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Was jeder Ingenieur über die Kalibrierung von Bently Nevada Sensoren in PLC- & DCS-Systemen wissen sollte

Warum Kalibrierung für Steuerungssysteme wichtig ist

Genaue Sensorwerte sind entscheidend für einen sicheren und effizienten Industrieeinsatz. Ein Näherungssensor der Serie 3300 von Bently Nevada liefert beispielsweise eine Spannungsausgabe zwischen 0–10 VDC, die einem Abstand von 0–50 mils entspricht. Falsch kalibrierte Sensoren können Fehlalarme auslösen oder echte Maschinenschäden nicht erkennen, was zu ungeplanten Ausfallzeiten, Sicherheitsvorfällen oder Geräteschäden führt. Feldanalysen zeigen, dass über 15 % der Fehlalarme bei Turbomaschinen auf nicht verifizierte Sensorabstände zurückzuführen sind. Regelmäßige Kalibrierung stellt sicher, dass PLC- und DCS-Logik auf verlässliche Eingangssignale reagiert und das Betriebsrisiko minimiert.

Bently Nevada Sensoren: Typen und werkseitige Kalibrierung

Bently Nevada liefert Nähe-Sonden, Beschleunigungssensoren und Schwingungsgeber, die für hochzuverlässige industrielle Überwachung ausgelegt sind. Die meisten Näherungssensoren der Serie 3300 werden werkseitig auf Standard-Testziele (Stahlscheibe, 440C oder Aluminiumlegierung) kalibriert geliefert. Zum Beispiel:

• Nähe-Sonde 3300 XL, 8 mm Durchmesser: werkseitig kalibrierter Abstand von 25 mils ± 2 mils
• 3300 XL Beschleunigungssensor: werkseitig eingestellte Empfindlichkeit von 100 mV/g ± 5% im Bereich von 0–500 Hz
• 990-05-70 Schwingungsgeber: kalibrierter Ausgang von 4–20 mA für 0–50 mils Verschiebung

Feldingenieure überprüfen typischerweise Kalibrierpunkte, anstatt eine vollständige Neukalibrierung durchzuführen, was Zeit spart und das Fehlerrisiko verringert.

Feldkalibrierungsmethoden: Statische und dynamische Prüfungen

Es gibt zwei Hauptmethoden für die Vor-Ort-Verifizierung:

• Statische Prüfungen: Messen Sie Spalt vs. Spannung an mehreren Referenzpunkten (z. B. 10, 20, 30, 50 mil). Überprüfen Sie Linearität und Nullpunkt-Offset. Akzeptabler Fehler: ±1 mil für kritische Rotoren.
• Dynamische Prüfungen: Verwenden Sie kalibrierte Schüttler oder Maschinenbetrieb, um Frequenzgang und Phase zu bestätigen. Empfohlener Frequenzbereich für typische Maschinen: 0–1000 Hz. Zulässige Verstärkungsabweichung: ±5%.

Beide Methoden ergänzen sich und gewährleisten die Messintegrität unter realen Betriebsbedingungen.

Normen, die Vibrationen und Sensorkalibrierung regeln

Internationale Normen bieten Leitlinien für wiederholbare Kalibrierungen:

• ISO 2954: Definiert Kalibrierungsverfahren und Empfindlichkeitsgrenzen für Beschleunigungssensoren.
• API 670: Legt Mindestanforderungen für Maschinenschutzsysteme fest, einschließlich Kalibrierung von Näherungssonden und Sendern.
• IEC 61508: Regelt die funktionale Sicherheit für die Zuverlässigkeit von Sensorsignalen in sicherheitsrelevanten Steuerungssystemen.

Integration kalibrierter Signale in PLC und DCS

Eine korrekte Signalintegration erfordert Aufmerksamkeit für Skalierung, Offset und Verkabelung. Typische Richtlinien:

• Überprüfen Sie den Kanalnullpunkt: 0 VDC für 0 mil Spalt
• Überprüfen Sie die Kanalspanne: 10 VDC für 50 mil Spalt
• Bestätigen Sie die Leitungsdurchgängigkeit und Schirmintegrität: Widerstand < 1 Ohm, Isolierung > 100 MΩ

Techniker sollten stets die Modulhandbücher für Null- und Spanneinstellungen befolgen. Automatisierte Alarme in PLC/DCS sollten mit den verifizierten Sensorbereichen übereinstimmen, um eine zuverlässige Fehlererkennung zu gewährleisten.

