علت خطای قطع سنسور یا بریک در کنترلرهای دمای تابلویی چیست؟

علت خطای قطع سنسور | در سیستم های کنترل حرارت صنعتی، بروز خطای قطع سنسور یا اصطلاحا سنسور بریک (Sensor Break Alarm – SBRK یا OPEN یا bUEn)، یکی از پرتکرارترین آلارم های حفاظتی در کنترلرهای دمای تابلویی (Temperature Controllers) محسوب میشود. این خطا به این معناست که مدار ورودی آنالوگ کنترلر، سیگنال الکتریکی پیوسته ای از سمت سنسور دما دریافت نمیکند و حلقه اندازه گیری باز شده است.

کنترلرهای مدرن تابلویی نظیر تجهیزات آتونیکس، امرن یا دلتا، به مدارات تشخیص قطعی حلقه (Loop Break Detection) مجهز هستند تا در صورت قطع ارتباط سنسور، بلافاصله خروجی های رله ای یا SSR را قطع کنند؛ در غیر این صورت، کنترلر عدم افزایش دما را به منزله سرد بودن محیط تلقی کرده و با اعمال فرمان دائم به المنت ها، فاجعه حرارتی، آتش سوزی یا ذوب قالب ها را رقم میزند. شناخت دقیق ریشه های فنی این خطا و روش های عیب یابی گام به گام آن، پیش نیاز نگهداری اصولی خطوط تولید صنعتی است. در این مقاله کامل به علت خطای قطع سنسور می پردازیم. با ما همراه باشید.

مطالب بیشتر: راهنمای انتخاب تجهیزات اتوماسیون برای صنایع غذایی

مبانی مدار ورودی کنترلر دما و مکانیزم تشخیص سنسور بریک

کنترلرهای دمای دیجیتال برای اندازه گیری حرارت از دو خانواده اصلی سنسورها استفاده میکنند: ترموکوپل ها (Thermocouples) و سنسورهای مقاومتی (RTD مانند PT100). مدار ورودی کنترلر دما شامل یک پیش تقویت کننده تفاضلی و یک مدار مانیتورینگ جریان تزریقی بسیار کوچک (Burnout Current Detection Circuit) است. در ترموکوپل ها که خروجی آن ها میلی ولت بسیار پایینی است، کنترلر یک جریان بایاس میکروآمپری را به ترمینال های ورودی اعمال میکند. تا زمانی که اتصال ترموکوپل سالم باشد، مقاومت داخلی پایین آن ولتاژ ناچیزی را نشان میدهد؛ اما در صورت قطع شدن سیم، این مدار بایاس، ولتاژ ورودی را به بالاترین سطح اشباع مثبت (Upscale Burnout) یا صفر سوق میدهد و پردازنده کنترلر بلافاصله وضعیت قطعی را تشخیص میدهد.

در سنسورهای RTD نظیر PT100، مکانیزم بر مبنای اندازه گیری مقاومت متغیر است. کنترلر یک جریان تحریک ثابت (Excitation Current) در حد ۱ میلی آمپر را از سنسور عبور میدهد و افت ولتاژ دو سر آن را میخواند. اگر یکی از سه رشته سیم (در سیستم های ۳ سیمه) یا بدنه پلاتینیومی سنسور قطع شود، مدار باز شده و مقاومت خوانده شده به سمت بینهایت میل میکند. در این حالت نیز مقایسه کننده داخلی کنترلر، مقاومت را خارج از بازه مجاز تشخیص داده و کد خطای قطع سنسور را روی نمایشگر Process Value (PV) به صورت چشمک زن ظاهر میکند.

محصولات ما: ترانسمیتر فشار

ریشه های اصلی علت خطای قطع سنسور در تابلوهای برق صنعتی

علت خطای قطع سنسور به ندرت ناشی از نقص پردازنده خود کنترلر است؛ بلکه عمدتا عوامل مکانیکی، حرارتی و الکتریکی محیط صنعتی مسبب این رخداد هستند:

۱. استهلاک حرارتی و شکست مکانیکی پراب سنسور

در محیط های دمای بالا مانند کوره های عملیات حرارتی، اکسترودرهای پلاستیک و دیگ های بخار، محل جوش نقطه ای گرم ترموکوپل (Hot Junction) به مرور زمان دچار اکسیداسیون شدید میشود. این پدیده ضخامت مغزی ترموکوپل را کاهش داده و در نهایت پیوستگی الکتریکی آن را قطع میکند. در سنسورهای PT100 نیز لرزش های شدید مکانیکی موتورها و پمپ ها میتواند منجر به شکستن المان سرامیکی ظریف داخل غلاف محافظ (Sheath) شود.

۲. آسیب به کابل های رابط و سیم های جبران ساز

ترموکوپل ها برای انتقال میلی ولت تا تابلو به کابل جبران ساز (Compensating Cable) یا کابل اکستنشن همجنس خود نیاز دارند. کشیدگی، خمش مکرر در بازوهای متحرک دستگاه ها و تماس تصادفی کابل با سطوح داغ المنت ها بدون عایق سیلیکونی، عایق را سوزانده و موجب قطعی هادی یا اتصال کوتاه کاذب میشود. هرگونه پارگی رشته های مسی یا آلیاژی در طول مسیر، مدار را باز کرده و کد خطای SBRK را فعال میکند.

