การป้องกันไม่ให้เครื่องจักรหมุนเร็วเกินขีดจำกัด: การป้องกันแบบสามช่องทางของ Woodward ProTech 203

การเกินความเร็วไม่จำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยความล้มเหลวครั้งใหญ่เสมอไป บางครั้งอาจเริ่มจากเหตุการณ์ธรรมดา เช่น เบรกเกอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปิดออก โหลดคอมเพรสเซอร์หายไป หรือวาล์วควบคุมตอบสนองช้าเกินไป Woodward ProTech 203 ถูกออกแบบมาเพื่อช่วงเวลาที่สำคัญยิ่งนี้ โดยให้ระบบป้องกันแบบสามช่องสัญญาณที่แยกจากกันอย่างอิสระ เมื่อการควบคุมความเร็วแบบปกติไม่สามารถรับมือได้อีกต่อไป

01เมื่อการควบคุมความเร็วแบบปกติสูญเสียการควบคุม

จินตนาการถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์ไบน์ที่ทำงานอยู่ที่ความเร็วตามมาตรฐานอย่างมั่นคง แล้วเบรกเกอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปิดออกอย่างกะทันหัน ทำให้โหลดไฟฟ้าหายไปทันที แต่ไอน้ำยังไหลเข้าสู่เทอร์ไบน์ต่อไปอีกสักครู่หนึ่ง เนื่องจากแรงต้านบนเพลาลดลง โรเตอร์จึงเริ่มเร่งความเร็ว

ระบบควบคุมความเร็ว ควรลดการจ่ายไอน้ำและนำเครื่องกลับเข้าสู่ภาวะควบคุมได้ อันนี้มักจะสำเร็จในกรณีส่วนใหญ่ แต่หากตัวควบคุมความเร็ว (governor), ตัวขับเคลื่อน (actuator), สัญญาณความเร็ว หรือวาล์วควบคุมเป็นส่วนหนึ่งของปัญหาเดิม ระบบป้องกันชั้นที่สองจึงจำเป็นต้องเข้ามาทำหน้าที่แทน

ความเร็วของโรเตอร์มีความสำคัญ เพราะแรงเหวี่ยงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเครื่องเร่งความเร็ว ใบพัดเทอร์ไบน์ เพลา ข้อต่อ และชิ้นส่วนหมุนอื่น ๆ ถูกออกแบบให้รองรับขีดจำกัดเชิงกลเฉพาะ ทันทีที่ขีดจำกัดเหล่านี้ถูกเกิน ผลที่ตามมาอาจตั้งแต่ความเสียหายต่อแบริ่ง การบิดเบี้ยวถาวรของเพลา จนถึงการหลุดออกของใบพัด หรือความล้มเหลวของอุปกรณ์ทั้งระบบ

ProTech 203 ตรวจวัดความเร็วแยกต่างหากจากตัวควบคุมความเร็วหลัก เมื่อโรเตอร์ถึงระดับความเร็วที่ตั้งโปรแกรมไว้สำหรับการหยุดฉุกเฉิน (trip level) ระบบจะส่งคำสั่งให้หยุดทำงานทันที ขึ้นอยู่กับการติดตั้งจริง คำสั่งนี้อาจทำให้ปิดวาล์วตัดไอน้ำ ตัดการไหลของเชื้อเพลิง ตัดกระแสไฟฟ้าออกจากโซลีนอยด์ หรือกระตุ้นวงจรหยุดทำงานฉุกเฉินของโรงไฟฟ้า

การแยกแยะความแตกต่างระหว่างการควบคุมกับการป้องกันมีความสำคัญอย่างยิ่ง ตัวควบคุม (governor) ทำหน้าที่จัดการการปฏิบัติงานตามปกติ ขณะที่ ProTech 203 จะตอบสนองต่อสภาวะผิดปกติที่ระบบควบคุมปกติไม่สามารถควบคุมให้อยู่ในเกณฑ์ได้ การรักษาฟังก์ชันทั้งสองนี้ให้เป็นอิสระต่อกันจะช่วยลดโอกาสที่ข้อบกพร่องเพียงข้อเดียวจะทำให้ทั้งระบบควบคุมความเร็วและระบบป้องกันฉุกเฉินล้มเหลวพร้อมกัน

