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Cosa Ogni Ingegnere Dovrebbe Sapere sulla Calibrazione dei Sensori Bently Nevada nei Sistemi PLC & DCS

Perché la Calibrazione è Importante per i Sistemi di Controllo

Letture accurate dei sensori sono fondamentali per un funzionamento industriale sicuro ed efficiente. Una sonda di prossimità Bently Nevada serie 3300, ad esempio, fornisce un segnale di uscita in tensione tra 0–10 VDC corrispondente a un gap di 0–50 mils. Sensori calibrati in modo errato possono causare falsi allarmi o non rilevare guasti reali della macchina, portando a fermi non programmati, incidenti di sicurezza o danni alle apparecchiature. I dati sul campo mostrano che oltre il 15% dei falsi allarmi nelle turbomacchine è stato attribuito a gap sensore non verificati. La calibrazione regolare garantisce che la logica PLC e DCS reagisca a segnali di ingresso affidabili, minimizzando il rischio operativo.

Sensori Bently Nevada: Tipi e Calibrazione di Fabbrica

Bently Nevada fornisce sonde di prossimità, accelerometri e trasmettitori di vibrazione progettati per il monitoraggio industriale ad alta affidabilità. La maggior parte dei trasduttori di prossimità della serie 3300 viene spedita calibrata in fabbrica su target di prova standard (disco in acciaio, 440C o lega di alluminio). Per esempio:

• Sonda di prossimità 3300 XL, diametro 8 mm: gap calibrato in fabbrica a 25 mils ± 2 mils
• Accelerometro 3300 XL: sensibilità di fabbrica impostata a 100 mV/g ± 5% su 0–500 Hz
• Trasmettitori di Vibrazione 990-05-70: uscita calibrata di 4–20 mA per 0–50 mils di spostamento

Gli ingegneri sul campo generalmente verificano i punti di calibrazione anziché eseguire una ricalibrazione completa, risparmiando tempo e riducendo il rischio di errori.

Metodi di Calibrazione sul Campo: Controlli Statici e Dinamici

Esistono due metodi principali per la verifica in loco:

• Controlli statici: Misurare gap vs. tensione in più punti di riferimento (es. 10, 20, 30, 50 mil). Verificare linearità e offset zero. Errore accettabile: ±1 mil per rotori critici.
• Controlli dinamici: Usare shaker calibrati o il funzionamento della macchina per confermare risposta in frequenza e fase. Intervallo di frequenza raccomandato per macchinari tipici: 0–1000 Hz. Deviazione di guadagno tollerabile: ±5%.

Entrambi i metodi si completano a vicenda e garantiscono l'integrità della misura in condizioni operative reali.

Standard che regolano la calibrazione di vibrazioni e sensori

Gli standard internazionali forniscono indicazioni per una calibrazione ripetibile:

• ISO 2954: Definisce le procedure di calibrazione degli accelerometri e i limiti di sensibilità.
• API 670: Specifica i requisiti minimi per i sistemi di protezione delle macchine, inclusa la calibrazione di sonde di prossimità e trasmettitori.
• IEC 61508: Regola la sicurezza funzionale per l'affidabilità dell'uscita del sensore nei sistemi di controllo legati alla sicurezza.

Integrazione dei segnali calibrati in PLC e DCS

Una corretta integrazione del segnale richiede attenzione a scaling, offset e cablaggio. Indicazioni tipiche:

• Verificare lo zero del canale: 0 VDC per gap di 0 mil
• Verificare lo span del canale: 10 VDC per gap di 50 mil
• Confermare la continuità del cablaggio e l'integrità della schermatura: resistenza < 1 Ohm, isolamento > 100 MΩ

I tecnici devono sempre seguire i manuali dei moduli per le procedure di zero e span. Gli allarmi automatici in PLC/DCS devono corrispondere ai range verificati dei sensori per un'affidabile rilevazione dei guasti.

Frequenza dei controlli e registrazioni di calibrazione

Il programma di calibrazione dipende dalla criticità dell'asset e dalle ore di funzionamento:

• Turbine critiche: ogni 3–6 mesi o 500–1000 ore di funzionamento
• Pompe secondarie: annualmente o 2000 ore di funzionamento
• Documentare ogni calibrazione: includere data, tecnico, tensioni misurate e valori del gap. Registrazioni ben tenute facilitano la risoluzione dei problemi e la conformità alle verifiche.

Errori comuni nei campi e come evitarli

• Errori di cablaggio possono alterare le letture di fase e ampiezza. Verificare le lunghezze dei cavi e la continuità della schermatura.
• Materiali target diversi possono influenzare la sensibilità della sonda. Confermare che il metallo target corrisponda a quello della calibrazione di fabbrica.
• Variazioni di temperatura: assicurarsi che le misurazioni tengano conto dell'espansione termica (tipica 0,2% ogni 25°C di variazione).

Strumenti e tecniche pratiche per la calibrazione in loco

Gli strumenti raccomandati includono:

• Shaker calibrati con tolleranza di ampiezza ±1%
• Supporti per calibrazione statica
• Calibri di precisione per la verifica del gap a 10, 20, 50 mils
• Controllo della tensione del driver Proximitor: nominale 12–14 VDC
• Verifica della scala del canale in PLC/DCS dopo le regolazioni

Approfondimento dell'autore: una strategia di calibrazione basata sulla affidabilità

Adottare un programma di calibrazione basato sul rischio:

• Iniziare con controlli statici per tutti gli asset
• Eseguire la calibrazione dinamica per rotori superiori a 2000 RPM o cuscinetti critici
• Allineare le soglie di allarme nei PLC con le gamme verificate dei sensori
• Rivedere le tendenze storiche delle vibrazioni per identificare i sensori che derivano nel tempo

Casi applicativi / scenari di soluzione

• Monitoraggio turbomacchine: Installare sonde di prossimità 3300, verificare i gap durante la messa in servizio e registrare tutte le misurazioni statiche.
• Pompe di alimentazione caldaia: Eseguire test dinamici con shaker dopo la sostituzione degli accoppiamenti per confermare l'integrità del segnale di vibrazione.
• Progetti di retrofit: Riprogrammare la scala DCS quando si sostituiscono i trasmettitori di prossimità, confermando sia lo zero che la portata su tutta la gamma operativa.

Lista di controllo pratica per ingegneri

• Confermare la calibrazione di fabbrica e il materiale target utilizzato
• Ispezionare cablaggi, connettori e continuità della schermatura
• Eseguire controlli statici del gap in punti definiti (10, 20, 50 mils)
• Eseguire la verifica dinamica per asset critici
• Aggiornare la scala PLC/DCS, registrare tutti i risultati e allegare i certificati di calibrazione

Implementare queste pratiche garantisce un input dati affidabile per PLC e DCS, riduce i falsi allarmi, migliora la protezione delle macchine e massimizza il tempo di attività dell'impianto.

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