۳. شل شدن اتصالات ترمینالی در اثر ارتعاشات تابلویی

ترمینال های پشت کنترلر دما و همچنین جعبه تقسیم های بین راهی (هد ترموکوپل) همواره در معرض ارتعاشات فرکانس پایین محیط کارخانه هستند. عدم استفاده از سرسیم های استاندارد چنگالی یا سوزنی مناسب، و عدم آچارکشی دوره ای، باعث لق شدن پیچ های ترمینال و قطع لحظه ای یا دائم ارتباط فیزیکی سیم با برد داخلی کنترلر میگردد.

۴. ناسازگاری در تنظیمات پارامتری نوع سنسور (Input Type)

یکی از شایع ترین علل نرم افزاری نمایش خطای قطع سنسور، تنظیم اشتباه پارامتر نوع سنسور (In-t یا INP) در منوی پارامترهای کنترلر است. به عنوان مثال، اگر ورودی کنترلر روی حالت ترموکوپل تیپ K تنظیم شده باشد اما کاربر یک سنسور PT100 را به ترمینال ها ببندد، به دلیل اختلاف امپدانس شدید مدار و عدم تطابق میلی ولت با مقاومت، کنترلر وضعیت ورودی را خارج از رنج مجاز تلقی کرده و پیام خطا نمایش میدهد.

۵. سوختن کانال ورودی کنترلر در اثر نویز و اضافه ولتاژ

عبور دادن کابل های سنسور از داخل داکت مشترک با کابل های قدرت اینورترها (VFD) و کنتاکتورها بدون استفاده از شیلد، شوک های ولتاژی ناگهانی (Surge) را به پورت آنالوگ ورودی القا میکند. اگر این ولتاژ از تحمل دیودهای زنر حفاظتی ورودی کنترلر فراتر رود، طبقه تقویت کننده ورودی میسوزد و کنترلر حتی با اتصال سنسور نو و سالم نیز پیام قطع سنسور را نمایش خواهد داد.

محصولات ما: کنترلر دما

جدول مشخصات فنی و پارامترهای مرجع در علت خطای قطع سنسور دمای تابلویی

جدول زیر پارامترهای الکتریکی و استانداردهای تست تجمیع شده برای انواع سنسورهای دما و کدهای خطای متناظر در کنترلرهای شاخص صنعتی را نشان میدهد:

چک لیست کاربردی و روش گام به گام عیب یابی در خط تولید

برای شناسایی و تفکیک سریع علت خطای قطع سنسور در کارگاه، مراحل زیر باید به ترتیب اجرا شوند:

• ابتدا سیم های سنسور را از ترمینال های پشت کنترلر دما جدا کرده و در صورت استفاده از ترموکوپل، دو پایه مثبت و منفی ورودی کنترلر را با یک تکه سیم مسی بسیار کوتاه به یکدیگر متصل (اتصال کوتاه) کنید؛ در این حالت اگر کنترلر سالم باشد باید بلافاصله دمای محیط ترمینال (دمای هوای داخل تابلو) را بدون هیچ خطایی نمایش دهد؛ و اگر سنسور از نوع PT100 است، با قرار دادن یک مقاومت دقیق ۱۰۰ اهم میان ترمینال های ورودی، بررسی کنید که آیا خطای کنترلر برطرف شده و عدد صفر درجه سلسیوس نمایش داده میشود یا خیر.
• سنسور و کابل را در حالت جدا شده با مولتی متر دیجیتال در وضعیت اهم متر تست کنید تا از سلامت پراب مطمئن شوید؛ عدم نمایش مقاومت (حالت OL) در ترموکوپل به منزله قطع شدن پیوند انتهایی یا پارگی کابل است، و در PT100 سه سیمه باید مقاومت بین دو رشته هم رنگ نزدیک به صفر اهم (مقاومت سیم) و بین رشته متفاوت با هر یک از آن دو حدود ۱۰۰ تا ۱۱۰ اهم باشد؛ همچنین اتصالات داخل هد سنسور را آچارکشی نموده و همخوانی کد پارامتر ورودی در تنظیمات کنترلر با پلاک فیزیکی سنسور را تطبیق دهید.