02เหตุใด ProTech 203 จึงพึ่งพาช่องสัญญาณสามช่อง

หัวรับความเร็ว (speed pickup) แบบชิ้นเดียวอาจให้ค่าการวัดที่แม่นยำได้นานหลายปี แต่ก็อาจเกิดข้อบกพร่อง เช่น ขั้วต่อหลวม สายเคเบิลเสียหาย ระยะห่างในการตรวจจับไม่ถูกต้อง หรือสัญญาณไม่เสถียร หากการตัดสินใจด้านการป้องกันทั้งหมดขึ้นอยู่กับค่าการวัดเพียงค่าเดียว ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเฉพาะจุดอาจส่งผลให้เครื่องจักรหยุดทำงานโดยไม่จำเป็น หรือซ่อนเหตุการณ์ความเร็วเกินจริงไว้

ProTech 203 ใช้ ส่วนตรวจสอบที่แยกจากกันสามส่วน ได้แก่ ช่อง A, ช่อง B และช่อง C โดยแต่ละช่องรับ สัญญาณจากหัวรับแม่เหล็ก (magnetic-pickup signal) คำนวณความเร็วรอบของโรเตอร์ และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับค่าตั้งค่าสำหรับการตัด (trip setting) ที่กำหนดไว้

สำหรับผู้ปฏิบัติงาน การจัดวางเช่นนี้ให้สมดุลที่เหมาะสม หากช่องสัญญาณหนึ่งรายงานค่าผิดปกติ ขณะที่อีกสองช่องยังคงให้ค่าคงที่ เครื่องจักรไม่จำเป็นต้องหยุดทำงานทันทีเพียงเพราะสัญญาณหนึ่งที่น่าสงสัย ทีมบำรุงรักษาสามารถตรวจสอบช่องสัญญาณที่ได้รับผลกระทบได้

หากสองช่องสัญญาณตรวจพบว่าความเร็วถึงค่าที่กำหนดสำหรับการตัดการทำงาน ระบบป้องกันจะถือว่าเหตุการณ์นั้นเป็นจริงและเริ่มกระบวนการหยุดเครื่อง ดังนั้น ระบบป้องกันจึงยังคงใช้งานได้แม้เมื่อหนึ่งในช่องสัญญาณล้มเหลวหรืออยู่ระหว่างการบำรุงรักษา

การเปรียบเทียบช่องสัญญาณยังมีประโยชน์ในระหว่างการบำรุงรักษาตามปกติ หากช่องสัญญาณบีเริ่มแสดงค่าความเร็วที่แตกต่างจากช่องสัญญาณเอและซี เจ้าหน้าที่เทคนิคจะมีข้อมูลนำทางที่เป็นรูปธรรม พวกเขาสามารถตรวจสอบ ระยะห่างของหัวรับสัญญาณและเฟืองตรวจจับ ฉนวนหุ้มสายเคเบิล การต่อกราวด์ และการต่อเชื่อมที่ขั้วต่อ ก่อนที่ปัญหาจะทวีความรุนแรงยิ่งขึ้น

การมีสามช่องสัญญาณไม่ได้รับประกันความซ้ำซ้อนที่แท้จริงโดยอัตโนมัติ ถ้าสายสัญญาณทั้งสามเส้นเดินผ่านท่อเดียวกันซึ่งได้รับความเสียหาย หนึ่งเหตุการณ์ก็อาจส่งผลกระทบต่อสัญญาณทั้งหมด คุณภาพของการติดตั้งจึงมีความสำคัญไม่แพ้ตรรกะการลงคะแนนเสียงภายในโมดูล

03ระบบหยุดฉุกเฉินต้องทำงานเป็นโซ่ที่สมบูรณ์แบบทั้งชุด

ProTech 203 สามารถใช้งานร่วมกับ กังหันไอน้ำ กังหันก๊าซ กังหันน้ำ กังหันลมแบบลูกสูบ และกังหันขยายความดัน รวมทั้งเครื่องจักรความเร็วสูงชนิดอื่นๆ เครื่องจักรเหล่านี้มักพบได้ในโรงไฟฟ้า โรงกลั่นน้ำมัน โรงงานเคมี โรงหลอมเหล็ก โรงงานกระดาษ และระบบติดตั้งบนเรือ