Häufigkeit der Prüfungen und Kalibrierungsaufzeichnungen

Der Kalibrierungsplan hängt von der Kritikalität der Anlage und den Betriebsstunden ab:

• Kritische Turbinen: alle 3–6 Monate oder 500–1000 Betriebsstunden
• Sekundärpumpen: jährlich oder 2000 Betriebsstunden
• Dokumentieren Sie jede Kalibrierung: Datum, Techniker, gemessene Spannungen und Spaltwerte einschließen. Gut gepflegte Aufzeichnungen erleichtern die Fehlersuche und die Einhaltung von Prüfungen.

Häufige Fehler bei Feldern und wie man sie vermeidet

• Kabelungsfehler können Phasen- und Amplitudenwerte verändern. Kabellängen und Schirmkontinuität überprüfen.
• Unterschiedliche Zielmaterialien können die Empfindlichkeit der Sonde beeinflussen. Bestätigen, dass das Zielmetall mit dem werkseitigen Kalibrierungsziel übereinstimmt.
• Temperaturschwankungen: Sicherstellen, dass Messungen die thermische Ausdehnung berücksichtigen (typisch 0,2% pro 25°C Änderung).

Werkzeuge und praktische Techniken für die Kalibrierung vor Ort

Empfohlene Werkzeuge umfassen:

• Kalibrierte Schüttler mit ±1% Amplitudentoleranz
• Statische Kalibrierungsvorrichtungen
• Präzisionsmessgeräte zur Spaltüberprüfung bei 10, 20, 50 mils
• Proximitor-Treiberspannungsprüfung: nominal 12–14 VDC
• Überprüfung der Kanalskalierung in SPS/DCS nach Anpassungen

Autoreneinsicht: Eine Zuverlässigkeitsorientierte Kalibrierungsstrategie

Ein risikobasiertes Kalibrierungsprogramm anwenden:

• Mit statischen Prüfungen für alle Anlagen beginnen
• Dynamische Kalibrierung für Rotoren über 2000 U/min oder kritische Lager durchführen
• Alarmgrenzwerte in SPS mit verifizierten Sensorbereichen abgleichen
• Historische Schwingungstrends überprüfen, um Sensoren zu identifizieren, die im Laufe der Zeit driften

Anwendungsfälle / Lösungsszenarien

• Überwachung von Turbomaschinen: 3300-Näherungssonden installieren, Spalte während der Inbetriebnahme überprüfen und alle statischen Messungen aufzeichnen.
• Kesselspeisepumpen: Dynamische Schütteltests nach Kupplungsaustausch durchführen, um die Integrität des Vibrationssignals zu bestätigen.
• Nachrüstprojekte: DCS-Skalierung neu zuordnen beim Austausch von Näherungssensoren, dabei sowohl Nullpunkt als auch Bereich über den Betriebsbereich bestätigen.

Praktische Checkliste für Ingenieure

• Bestätigen Sie die werkseitige Kalibrierung und das verwendete Zielmaterial
• Überprüfen Sie die Verkabelung, Steckverbinder und Schirmkontinuität
• Führen Sie statische Spaltprüfungen an definierten Punkten (10, 20, 50 mils) durch
• Führen Sie eine dynamische Überprüfung für kritische Anlagen durch
• Aktualisieren Sie die SPS/DCS-Skalierung, protokollieren Sie alle Ergebnisse und fügen Sie Kalibrierzertifikate bei

Die Umsetzung dieser Praktiken gewährleistet eine zuverlässige Dateneingabe für SPS und DCS, reduziert Fehlalarme, verbessert den Maschinenschutz und maximiert die Anlagenverfügbarkeit.

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