تصميم روبوست جبهة التعمير والتنمية نهاية لـ(هارش) نظم رصد البيئة في التعدين وحفر النفط

كما أن تصميم خطوط أمامية قوية من قبيل المتحولين إلى المتحولين الجناثين من أجل نظم الرصد المستخدمة في عمليات التعدين وحفر النفط يتطلب نهجاً منضبطاً يتجاوز بكثير النظم الإلكترونية الصناعية النموذجية، كما أن درجات الحرارة القصوى، والتصميم المستمر، والغبار اللاحق، والغازات التآكلية، والتدخل الكهرومغناطيسي القوي الذي يعثر عليه في هذه البيئات يمكن أن يتدهور بسرعة أو يدمر المكونات القياسية.

التحديات الوحيدة في البيئات التعدينية والنفطية

وقبل تحديد المكونات أو وضع الدوائر، يجب على المصممين أن يصفوا تماماً الإجهاد البيئي الذي ستواجهه الجبهة، فجمع المتطرفات الحرارية والصدمة الميكانيكية والتعرض الكيميائي نادرة خارج الصناعة الثقيلة، وهو يحد مباشرة من الأداء والعمر على السواء.

المدد القصوى والبيع

ويمكن لعمليات التعدين السطحي أن تشهد درجات حرارة مرتفعة من 40 درجة مئوية في الشتاء إلى أكثر من 60 درجة مئوية في ضوء الشمس المباشر، ومن ثم يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة داخل الحفر أو قرب مقصورات المحرك +85 درجة مئوية. ولا تؤثر التغييرات في درجات الحرارة المنخفضة على النطاق المرجعي الداخلي للشركة وقابلت الأخطاء بل أيضاً على مفاصلات الضغط المباعة وتعبئة المركبات.

اليقظة، الأحذية، الإجهاد الميكانيكي

فالقصف بالألغام المفتوحة، وحفر الصخور، والعمل المستمر للآلات الثقيلة يولد حمولات صدمات تصل إلى 50 غراماً، وهزات ذات نطاق واسع من 10 هرتز إلى عدة كيلوهرتز، ويمكن أن تتسبب هذه الطاقة الميكانيكية في فشل أجهزة التصفير المشهقة (الشققات المختارة)، وربطات الوصل بين الجسيمات، وضبط ساعة العينات التي يقوم بها مركز التعاون التقني فيما بين البلدان النامية من خلال التأثيرات المتناهيكلية على بلورات المفاجئة.

Contaminants: Dust, Moisture, and Chemical Attack

فالطين السائل، والسوائل الهيدروليكية، والديزل، والماء المالح، والغبار المعدني (بما في ذلك الركاز الغرافيتي المسيّر في بعض الألغام) يخلق بيئة متآكلة وسلوكية، ويمكن للدب أن يلقي آثاراً على الأثار المعرضة ويخلق مسارات تسربية تستخدم إشارات شديدة إلى درجة حرارة منخفضة.

Electromagnetic Interference (EMI) and Ground Noise

وتولد حملات الترددات المتغيرة )المركبات المفلورة( والمحولات ذات الطاقة العالية والمحولات اللاسلكية على متن جهاز أو موقع ألغام حقول الكهرومغناطيسية مكثفة من العاصمة حتى بعد مئات الميغاهرتز، ويمكن أن تؤدي الحلقات الأرضية بين أجهزة الاستشعار البعيدة وأجهزة المراقبة الاختيارية الى ضخ كميات كبيرة من الفولط في مراحل خطوط الكهرباء دون حدوث اضطرابات متفرقة في التعبئة.

مبادئ التصميم الأساسية لجبهة البلدان النامية

وبفهم الإجهاد، يمكننا الآن أن ندرس لبنات التصميم الأساسية التي يجب تنفيذها في كل نهاية متقدمة قوية من البلدان النامية، وتشمل هذه العوامل تكييف الإشارات، والتصفية المضادة للحركة، وحماية المدخلات، والاختيار الدقيق لهيكل التعاون التقني فيما بين البلدان النامية.

تحديد الهوية والارتقاء بها

إن أجهزة الاستشعار في تطبيقات التعدين والحفر - مثل أجهزة قياس الكتف، ومرورات الضغط، وأجهزة الإرسال، وأجهزة القياس، وأجهزة القياس التي تستخدم في كثير من الأحيان تنتج إشارات مقاومة ضعيفة عالية، ومرتفعة الحدة، وتتحول إلى نطاق المدخلات لدى شركة ADC.

