Cách giám sát nhiều điểm nhiệt độ trên nhiều tủ điện

• Giám sát nhiều tủ điện bắt đầu bằng việc xác định mối nối và bộ phận thực sự cần đo nhiệt độ liên tục, thay vì phân bổ số cảm biến giống nhau cho mỗi tủ.
• Có thể sử dụng cảm biến nhiệt độ không dây, ảnh nhiệt, PT100/RTD và cảm biến sợi quang, nhưng chúng giải quyết các vấn đề đo khác nhau.
• Ảnh nhiệt hữu ích để tìm điểm nóng chưa biết; cảm biến tiếp xúc cố định phù hợp hơn để giám sát liên tục vị trí đã biết.
• PT100 thực tế cho nhiều lắp đặt thông thường, nhưng dây kim loại phức tạp hơn khi điểm đo trải rộng trong môi trường cao áp hoặc trường điện từ mạnh.
• Cảm biến sợi quang huỳnh quang đo nhiệt độ điểm qua đường quang, đặc biệt hữu ích khi cần cách ly điện hoặc chống nhiễu điện từ.
• Với nhiều tủ, lựa chọn cảm biến chỉ là một phần thiết kế; số kênh, tuyến giữa các tủ, vị trí thiết bị và tích hợp PLC hoặc SCADA cũng quyết định tính thực tế của hệ thống.

Bắt đầu từ điểm nhiệt độ, không phải loại cảm biến

Một dãy tủ điện có thể có hàng chục nơi đo nhiệt độ, nhưng giám sát mọi bề mặt tiếp cận được hiếm khi tạo thông tin hữu ích. Cách bắt đầu tốt hơn là xác định mối nối và bộ phận mà nhiệt độ của chúng có thể bộc lộ vấn đề điện hoặc cơ đang phát triển.

Điểm giám sát cố định thường gồm mối nối thanh cái, mối nối bu lông, đầu cáp, đầu nối máy cắt, tiếp điểm đóng cắt và các bề mặt tiếp giáp mang dòng khác, nơi điện trở cục bộ có thể tạo thêm nhiệt. Một số tủ chỉ cần hai hoặc ba vị trí; tủ khác có thể cần nhiều điểm hơn vì mức dòng điện, bố trí mối nối hoặc lịch sử vận hành.

Ví dụ, sáu tủ với ba điểm nối được chọn trong mỗi tủ tạo ra 18 điểm giám sát tiềm năng. Điều đó không có nghĩa mọi hệ sáu tủ phải dùng 18 cảm biến. Con số chỉ xuất phát từ vị trí thực mà kỹ sư muốn quan sát liên tục.

Khi đã biết vị trí, câu hỏi hữu ích hơn là: phương pháp đo nào phù hợp với từng điểm và môi trường điện xung quanh?

Giám sát không dây, ảnh nhiệt, PT100 và sợi quang giải quyết các vấn đề khác nhau

Không phương pháp nào tự động tốt nhất cho mọi tủ. Camera nhiệt cầm tay có thể rất phù hợp cho kiểm tra định kỳ, còn PT100 có thể hoàn toàn đủ ở điểm cố định điện áp thấp. Cảm biến không dây giảm dây tín hiệu thông thường cho nhiều mối nối; cảm biến nhiệt độ sợi quang đặc biệt đáng cân nhắc khi điểm đo ở điện thế cao hoặc trong môi trường điện từ mạnh.

Lựa chọn dễ hơn khi mục tiêu đo rõ ràng. Nếu cần tìm mối nối nóng chưa biết trong đợt kiểm tra, camera nhiệt có thể hiệu quả hơn lắp cảm biến điểm khắp nơi. Nếu đã biết điểm nóng và cần theo dõi liên tục, cảm biến cố định hữu ích hơn. Điện thế, nhiễu điện từ và độ phức tạp dây nối sau đó quyết định PT100, không dây hay sợi quang phù hợp hơn.

Không dây giảm dây nối, nhưng tủ vẫn ảnh hưởng hệ thống

Giám sát nhiệt độ không dây thường được cân nhắc khi nhiều điểm cố định nằm trong nhiều tủ. Thay vì kéo một cặp dây tín hiệu thông thường từ mỗi cảm biến về bảng thu thập trung tâm, có thể truyền dữ liệu nhiệt độ tới gateway hoặc bộ thu.