محصولات ما: کنترلر دما آتونیکس

راهکارهای پیشگیرانه جهت جلوگیری از توقف خطوط تولید

حذف ریشه ای خطای قطع سنسور نیازمند ارتقای استانداردهای سیم کشی و تجهیزات تابلویی است. استفاده از ترموکوپل های دارای غلاف محافظ اینکونل (Inconel) یا استیل ۳۱۶ با ایزولاسیون پودر اکسید منیزیم متراکم (Mineral Insulated – MI Cable) مانع از نفوذ رطوبت و استهلاک زودرس مغزی سنسور میشود. همچنین در فواصل طولانی بیش از ۱۵ متر، به جای کشیدن مستقیم کابل ضعیف ترموکوپل تا تابلوی اصلی، نصب ترانسمیترهای کله گی (Head-mount Transmitters) و تبدیل سیگنال ضعیف میلی ولت به سیگنال مقاوم ۴ تا ۲۰ میلی آمپر استاندارد صنعتی توصیه میشود. این تبدیل، تاثیرپذیری از نویزهای تابلویی را به صفر رسانده و خطای سنسور بریک کاذب را کاملا ریشه کن میکند.

نتیجه گیری: علت خطای قطع سنسور

علت خطای قطع سنسور یا بریک در کنترلرهای دمای تابلویی یک هشدار حیاتی است که بی توجهی به آن منجر به خسارات مکانیکی سنگین و توقفات ناخواسته در فرآیندهای صنعتی میگردد. تشخیص صحیح اینکه عیب از خود کنترلر، کابل رابط یا پراب سنسور است، از طریق تست های ساده مقاومتی در کمتر از چند دقیقه میسر است.

مجموعه مهندسی تکنیل به عنوان مرجع تخصصی تامین تجهیزات کنترل و ابزار دقیق صنعتی، انواع کنترلرهای پیشرفته دما از برندهای معتبر جهانی و سنسورهای حرارتی استاندارد صنعتی را همراه با هولوگرام اصالت، ضمانت سلامت فیزیکی و الکتریکی و ۱۲ ماه خدمات پس از فروش عرضه نموده و آماده ارائه مشاوره های فنی مهندسی جهت طراحی و خطایابی سیستم های اتوماسیون حرارتی میباشد.

محصولات ما: اینورتر

سوالات متداول درباره علت خطای قطع سنسور

1. تفاوت خطای قطع سنسور (SBRK / OPEN) با خطای عبور از حد مجاز (HHHH یا LLLL) چیست؟

خطای قطع سنسور مستقیما به باز شدن کامل مدار الکتریکی و عدم برقراری حلقه اشاره دارد؛ اما خطاهای HHHH یا LLLL معمولا زمانی رخ میدهند که سنسور از نظر الکتریکی متصل است ولی دمای خوانده شده فراتر از بازه دمایی تعریف شده در مشخصات فنی سنسور یا خارج از محدوده تنظیم شده High-Limit و Low-Limit در پارامترهای کنترلر است. با این حال در برخی مدل ها، قطع شدن سنسور نیز به صورت HHHH ظاهر میشود.

2. آیا برعکس وصل کردن مثبت و منفی ترموکوپل باعث خطای سنسور بریک میشود؟

خیر. برعکس بستن قطبیت مثبت و منفی ترموکوپل باعث نمایش خطای قطع سنسور نمیشود، بلکه منجر به خوانش معکوس دما میگردد؛ یعنی با افزایش دمای کوره، عدد نمایش داده شده روی کنترلر کاهش مییابد. خطای قطع سنسور تنها در زمان باز بودن کامل مدار یا قطعی سیم رخ میدهد.

3. علت قطع شدن مکرر پراب های ترموکوپل در دستگاه های تزریق و اکسترودر چیست؟

عامل اول ارتعاش شدید مکانیکی و خمش سیم در نزدیکی گلند خروجی پراب است که با انتخاب سنسورهای فنردار یا کابل های شیلد زره دار (Armor Cable) برطرف میشود. عامل دوم حرارت بیش از حد در نقطه اتصال سیم به المنت ها و اکسیداسیون مغزی در اثر کیفیت پایین آلیاژ سیم ترموکوپل است.

4. اگر با اتصال کوتاه کردن ورودی کنترلر، خطای سنسور برطرف نشد چه اقدامی باید انجام داد؟

اگر ورودی ترموکوپل را اتصال کوتاه کردید و همچنان خطای سنسور بریک نمایش داده شد، ابتدا تنظیمات نوع ورودی در منوی نرم افزاری کنترلر را بررسی کنید. در صورت تطابق تنظیمات، مدار آنالوگ داخلی ورودی کنترلر یا آی سی مبدل ADC در اثر نویز یا ولتاژ القایی دچار آسیب سخت افزاری شده و دستگاه نیازمند تعمیرات تخصصی الکترونیک تابلویی است.

5. چگونه مقاومت سیم های ارتباطی در سنسور PT100 را جبران سازی کنیم تا خطا رخ ندهد؟

سنسورهای PT100 در فواصل بیش از ۳ متر باید حتما به صورت سه سیمه (یا چهار سیمه) سیم کشی شوند. در سیستم سه سیمه، دو رشته سیم دارای رنگ یکسان (معمولا قرمز یا سفید) هستند که مقاومت خط سیم کشی را با تکنیک پل وتستون خنثی میکنند. اگر یکی از این سیم های جبران ساز قطع شود، کنترلر خطای عدم تعادل شدید مقاومت یا قطع سنسور را ثبت خواهد کرد.