التصوير المضاد للألعاب النارية

وحتى إذا كانت إشارة الاستشعار بطيئة )مثلا، قراءة درجة الحرارة في ١ درجة هرتز(، فإن الضوضاء العالية التردد من أجهزة التردد VFD والتدخل في الإذاعة يمكن أن تُستخدم في نطاق القاعدة بعد أخذ العينات، وأن تُحدث أخطاء غير متوقعة، ويوصى بأن يتم تحديد مقياس مضاد للثبات في مرحلتين: تواتر سلبي للتردد على الترددات العالية التردد عند المدخلات )لتمتصيحات العالية(

حماية المدخلات و ESD

In harsh environments, sensor wires can be struck by lightning-induced flning-induceds, inductive kickback from motors, or electrostatic discharge from personnel. The ADC front end must survive repeated ⁇ 15 kV ESD events without damage, as well as sustained overvoltage up to 30 V. A robust protection network includes series resistors (1 kif-10 kkys) bidirect

Environmental Hardening Techniques

وفيما عدا تصميم الدوائر، فإن التغليف المادي والإدارة الحرارية أمران بالغا الأهمية للموثوقية الطويلة الأجل، وقد ثبتت التقنيات التالية في منشآت التعدين وحفر النفط.

عمليات الإغلاق المجمَّعة والسياكل

وينبغي أن تُدرج وحدة التطوير الأولي في مرفق من طراز ADC 4X أو IP68 (مُغلقة ضد الغبار والأمطار والتنظيف المُقَطَّع) وأن توفر أجهزة الحفر المأمونة أو الصلب غير المحتوية على سعة الحماية البيئية ودرعاً إي إم آي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إي إم، وأن تستخدم جميع وحدات التصاميم التي تستخدم الغازات الصناعية (مثل الغلاف الجوي المُتُعَرَفَعَرَفَعَيُّ)().

التكتل والصيد المطابقان

وتطبيق المعاطف المطابقة (السيليكون أو الكريليك أو الباريلين) على ثنائي الفينيل متعدد الكلور المجمّع يمنع الرطوبة والغبار من سد الدبابيس، كما أن تهيئة الظروف القصوى، بحيث يدمج المجلس بأكمله في مجمع للثعب المسيّر حراري (مثلاً، يُقدّم التخثر في أكاسيد الألمنيوم) أفضل حماية من الانحرافات والتلوث.

الإدارة الحرارية

وفي بيئات عالية الحرارة، تولد شركة ADC ودائرة الدعم التابعة لها تسخين ذاتي، وبدون إدارة حرارية سليمة، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة الزجرية بسرعة الحدود المقيسة، واستخدام القوارير الحرارية، وصب النحاس، وحتى المصاريف الحرارية الصغيرة على مجموعة الادمانات المميتة، وفي الضواحي المختومة، فإن المركب المتراكم للحرارة أو جهاز حرارة الصلبة يعتبر إلى حدا كبيرا منا

الاستراتيجيات المتقدمة لنزاهة الإشارة

وحتى مع التكييف والتغليف الدقيقين، فإن الضوضاء الكهربائية في بيئات التعدين والحفر تتطلب تقنيات متقدمة للحفاظ على جودة الإشارة.

عزل غالفاني

Forvanic isolation breaks ground cycles and provides a high common-mode impedance that rejects large ground potential differences (up to several kV). Digital isolators based on capacitive or magnetic coupling (e.g. ISO7240) can be used on the digital interface (SPI, I2C, or UART control)

الشحن والشحن

وينبغي أن يكون لدى كل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في نهاية المرحلة الأمامية طائرة أرضية صلبة ترتبط بالفوضى الضيقة من خلال سلسلة منخفضة من العيوب، وينبغي أن تُضم أجزاء من الأناسول والتجهيزات الأرضية الرقمية على سداسي كلور البنزين في نقطة واحدة تحت مركز التعاون التقني لتجنب تحويل الضوضاء الرقمية إلى أربطة متشابهة، وينبغي أن توجه آثار الشعارات الحساسة على طبقات خارجية بين جميع الكابلات الأرضية.

تصميم إمدادات الطاقة المنخفضة الضوضاء

أما الفول المرجعي لشركة ADC فهو أكثر العُقد حساسية، وأي ضوضاء على الإشارة تضيف مباشرة إلى خطأ التحويل، وتستخدم جهازاً أدنى من الاشارات (< 1 µV_{) من أجهزة التحكم في الترددات العالية، وأجهزة التحكم في الترددات، وأجهزة التحكم في الترددات العالية () من قبيل جهاز التعبئة ()}

اختيار الموثوقية الطويلة الأجل

إن اختيار العناصر المناسبة للتصنيف والتصنيف الصناعي هو مسألة توازن بين القرار والسرعة والسلطة والبساط.

ADC Architecture Choices

أما مجموع أجهزة التكييف المتعاقبة، فهي الآفاق المستخدمة للرصد الصناعي نظراً إلى ما تحلت به من معتدلة (12-16 قطعة)، وفترات التحويل السريع، وقلة الطاقة، وهي مناسبة تماماً لنظم متعددة القنوات، ولزيادة سرعة تحديدها (18-24 متراً) في ظروف تتسم بحساسية أكبر (مثلاً، قياسات الإجهاد أو الضوضاء الرقمية التي تُصنع)(22).

