أعطال خلية التحميل وطرق الحل النهائي

أعطال خلايا قياس الحمل في أنظمة الجرعات وطرق الحل النهائية

 

في المنشآت الصناعية، يُعدّ مستشعر خلية الحمل أهمّ عنصر استشعاري يمكّن أنظمة الجرعات الوزنية وأنظمة قياس فقدان الوزن، التي تُقدّر قيمتها بآلاف الدولارات، من التواصل مع بيئتها. فهو يحوّل الوزن الميكانيكي إلى إشارات كهربائية. ومهما بلغت كفاءة نظام التحكم الآلي (PLC) أو تصميم محرك الحلزون، فإنّ عدم عمل هذه المستشعرات بدقة ودون تداخل وبثبات يعني تعطل النظام تمامًا وتقادمه (أي أنه سيصبح مجرد قطعة خردة تُعطي قياسات غير دقيقة).

 

في منشآت الإنتاج التي تعمل بكامل طاقتها على مدار الساعة، تُصنّف أعطال خلايا قياس الحمل عمومًا إلى نوعين بناءً على مصدرها: التداخل الكهربائي أو الصدمات الميكانيكية. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل أكثر أنواع أعطال خلايا قياس الحمل شيوعًا التي يواجهها فنيو الصيانة والإصلاح ودوائر الأتمتة الصناعية الخبراء في الميدان، بالإضافة إلى أساليب عملية لتحديد الأعطال، وتقنيات حل دقيقة من منظور الهندسة الإلكترونية.

 

الأضرار الميكانيكية: التحميل الديناميكي المفرط، والصدمات، وإجهاد المعدن

 

 

إضافةً إلى كونها مكونات إلكترونية، تُعدّ خلايا قياس الحمل أجهزة ميكانيكية تعمل وفق مبدأ مقاييس الإجهاد الدقيقة (بحجم المليمتر) المُشكّلة في نقاط محددة على كتل من الألومنيوم المستخدم في صناعة الطائرات أو الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة، والمصبوبة بتركيبات خاصة. عند وضع حمولة ثقيلة أو كتلة محرك تتجاوز بكثير السعة (عادةً 150% من السعة التقنية) على ميزان الوزن بواسطة رافعة، يفقد غلاف المستشعر مقياس الإجهاد الخاص به.

 

التشوه الدائم (انعدام الانحراف) وحماية السدادة

 

في حال حدوث صدمة مفاجئة داخل المخزن نتيجة سقوط مواد من الأعلى أو سقوط جسم فولاذي صلب، يتعرض المعدن لتشوه جزيئي دائم لا يمكن إصلاحه. يُعرف هذا الحدث في المصطلحات التقنية باسم "الانحراف الصفري"، ويتسبب في عرض النظام لأوزان تصل إلى آلاف الكيلوغرامات أو عدم القدرة على تصفير الميزان حتى عندما يكون فارغًا. ولمنع هذا التلف المدمر والمكلف للمعدات، يجب تزويد هياكل الجرعات المصممة باحترافية بـ"مسامير حماية ميكانيكية من الحمل الزائد" (مصدات الحمل الزائد/مسامير الرفع) بزوايا صحيحة لحماية خلية الحمل بدقة متناهية تصل إلى المليمتر.

 

مؤشر العطل يُقرأ على واجهة المستخدم الرسومية أو الشاشة	سبب ميكانيكي محتمل في البنية التحتية	حلول وتدخلات نهائية للفنيين الميدانيين
قيمة الصفر (الوزن الفارغ) تتغير باستمرار لأعلى/لأسفل في نفس الاتجاه.	تشوه/تشققات بلاستيكية (دائمة) في معدن المستشعر بسبب التحميل الزائد.	يجب استبدال خلية الحمل المشوهة فوراً بخلية جديدة، ويجب تركيب مانع ميكانيكي قوي وقابل للتعديل أسفلها.
تعرض الشاشة باستمرار قيمة سالبة (-) غير منطقية أثناء التحميل.	يتم تركيب معدات خلية الحمل ميكانيكياً رأساً على عقب (مقلوبة) أو يتم توصيل كابلات الإشارة (+) (-) على اللوحة بشكل عكسي.	يجب فحص اتجاه التركيب الميكانيكي أو الأسلاك (يجب أن يشير سهم اتجاه الضغط الموجود على غلاف المستشعر دائمًا إلى الأسفل أو باتجاه القوة).
بينما يبقى الوزن المادي دون تغيير، فإن القيمة الرقمية على الشاشة تومض مرة واحدة في الثانية.	يتعرض الهيكل لاهتزازات آلية دورية وإيقاعية أو لتأثيرات الرياح من الخارج.	يجب إزالة محاذاة المنصة، ويجب فحص وسادات التخميد السفلية المضادة للاهتزاز (المطاطية) بدقة للتأكد من أنها لم تنفجر.

