حل متكامل شامل لمحركات الأقراص الصناعية باستخدام أجهزة القياس الذكية ذات الدائرة الميكروبروسسورية

1. خلفية المشروع والتحديات الأساسية​

في الإنتاج الصناعي الحديث، تعتبر المحركات معدات قوة أساسية، حيث يؤثر أداءها الموثوق به بشكل مباشر على استمرارية خطوط الإنتاج والأمان والكفاءة الاقتصادية. ومع ذلك، تواجه المحركات تحديات متعددة وخيمة أثناء التشغيل:

• ​ظروف تشغيل غير طبيعية: مشاكل مثل التوقف عند بدء التشغيل أو أثناء التشغيل، وفقدان الطور، وعدم توازن التيار الثلاثي يمكن أن تؤدي بسرعة إلى تلف المعدات إذا لم يتم التعامل معها بسرعة.
• ​مخاطر الزيادة الحرارية: زيادة الحمل، والتبريد السيئ، أو درجات الحرارة المحيطة المرتفعة يمكن أن تسبب ارتفاع درجة حرارة اللفائف، وهو السبب الرئيسي لشيخوخة العزل وإحراق المحرك.
• ​نقص في الحماية: الأجهزة التقليدية للحماية (مثل الأوتوماتيك الحراري) تعاني من عيوب ذاتية مثل الدقة المنخفضة في القطع (±15% خطأ)، ووظائف محدودة، ونقص في قدرات الإنذار المبكر، مما يجعلها غير كافية للصيانة الذكية والإنتاج ذو الثقة العالية.

لحل هذه التحديات، نقدم جيلاً جديداً من الأوتوماتيك الحمائية القائمة على المعالج الدقيق التي تدمج تقنية الاستشعار المتقدمة، والخوارزميات متعددة المعلمات، ومنصات إنترنت الأشياء.

​II. المكونات الأساسية للحل​

يرتكز هذا الحل على الأوتوماتيك الحمائية عالية الأداء القائمة على المعالج الدقيق، مما يوفر حماية شاملة وتوقعية من خلال التكامل العميق بين الأجهزة والبرمجيات.

1. ​تقنية الحماية المتعددة المعلمات​
   تتجاوز الحماية من التيار الزائد التقليدية، تستخدم هذه التقنية تحليل البيانات متعددة الأبعاد لتحقيق القطع الدقيق والإنذارات.
• ​حماية التيار الزائد ذات الوقت المعكوس عالية الدقة: تستفيد من خوارزميات المعالج الدقيق لمحاكاة خصائص الحرارة للمحرك بدقة، مما يتجاوز قيم القطع غير المتسقة للأوتوماتيك الحرارية التقليدية. وهذا يضمن منحنيات حماية دقيقة ويتجنب القطع الخاطئة أو عدم التشغيل.
• ​حماية عدم توازن التيار السلبي: تقوم بمراقبة توازن التيار الثلاثي في الوقت الحقيقي. عندما يتجاوز عدم التوازن قيمة العتبة المحددة (مثل 15%)، يقوم النظام تلقائيًا باكتشاف فقدان الطور أو عدم التوازن الشديد ويثير الإنذارات أو الإجراءات الحمائية لمنع زيادة حرارة الروتور وتقلبات العزم.
• ​تحليل الطيف الاهتزازي (اختياري)​: يحلل المستشعرات الاهتزازية المتكاملة خصائص الطيف للمحامل والآليات الناقلة للمحرك، مما يسمح بتحديد الأعطال الميكانيكية في مرحلة مبكرة مثل ارتداد المحمل، وفك البراغي، وعدم التحاذاة. وهذا يتيح حماية كهربائية وميكانيكية مجتمعة.

​نتائج التطبيق: في مصنع بتروكيماويات رئيسي في الصين، قلل هذا الحل من أعطال المحركات الناجمة عن المشاكل الكهربائية والميكانيكية بنسبة 67٪ ومن تكاليف الصيانة ذات الصلة بنسبة 42٪.