Industrial-Grade vs. Commercial componentss

ولا تناسب مكونات الصف التجاري التعدين أو الحفر النفطي، ويجب تحديد جميع الأجهزة العاملة على أنها درجة " صناعية " أو " متطورة " ، مع درجات حرارة تشغيلية مؤهلة وأداة مضمونة تحت ضغط ممتد، كما أن استخدام أجهزة قياس الأشعة X7R أو X8R ينبغي أن تكون مجهزة للزراعة (غير مزودة بمقياس للثغرة) التي تفقد هامش الحركة الحكيماوية (M-20m-TD) تُعدَّلْتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُ إلى درجة الحرارة.

Connectors and Cabling

وأضعف صلة في العديد من نظم الرصد هي الموصل بين جهاز الاستشعار والنقطة الأمامية للشركة، وبالنسبة للبيئات القاسية، يستخدم الموصلات التعميمية (M12/M23) أو الموصلات الصناعية الخفية (مثلاً، شركة هانت سيريس) التي تحتوي على قذائف معدنية واتصالات مزودة بالذهب، وينبغي استخدام أراض الكابلات المطلة حيث تدخل الكابلات في الضوضاء الأطول (10 أمتار)

الاختبارات والتقديرات في ظروف هش محاكاة

وقد يفشل في تصميم يعمل على مقعد مختبري، ويعد التحقق الشامل أمرا أساسيا قبل نشره.

اختبار الحياة المعجل

(ب) إخضاع وحدة التدوير الأمامية لرقم قياس درجة الحرارة (40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية مع 15 درجة مئوية/معدل مليئ) لـ 500 دورة أو أكثر، كما أن رصد معدل التقلبات في درجات الحرارة العالية والانتفاع من الانجراف على فترات منتظمة، كما أن اختبارات التكسير الحراري (5 درجة مئوية إلى 2 كيلوهرتز عند 5 غرامات عشوائية) في حين يقيّد الحد الأدنى من الضوضاءات لكشف الحساسية الميكروفونية.

Environmental Stress Screening (ESS)

(ب) التدوير الحراري الغامض، الرطوبة (95 في المائة ر م عند 60 درجة مئوية)، والهتزازات المنخفضة المستوى في غرفة بيئية لكشف العيوب الصناعية المغلقة مثل شقق المبيعات أو الإنزال، وينبغي إجراء هذا الفحص على عينة من كل دفعة إنتاجية لضمان اتساق العمليات.

التحقق في الموقع

نشر الوحدة في بيئة معروفة (مثلاً لغم اختباري أو جهاز تشغيلي) لمدة ستة أشهر على الأقل، مقارنة بياناتها بنظام مرجعي للتحقق من الاستقرار الطويل الأجل، وإيلاء اهتمام خاص للانجراف أثناء تغيرات الحرارة وبعد أحداث يقظة شديدة، واستخدام النتائج في تعديل خوارزمية المعايرة أو تكييف المواصفات المتعلقة بعنصر الاحتباس الحراري.

Case Study: Deploying a Vibration Monitoring ADC Front End in a Shaft Mine

وكان تركيبها مؤخرا في منجم الفحم العميق يستعمل ١٦ طنا، ونقطة واحدة من طراز MSPS SAR ADC )AD7689( سبقها مرشح من نوع رابع منخفض الترسبات، مع قطع ١٠٠ كيلوهرتز، وكانت النهاية الأمامية قد أُصيبت في مجمع متعدد اليوريتان وأُقيمت في مسرد ثابت من الفولاذ غير ذي حاوية يبلغ طوله ٤٥ درجة مئوية.

الاتجاهات المستقبلية: الحوسبة المتطورة وأجهزة الاستشعار الذكية

ويتجه الاتجاه إلى التعدين وحفر النفط إلى أجهزة الاستشعار الذكية التي تجمع بين الطرف الأمامي للشركة وبين جهاز التحكم المصغر، والاتصالات اللاسلكية، وتجهيز البيانات المحلية.

خاتمة

ويقتضي تصميم نهاية قوية لإطار التعاون التقني فيما بين البلدان النامية لرصد البيئة القاسية في التعدين وحفر النفط اتباع نهج منهجي يعالج كل جانب من جوانب هيكل الدوائر إلى التغليف المادي، ويتمثل المأزق الرئيسي في أن تكون الموثوقية مصممة منذ البداية: اختيار عناصر من الدرجة الصناعية ذات درجات حرارة واسعة، وتنفيذ العزلة المجرية، وتوفير الحماية الدقيقة للمركب مع التصفيق أو التغليف الاصطناعي، والتحقق من التصميم عن طريق إجراء اختبارات المعجلة.