Điều này có thể đơn giản hóa một số dự án cải tạo, nhưng “không dây” không mô tả duy nhất một công nghệ. Có cảm biến dùng pin, có loại thụ động hoặc thu năng lượng; phương thức truyền thông cũng khác nhau. Kết cấu tủ kim loại, vách ngăn bên trong và khoảng cách tủ có thể ảnh hưởng vô tuyến. Vì vậy phải xét vị trí gateway và độ tin cậy truyền thông cùng với vị trí cảm biến.

Hệ không dây vì thế hữu ích nhất khi giảm dây tín hiệu thông thường là vấn đề thiết kế chính. Cảm biến sợi quang giải quyết vấn đề khác. Giá trị chủ yếu không chỉ là tránh thêm một cáp đồng giữa các tủ, mà là nối điểm nhiệt độ với thiết bị bằng đường quang khi cách ly điện hoặc nhiễu điện từ quan trọng.

Ảnh nhiệt giỏi tìm điểm nóng hơn theo dõi một điểm liên tục

Ảnh nhiệt đặc biệt hiệu quả trong kiểm tra vì một camera có thể xem nhiều bộ phận trong thời gian ngắn. Kỹ sư có thể so sánh các pha, mối nối và bộ phận lân cận mà chưa cần quyết định chính xác vị trí từng cảm biến nhiệt độ.

Điều đó giúp kiểm tra hồng ngoại xác định vùng phát nhiệt bất thường chưa biết trước. Tuy nhiên, sau khi nhận diện mối nối đáng ngờ, kiểm tra định kỳ và giám sát liên tục tại điểm cố định là hai nhiệm vụ khác nhau.

Camera cầm tay chỉ ghi nhận tủ lúc kiểm tra. Cửa đóng, vách ngăn và thiếu đường nhìn cũng có thể ngăn quan sát trực tiếp mối nối bên trong. Khi diễn giải số đo hồng ngoại cần xét độ phát xạ bề mặt, phản xạ và góc nhìn.

Camera nhiệt cố định có thể giám sát liên tục nhưng vẫn cần trường nhìn phù hợp. Với mối nối bên trong bị dây dẫn hoặc kết cấu che khuất, cảm biến tiếp xúc gắn trực tiếp tại vị trí chọn có thể thực tế hơn cho đo dài hạn.

Trong nhiều lắp đặt, hai cách bổ trợ nhau: ảnh nhiệt giúp tìm khu vực nghi ngờ, còn cảm biến cố định giám sát liên tục các mối nối đã chọn.

PT100 vẫn thực tế khi cách ly điện không phải vấn đề chính

PT100 và các RTD khác vẫn phổ biến vì có nền tảng trưởng thành, ổn định, được hiểu rõ và dễ nối với nhiều PLC, bộ truyền và hệ thu thập dữ liệu. Trong tủ điện áp thấp hoặc nơi dây cảm biến kim loại không tạo vấn đề điện hay điện từ, PT100 có thể là giải pháp hợp lý.

Khó khăn rõ hơn khi số tủ và điểm đo tăng. Ví dụ, mười tám điểm cố định có thể cần mười tám phần tử cảm biến cùng tuyến dây, đầu nối và kênh vào tương ứng. Dây phải đi qua máng, cửa hoặc vách tủ mà vẫn dễ nhận diện và bảo trì.

Ở điện thế cao hoặc trường điện từ mạnh, dây cảm biến còn là một phần của bố trí điện chứ không chỉ của phép đo nhiệt. Khi đó so sánh cảm biến nhiệt độ sợi quang với PT100 có ý nghĩa hơn chỉ so các con số độ chính xác.

Cảm biến điểm sợi quang phù hợp vị trí điện thế cao và nhiễu điện từ mạnh

INNO dùng cảm biến nhiệt độ điểm dựa trên huỳnh quang. Phần tử nhỏ ở đầu mút phản ứng với nhiệt độ; sợi quang mang tín hiệu đo giữa đầu dò và thiết bị. Phương pháp cung cấp đo nhiệt độ sợi quang mà không đặt dây dẫn điện cảm biến thông thường giữa điểm đo và thiết bị thu thập.