การใช้งานที่เชื่อถือได้เริ่มต้นจากการ ตั้งค่าการหยุดฉุกเฉิน ค่าดังกล่าวไม่สามารถคัดลอกมาใช้จากเครื่องจักรเครื่องอื่นได้โดยตรง วิศวกรจำเป็นต้องพิจารณาความเร็วในการทำงานปกติ ขีดจำกัดเชิงกลที่ผู้ผลิตกำหนด พฤติกรรมเมื่อเกิดการลดภาระอย่างฉับพลัน การตอบสนองของระบบควบคุมความเร็ว อัตราเร่งของโรเตอร์ และระยะเวลาที่อุปกรณ์หยุดสุดท้ายต้องใช้ในการทำงาน

การวัดความเร็วยังต้องได้รับความใส่ใจอย่างรอบคอบด้วย เช่น ระยะห่างของหัวรับแม่เหล็ก ต้องถูกต้อง ชิ้นส่วนตรวจจับต้องอยู่ในสภาพดี และสัญญาณต้องคงที่ตลอดช่วงการใช้งาน การป้องกันสัญญาณรบกวน การต่อสายดิน การเดินสายเคเบิล และสภาพของขั้วต่อ ล้วนมีผลต่อการวัด

การทดสอบระบบหลังติดตั้งควรดำเนินการทีละช่องทางก่อนยืนยัน ฟังก์ชันการลงคะแนนเสียงแบบครบวงจร ช่างเทคนิคจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแต่ละช่องทางอ่านค่าความเร็วได้ถูกต้อง ตรวจจับจุดหยุดทำงานที่กำหนดไว้ได้ และมีส่วนร่วมในการตัดสินใจแบบ 2 จาก 3 ตามที่กำหนด

การทดสอบไม่ควรสิ้นสุดเพียงเพราะไฟแสดงการหยุดทำงานติดขึ้นที่แผงหน้า แสงนั้นแสดงว่าโมดูลได้ตัดสินใจแล้ว แต่ไม่ได้หมายความว่าเครื่องจักรจะหยุดทำงานจริง ทุกครั้งที่ขั้นตอนปฏิบัติของโรงงานอนุญาต การทดสอบควรมีการรวม รีเลย์เอาต์พุตและอุปกรณ์หยุดการทำงานขั้นสุดท้าย .

สำหรับการติดตั้งที่มีอยู่แล้ว ข้อมูลรุ่นที่ถูกต้อง แผนผังการเดินสาย บันทึกค่าตั้งค่า ผลการทดสอบ และอะไหล่สำรองที่เข้ากันได้ สามารถช่วยประหยัดเวลาอันมีค่าในระหว่างเกิดภาวะหยุดทำงานได้ การปรับเปลี่ยนใด ๆ ต่อระบบควบคุมความเร็ว เซ็นเซอร์ การจัดเรียงวงจรรีเลย์ หรือกลไกการหยุดฉุกเฉิน ควรตามด้วยการตรวจสอบ ห่วงโซ่การป้องกันทั้งหมด .

04รุ่นผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องที่มีจำหน่ายจาก Evolo Automation

ลำดับคอลัมน์: Woodward, Bently Nevada และ Emerson ระบุเฉพาะหมายเลขรุ่น

Woodward ProTech 203 ให้หลักการป้องกันที่ชัดเจน: การวัดความเร็วอย่างอิสระสามชุด และการตัดสินใจหยุดทำงานแบบสองในสาม , และเอาต์พุตที่ดึงพลังงานออกจากเครื่องจักร จุดแข็งที่แท้จริงของมันจะปรากฏขึ้นเมื่อคอนโทรลเลอร์ได้รับการสนับสนุนจากวิศวกรรมที่ดี การติดตั้งอย่างระมัดระวัง และการทดสอบที่ครอบคลุมจนถึงอุปกรณ์หยุดทำงานขั้นสุดท้าย

แหล่งอ้างอิง

1. ระบบป้องกันความเร็วเกิน Woodward ProTech 203 คู่มือฉบับที่ 85201
https://www.woodward.com/products/wp-content/uploads/sites/3/2024/08/85201_NEW.pdf

2. ระบบป้องกันความเร็วเกิน Woodward ProTech 203 คู่มือฉบับที่ 85195
https://www.woodward.com/products/wp-content/uploads/sites/3/2024/08/85195_NEW.pdf