 

التداخل الكهربائي والضوضاء (EMI) والتأثير الحيوي لتأريض لوحة التحكم في المحركات

 

 

إشارة الجهد التناظري التي تمر عبر كابلات خلية الحمل وتُرسل إلى المُضخّم الصناعي (القارئ) صغيرة بشكلٍ مُثير للدهشة (عادةً 2-3 ملي فولت لكل كيلوغرام من الوزن، أو mV/V). تُصدر مُحولات التردد الضخمة (محركات/مُحولات التردد المتغيرة)، وموصلات التبديل الثقيلة، ومحولات الطاقة العاملة في لوحات التحكم الكهربائية للمحركات في المنشآت الصناعية الثقيلة، مجالًا كبيرًا للغاية من الضوضاء الكهرومغناطيسية غير المرئية وتلوثًا للطاقة (التوافقيات الكهرومغناطيسية).

 

عزل الإشارات وحماية طبقات تكنولوجيا المعلومات/التشغيل

 

تتسبب موجات التشويش الكهربائي هذه، التي تتداخل مع كابل الإشارة التناظرية لخلية الحمل غير المحمية كما لو كانت هوائيًا، في تشوه الوزن المعروض على الشاشة، وتعطل نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) نتيجةً لتسريع المحرك. يجب تأريض الغلاف المعدني الخارجي للكابلات بقضيب توصيل نحاسي عالي الجودة في اللوحة، وقبل دخولها إلى بطاقة الإدخال التناظري (4-20 مللي أمبير / 0-10 فولت) الخاصة بنظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة، يجب فصل صينية الإشارة/الاتصال تمامًا (على بُعد 30 سم على الأقل) وتوجيهها عبر صينية كابلات منفصلة، وليس عبر قنوات الكابلات السميكة عالية الطاقة في المصنع.

 

اختبار سلامة خلية الحمل واختبار العزل الكهربائي باستخدام جهاز قياس متعدد الأغراض للفنيين الميدانيين

 

عند توقف النظام فجأةً أثناء نوبة العمل الليلية، وظهور خطأ في الوزن من وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، يمكنك بسهولة اختبار ما إذا كان المستشعر معطلاً تماماً إلكترونياً باستخدام مقياس متعدد رقمي (مقياس الفولتية). يجب قياس قيم المقاومة الكهربائية (بالأوم) بين مجموعتي كابلات مدخل الطاقة (الإثارة +/-) ومخرج القياس (الإشارة +/-) للجهاز، والتحقق من مطابقتها تماماً للقيم المذكورة في ورقة بيانات المصنع (الكتالوج).

 

علاوة على ذلك، يُمكن لاختبار قصر الدائرة الكهربائية عالي الجهد أو اختبار العزل (ميغر) بين الغلاف المعدني للمستشعر وأطراف الأسلاك النحاسية الداخلية أن يُحدد بوضوح ما إذا كان قد امتص كميات ضئيلة من الماء أو الرطوبة المحيطة (مما يُسبب تسربًا أوميًا). يُعد منع تسرب السوائل/الرطوبة أمرًا بالغ الأهمية لإطالة عمر الجهاز، لا سيما في المناطق الرطبة حيث يتم التنظيف الآلي (CIP) في صناعة الأغذية.

 

تطبيق خطوات الاختبار الإلكتروني	القيمة المتوقعة عموماً (مثال)	تشخيص الأعطال والتعليق الفني
قياس مقاومة معاوقة الإدخال (الإثارة)	مثال: حوالي 400 أوم وفقًا لقيمة الملصق.	إذا لم تتطابق القيمة المقاسة مع قيمة الكتالوج أو كانت لا نهائية (دائرة مفتوحة)، فإن وصلات اللحام الداخلية للمستشعر مكسورة أو الكابل مقطوع.
قياس مقاومة معاوقة الخرج (الإشارة)	مثال: حوالي 350 أوم وفقًا لقيمة الملصق.	إذا كانت قيمة الخرج مختلفة بشكل كبير، فإن دائرة قراءة مقياس الإجهاد الداخلي الحساسة قد تعرضت لتلف مادي شديد بسبب الجهد العالي أو الصدمات.
الهيكل المعدني (الشاسيه) - اختبار عزل الكابل داخل الكابل	أقل من 10 ميجا أوم (العزل منخفض للغاية وقد انقطعت المقاومة)	بالتأكيد، تسرب الماء/الرطوبة إلى النظام أو الغلاف، أو أن عازل الكابل الرقيق قد انصهر بسبب الحرارة، مما أدى إلى ملامسته للغلاف وتسبب في تسرب التيار.

 

الأسئلة الشائعة

 

إذا انقطع كابل خلية الحمل الطويل الممتد من المستشعر إلى لوحة التحكم أو قصر، فهل يمكن وصله باستخدام كتلة طرفية ملحومة في المنتصف؟

إلا في حالات الطوارئ القصوى، كحالات المناوبة الليلية، يُمنع منعًا باتًا إجراء التوصيل العادي. فالحرارة والأكسدة واختلافات المقاومة الداخلية عند نقطة التوصيل (اللحام أو لف النحاس) تُشوّه إشارة الميليفولت الضعيفة بشدة، مما يُؤدي إلى تغيير معايرة الجهاز فورًا. لذا، يجب استخدام صناديق توصيل خاصة محكمة الإغلاق بمعيار IP68، ومحطات طرفية بدون لحام، أو مستشعر جديد بكابل واحد بطول الكابل الأصلي.