Điều này đặc biệt hữu ích quanh mối nối thanh cái, kết nối dòng lớn và vị trí cố định khác nơi điện thế hoặc EMI làm phức tạp dây nối thông thường. Đầu dò huỳnh quang INNO cũng có khả năng chống nhiễu điện từ cao, có giá trị trong môi trường đo nhiều nhiễu điện.

Đây là cảm biến điểm, không phải đo nhiệt độ phân bố. Một đầu dò đo một vị trí vật lý xác định. Nếu mười hai mối nối trong tủ cần đo liên tục, phải có mười hai đầu dò và mười hai kênh đo hoạt động.

Ví dụ, đầu dò nhiệt độ sợi quang cho mối nối bu lông thanh cái có thể lắp tại mối nối được chọn khi cần giám sát trực tiếp mối đó. Đầu dò không tìm kiếm điểm nóng chưa biết trong tủ, nên chọn đúng vị trí vật lý vẫn thuộc thiết kế kỹ thuật.

Nhiều tủ có thể dùng chung kiến trúc giám sát đa kênh

Sau khi xác định điểm cảm biến, hệ thống phải được tổ chức theo bố trí vật lý của tủ. Hai hướng cơ bản thường gặp là đưa nhiều tủ về một thiết bị đa kênh trung tâm hoặc chia tủ thành nhóm với thiết bị giám sát riêng.

Giám sát tập trung

Khi các tủ gần nhau và tuyến quang đơn giản, có thể dẫn đầu dò từ nhiều tủ tới một thiết bị đa kênh. Bố trí giản lược có thể như sau:

Bố trí này giúp nhận diện kênh đơn giản vì mỗi kênh tương ứng một điểm vật lý đã biết. Lắp đặt lớn hơn theo cùng nguyên tắc; số kênh tăng theo số điểm cần giám sát.

Thiết bị theo nhóm hoặc phân tán

Thiết bị trung tâm không phải lúc nào cũng thực tế nhất. Tủ có thể phân bố ở các phòng, khu vực khác nhau hoặc dọc dãy tủ đóng cắt dài. Dẫn mọi sợi quang về một nơi khi đó có thể tạo phức tạp không cần thiết.

Trong trường hợp đó có thể chia tủ thành nhóm. Một thiết bị đa kênh phục vụ một khu vực, thiết bị khác phục vụ khu tiếp theo; dữ liệu nhiệt độ của cả hai gửi tới PLC hoặc SCADA cấp trên.

Lựa chọn một thiết bị trung tâm hay nhiều thiết bị phân tán vì thế không chỉ do dung lượng kênh quyết định. Khoảng cách tủ, khả năng tiếp cận tuyến, bảo trì và mở rộng tương lai đều ảnh hưởng kiến trúc.

Số kênh theo số điểm cố định

Lập kế hoạch kênh trở nên đơn giản khi đã biết điểm vật lý. Tám tủ, mỗi tủ có ba mối nối giám sát liên tục, cần 24 điểm đo hoạt động. Trong hệ cảm biến điểm, 24 vị trí đó cần 24 kênh cảm biến hoạt động.

Phép tính này mới là điểm bắt đầu. Dung lượng dự phòng, mở rộng tủ sau này và nhóm thiết bị có thể ảnh hưởng cấu hình cuối. Các quyết định đó được trình bày kỹ hơn trong lựa chọn số kênh giám sát nhiệt độ sợi quang.

Điều quan trọng là số kênh phải xuất phát từ bố trí thiết bị và mục tiêu giám sát, không phải ngược lại.

Tuyến giữa các tủ thường quan trọng hơn dự kiến

Hệ đa điểm có thể trông đơn giản trên bản vẽ nhưng khó bảo trì nếu đi tuyến không được lập kỹ. Sợi quang vẫn cần đường vật lý qua máng cáp, lỗ xuyên tủ và phần chuyển động; mỗi sợi phải truy ngược được về đúng đầu dò và kênh.

Chuyển động cửa, máy cắt dạng kéo rút và phần tủ tháo rời cần được chú ý đặc biệt. Tuyến quang nên tránh phần chuyển động và không đặt nơi bảo trì thông thường liên tục uốn, kẹp hoặc kéo sợi.