1. ​نظام التنبؤ بالارتفاع الحراري الذكي وإنذار مبكر​
   يستخدم نماذج خوارزمية متقدمة للوقاية من مخاطر الزيادة الحرارية بشكل مسبق، مما يتحول من "التصحيح التفاعلي" إلى "الوقاية المبكرة".
• ​مبدأ العمل: يحسب النموذج الحراري المكافئ للمحرك المدمج ارتفاع درجة حرارة اللفائف الحرارية واستخدام الطاقة الحرارية في الوقت الحقيقي من خلال دمج تيار الحمل، وبيانات التشغيل التاريخية، وقيم درجة الحرارة المحيطة من المستشعرات.
• ​الإنذار المبكر: إذا اقترب اتجاه درجة حرارة اللفائف المتوقع من حد تصنيف العزل، يصدر النظام إشارة إنذار مبكرة قبل 10 دقائق، مما يوفر وقتاً كافياً للعاملين للتدخل، وجدولة إغلاق منظم، أو ضبط الأحمال.

​نتائج التطبيق: في مصنع فولاذي كبير، نجحت هذه الوظيفة في منع العديد من حالات إحراق المحركات الناجمة عن أعطال نظام التبريد والتحميل الزائد المفاجئ. بلغت دقة التنبؤ بالدرجة الحرارية 91٪ في الممارسة العملية.

1. ​مراقبة إنترنت الأشياء اللاسلكية وتشخيصات منصة السحابة​
   تتيح الصيانة عن بعد وإدارة رقمية، مما يحسن بكفاءة التشغيل بشكل كبير.
• ​نقل البيانات اللاسلكي: يدمج جهاز الحماية وحدات اتصال شبكة المجال الواسع ذات الطاقة المنخفضة (LPWAN) (مثل LoRa) لنقل بيانات التشغيل الشاملة للمحرك (التيار، الجهد، الحرارة، الإنذارات، الحالة) إلى منصة السحابة دون الحاجة إلى الأسلاك المعقدة.
• ​تشخيصات صيانة عن بعد: يمكن للمهندسين والمديرين الوصول إلى منصة السحابة عبر الكمبيوتر أو التطبيقات المحمولة لمراقبة حالة صحة جميع المحركات في الوقت الحقيقي، والاستلام الإنذارات والمعلومات حول الأعطال، وتنفيذ التشخيصات والتحليلات عن بعد.
• ​استخراج قيمة البيانات: يمكن استخدام البيانات التاريخية المتراكمة على المنصة لتحليل اتجاهات تدهور أداء المعدات، وتحسين دورات الصيانة، وتنفيذ الصيانة التنبؤية، مما يوفر دعمًا مستندًا إلى البيانات لاتخاذ قرارات الإنتاج.

​نتائج التطبيق: في مصنع أسمنت، تم تقليل وقت الاستجابة المتوسط للأعطال من ساعتين إلى أقل من 15 دقيقة بعد نشر نظام مراقبة إنترنت الأشياء. كان بإمكان المشغلين الوصول فوراً إلى معلومات الأعطال وأسبابها المحتملة، مما قلص بشكل كبير وقت البحث عن الأعطال وخفض الوقت الغير مخطط له بنسبة 58٪.

​III. ملخص مزايا الحل​

• ​أكثر دقة: تحل خوارزميات المعالج الدقيق محل الهياكل الميكانيكية، مما يضمن حماية دقيقة بدون قطع خاطئة أو عدم تشغيل.
• ​أكثر شمولية: تدمج الحماية الكهربائية والحرارية والميكانيكية لتغطية مجموعة واسعة من أنواع الأعطال.
• ​أكثر استباقية: الإنذارات التنبؤية المستندة إلى النماذج تمنع الحوادث قبل حدوثها، بدلاً من الرد بعد حدوثها.
• ​أكثر ذكاءً: تتيح بنية إنترنت الأشياء توصيل الأجهزة، ودعم المراقبة عن بعد وتحليل البيانات الكبيرة، وتوفر أساسًا للتصنيع الذكي ومصانع الرقمية.