 

ما هي الاحتياطات التي يجب اتخاذها عند إجراء عملية اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز (TIG/GMAW) حول هيكل الآلة أو في منطقة قريبة جدًا من المستشعر؟

سيؤدي التيار الهائل المتدفق من كماشة اللحام، والذي يحمل تيارًا كهربائيًا عاليًا جدًا، إلى الأرض، إلى احتراق الدائرة الإلكترونية الدقيقة داخل المستشعر فورًا إذا حاول المرور عبر خلية قياس الحمل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ كأقصر مسار. قبل اللحام، يجب تمرير كابل نحاسي سميك (وصلة) فوق خلية قياس الحمل لتجاوز التيار، أو يجب إزالة المستشعر فعليًا من مكان تركيبه ونقله إلى مكان آمن.

 

لماذا تُظهر شاشة خلية الحمل باستمرار قيمة سالبة قدرها -450 كجم على ميزان آلة الجرعات، حتى عندما تكون فارغة تمامًا؟

لا يمكن أن يكون هناك سوى ثلاثة أسباب لذلك: إما أن كابلات القراءة (الإشارة + والإشارة -) التي تدخل اللوحة تم توصيلها بالأطراف بشكل عكسي أثناء التثبيت، أو أن المستشعر المعدني تم تركيبه بشكل مقلوب (من الأعلى إلى الأسفل)، أو أن مقياس الجرعات احتك وانحشر في أنبوب السباكة الموجود أسفله، مما تسبب في تلقي المستشعر لقوة ضغط عكسية لأعلى بدلاً من قوة ضغط لأسفل.

 

هل تؤدي البيئات الرطبة باستمرار، مثل مصانع عصير الفاكهة أو مصانع التخليل، إلى تقصير عمر خلية الحمل بشكل دائم؟

مع مرور الوقت، قد تتسرب الرطوبة المجهرية عبر أغطية السيليكون الخاصة بالمستشعرات المحمية بمعيار IP65 أو IP67 (المصنوعة من الألومنيوم والمطلية بالسيليكون فقط) في البيئات الرطبة التي تتعرض باستمرار للبخار أو التنظيف الكيميائي المكثف. في مثل هذه البيئات (البيئات الغذائية والكيميائية)، يجب استخدام مستشعرات مدرعة بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ بمعيار IP68/IP69K، مملوءة بغاز الأرجون، ذات أغطية محكمة الإغلاق (ملحومة بالليزر، بدون درزات) تمنع تسرب الماء إليها.

 

ما مدى تأثير الأكسدة أو الرطوبة على القياس في صندوق التوصيل حيث يتم توصيل وتجميع خلايا الحمل المتعددة على التوازي؟

يُسبب ذلك ضرراً مباشراً وكارثياً. ففي هذه الصناديق التي تُوصل فيها 3 أو 4 خلايا قياس وزن في آنٍ واحد وتُجمع إشاراتها، يتسبب تأكسد النحاس الأخضر/الأبيض الذي يحدث بمرور الوقت في الأطراف الصغيرة، أو حتى تسرب قطرة رطوبة واحدة، في احتجاز جهد الإشارة الكلي وفقدانه (مما يُولد مقاومة) داخل الصندوق، ما يؤدي إلى قراءات وزن غير دقيقة وغير مكتملة باستمرار على الشاشة.

 

ما الذي يجب فعله فوراً بعد استبدال خلية قياس الحمل القديمة أو المعيبة بأخرى جديدة من قبل فريق صيانة المنشأة؟

تصبح معاملات المعايرة في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) المستندة إلى خصائص المستشعر القديم غير صالحة تمامًا. بعد تركيب الأجهزة الجديدة، يجب ضبط الموازين الميكانيكية للنظام، وإعادة تدريب معلمات معايرة الصفر (الوزن الفارغ) والمدى الكامل (النطاق/الكسب) للميزان من قائمة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) باستخدام مجموعة جديدة من الأوزان المرجعية المعتمدة من الدولة والمختومة (على سبيل المثال، عن طريق تعليق كتل من الحديد الزهر القياسي من الفئة M1 بوزن 25 كجم واحدة تلو الأخرى).

 

بعد حل المشكلة، يمكنك قراءة مقالنا "أتمتة PLC و SCADA في الجرعات" لمعرفة كيفية إدارة كل هذه المعدات من خلال الأتمتة والبرمجيات .

 

للحصول على أنظمة جرعات المساحيق المخصصة لمصنعك وجميع المعلومات التقنية اللازمة، يرجى مراجعة منتج أنظمة الجرعات لدينا.