Ghi nhãn cũng quan trọng hơn khi lắp đặt lớn dần. Quy tắc đặt tên thực tế có thể liên kết trực tiếp vị trí với kênh thu thập, ví dụ:

• Tủ 01 – Mối nối thanh cái A – CH1
• Tủ 01 – Đầu cáp B – CH2
• Tủ 02 – Mối nối thanh cái A – CH4

Chiều dài sợi là thông số tuyến, không phải thông số kênh. Khoảng cách vật lý lớn hơn giữa tủ và thiết bị có thể cần sợi dài hơn, nhưng không đổi số điểm cảm biến. Vì vậy chiều dài sợi quang của cảm biến nhiệt độ phải được chọn theo tuyến lắp đặt thực.

Đưa nhiều tủ vào PLC hoặc SCADA

Khi đã thiết lập kiến trúc cảm biến cấp tủ, thiết bị giám sát có thể tham gia hệ giám sát điện rộng hơn. Đường dữ liệu điển hình là:

• Đầu dò nhiệt độ tại mỗi mối nối được chọn
• Sợi quang từ đầu dò tới thiết bị giám sát
• Thu thập nhiệt độ đa kênh
• RS485 / Modbus RTU trên thiết bị INNO có hỗ trợ
• PLC, SCADA hoặc hệ giám sát chủ khác

Điều này cho phép người vận hành xem nhiệt độ nhiều tủ trên một giao diện thay vì đọc từng điểm tại chỗ. Logic cảnh báo, xu hướng và hành vi hệ thống cấp trên sau đó có thể được xử lý bằng kiến trúc giám sát phù hợp.

Giao diện chính xác phụ thuộc thiết bị sử dụng, nên phải kiểm tra yêu cầu truyền thông trước khi chọn máy. Kiến trúc rộng hơn về tích hợp giám sát nhiệt độ sợi quang với PLC và SCADA nên được lập cùng lúc với số kênh và vị trí thiết bị.

Chọn phương pháp đo theo vấn đề thực của tủ

Các nhiệm vụ khác nhau dẫn tới công nghệ khác nhau. Nhóm bảo trì tìm mối nối nóng chưa biết có thể hưởng lợi từ ảnh nhiệt hơn việc lắp hàng chục cảm biến cố định. Tủ thông thường với điểm đo điện áp thấp dễ tiếp cận có thể được đáp ứng tốt bằng PT100. Không dây trở nên hấp dẫn khi cần nhiều điểm cố định mà dây tín hiệu thông thường khó quản lý.

Cảm biến sợi quang huỳnh quang đặc biệt hữu ích khi đã biết các điểm quan trọng và cần kết hợp giám sát liên tục với cách ly điện, điện thế cao hoặc nhiễu điện từ mạnh. Trong ứng dụng đó, có thể tổ chức giám sát nhiệt độ đa điểm qua nhiều tủ mà không đặt dây dẫn điện cảm biến thông thường tại từng điểm.

Với tủ đóng cắt, công nghệ cảm biến vì thế cần chọn sau khi hiểu bố trí tủ, điện áp vận hành, điểm nóng dự kiến, chiến lược kiểm tra và kiến trúc dữ liệu. Bố trí giám sát nhiệt độ tủ đóng cắt phù hợp một dãy có thể quá phức tạp hoặc không đủ cho dãy khác.

Xây dựng kiến trúc giám sát theo các tủ

Giám sát nhiệt độ nhiều tủ hiệu quả bắt đầu từ thiết bị, không phải danh mục cảm biến. Kỹ sư trước tiên phải quyết định mối nối nào cần đo liên tục, điểm nóng nào còn chưa biết và cách ly điện, đường nhìn, độ phức tạp dây hoặc EMI có giới hạn phương pháp khả dụng hay không.

Những quyết định này xác định ảnh nhiệt, không dây, PT100 hay sợi quang huỳnh quang là thực tế nhất cho từng phần lắp đặt. Khi đã chọn phương pháp, có thể lập số kênh, tuyến sợi hoặc cáp, vị trí máy và tích hợp PLC hoặc SCADA theo bố trí tủ thực tế.

Với điểm đo điện thế cao hoặc nhiễu điện từ mạnh, hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang cho tủ đóng cắt và các cấu hình cảm biến điểm liên quan có thể giám sát liên tục nhiều vị trí cố định. Đội ngũ kỹ sư INNO có thể xem xét số tủ, điểm đo, khoảng cách tuyến và yêu cầu hệ thống chủ của dự án cụ thể.