoặc thiết bị đo lưu lượng trực tiếp. Không một tín hiệu đơn lẻ nào có thể chứng minh tất cả các dạng hỏng hóc. Tiếp điểm phụ của quạt có thể báo đúng khi dây đai đã đứt; áp suất có thể bị ảnh hưởng bởi bộ lọc bị tắc hoặc van gió đóng. Hãy lựa chọn tổ hợp tín hiệu có thể phát hiện các mối nguy được xác định trong quá trình xem xét quy trình.

Các phép đo mức, độ ẩm, chuyển động băng tải và dòng hạt cũng cần có mục đích rõ ràng. Công tắc mức cao dùng để ngăn tràn có yêu cầu về độ tin cậy và kiểm tra khác với tín hiệu mức liên tục chỉ dùng cho quản lý tồn kho. Độ ẩm đo trực tuyến có thể hỗ trợ điều khiển xả liệu hoặc nhiệt độ, nhưng vị trí lấy mẫu, hiệu chuẩn, sự phụ thuộc vào sản phẩm, độ trễ thời gian và phản ứng khi hỏng phải được lập hồ sơ trước khi đưa vào vòng điều khiển kín.

Đếm các kênh, chức năng chẩn đoán và giao diện

Tạo một dòng cho mỗi tín hiệu, gồm mã thiết bị, mô tả, loại I/O, trạng thái bình thường, trạng thái khi có điện, tiêu chuẩn điện áp hoặc tín hiệu, mức cách ly, yêu cầu đối với khu vực nguy hiểm, cáp, đầu nối, kênh mô-đun, cảnh báo, hành động ngắt và phép thử chạy thử. Bao gồm các đầu vào đi dây cứng từ hệ thống bảo vệ và tủ điều khiển động cơ, dữ liệu biến tần qua mạng, trạm vận hành cục bộ, phản hồi van hoặc van gió và trạng thái bỏ qua khi bảo trì.

Các thiết bị nối mạng không loại bỏ nhu cầu thiết kế điểm. Hãy xác định giá trị nào được truyền theo chu kỳ, giá trị nào dùng cho chẩn đoán, yêu cầu cập nhật và thời gian chờ của chúng, cũng như trạng thái an toàn khi mất liên lạc. Phản hồi quan trọng vẫn có thể cần một tiếp điểm được đi dây riêng nếu đánh giá rủi ro hoặc tiêu chuẩn áp dụng yêu cầu tính độc lập.

Thêm dung lượng dự phòng dựa trên những thay đổi có cơ sở và khả năng hỗ trợ trong suốt vòng đời, không dựa trên một tỷ lệ phần trăm chung. Dự phòng các loại mô-đun và không gian đầu nối có khả năng cần đến: một kênh rời dạng số không hữu ích nếu thay đổi trong tương lai cần một đầu vào tương tự có cách ly. Hãy kiểm tra đồng thời tải bộ nguồn, giới hạn backplane hoặc nút mạng, nhiệt trong tủ, dung lượng mạng, số lượng đầu nối còn trống và không gian vật lý.

Màn hình vận hành nên phân biệt sự cố ngắt quy trình, lỗi thiết bị, trạng thái bỏ qua và dữ liệu cũ, thay vì hiển thị mọi lỗi dưới dạng một cảnh báo duy nhất.

Thiết kế đầu ra và giao diện nguồn một cách có chủ đích

Chọn điện áp đầu ra và thiết bị trung gian dựa trên tiêu chuẩn điện được phê duyệt của nhà máy và tải được kết nối. Kiểm tra dòng điện ổn định, dòng khởi động, dòng rò, biện pháp dập xung cho tải cảm, định mức tiếp điểm, cách ly, phối hợp cầu chì và hậu quả của đầu ra bị dính hoặc rơ-le bị hỏng. Không được trộn các mức điện áp trên đầu nối hoặc mô-đun trừ khi phần cứng, khoảng cách, nhãn và quy trình cho phép rõ ràng.

Xác định trạng thái mất điện và mất liên lạc đối với từng cơ cấu chấp hành. Van nhiên liệu đóng có thể là kết quả an toàn, trong khi van gió hoặc quạt làm nguội có thể cần một trình tự khác. Chương trình PLC không được tự động khởi động lại chuyển động hoặc quá trình đốt nguy hiểm sau khi nguồn điện được khôi phục nếu chưa thực hiện các kiểm tra bắt buộc và chưa có sự cho phép rõ ràng.

Biến chức năng chẩn đoán thành hành động cụ thể

HMI nên hiển thị lệnh, phản hồi, chuỗi điều kiện cho phép, nguyên nhân đầu tiên, chất lượng tín hiệu, trạng thái bỏ qua và điều kiện đặt lại đối với thiết bị quan trọng. Ghi xu hướng các giá trị quy trình với đủ bối cảnh để điều tra sự cố ngắt, nhưng không được để xu hướng hoặc độ trễ cảnh báo trở thành lớp bảo vệ duy nhất. Mức ưu tiên cảnh báo và phản ứng của người vận hành nên được xem xét cùng bộ phận vận hành trước khi áp lực mùa thu hoạch kiểm chứng thiết kế.

Dữ liệu bảo trì phòng ngừa có giá trị kỹ thuật khi xác định ổ trục nóng, trượt dây đai, quá tải lặp lại, kênh nhiệt độ bị trôi, luồng khí bị tắc hoặc các thiết bị thường xuyên bị bỏ qua. Dữ liệu này phải hỗ trợ việc kiểm tra và khắc phục, thay vì bình thường hóa một tình trạng đã xuống cấp.

Chạy thử bằng cách mô phỏng lỗi

Kiểm tra mọi kênh từ thiết bị hiện trường đến tín hiệu hiển thị hoặc hành động cuối cùng. Khi an toàn, hãy mô phỏng mạch hở và ngắn mạch, giá trị tương tự ngoài dải, phản hồi bị kẹt, mất liên lạc mạng, mất nguồn I/O, lỗi xác nhận hoạt động của quạt hoặc băng tải và dừng khẩn cấp. Xác nhận việc ghi nhận nguyên nhân đầu tiên, trình tự an toàn, nội dung cảnh báo, quy tắc đặt lại và hành vi sau khi nguồn điện trở lại.

Ghi lại danh sách điểm cuối cùng, cơ sở phân loại khu vực, phê duyệt thiết bị, dữ liệu hiệu chuẩn, tài liệu nguyên nhân và tác động, kết quả kiểm tra và bản vẽ hoàn công. Xem xét hệ thống PLC và PAC để tham khảo các tùy chọn bộ điều khiển và I/O, cũng như bộ sưu tập thiết bị điện và nguồn để tìm phần cứng tủ hỗ trợ. Tổng số I/O phù hợp là số có thể truy xuất đến một chức năng đã được phê duyệt và phản ứng khi hỏng hóc đã được xác minh—not a number copied from another dryer.