Sənaye avtomatlaşdırılmasında analoq və Fieldbus rabitə sistemləri izah olunur

Sənaye avtomatlaşdırmasında analoq və Fieldbus sistemləri

İlk sənaye müəssisələri tamamilə əl ilə idarəetməyə əsaslanırdı və hər bir proses mərhələsi insan müdaxiləsi tələb edirdi. Avtomatlaşdırma inkişaf etdikcə pnevmatik və mexaniki sistemlər tədricən elektron cihazlarla əvəz olundu. Bu keçid 4–20 mA cərəyan dövrələri və 0–10 V DC siqnalları kimi standart analoq siqnal diapazonlarını tətbiq etdi və onlar bu gün də sənaye avtomatlaşdırmasında geniş istifadə olunur.

4–20 mA və gərginlik siqnalı standartlarına ümumi baxış

4–20 mA cərəyan dövrəsi prosesə nəzarət üçün ən geniş yayılmış sənaye siqnal standartlarından biri olaraq qalır. Bu standartda “canlı sıfır” yanaşmasından istifadə olunur: 4 mA proses dəyərinin minimumunu, 20 mA isə maksimumunu göstərir. Bu quruluş mühəndislərə sıfır cərəyan göstəricisi ilə nəticələnən açıq dövrə kimi nasazlıqları tez müəyyən etməyə kömək edir.

0–10 V DC kimi gərginlik əsaslı sistemlər qısa məsafəli tətbiqlər üçün uyğundur. Lakin gərginlik siqnalları, xüsusilə uzun kabel xətlərində, xətt müqavimətinə və gərginlik düşümünə daha həssasdır. Om qanununa görə naqilin müqaviməti artdıqca gərginlik azalır və bu səbəbdən uzun məsafələrə ötürmə üçün cərəyan əsaslı sistemlər daha sabitdir.

Əksər sənaye idarəetmə sistemlərində 4–20 mA siqnalını analoq-rəqəm çevrilməsi üçün PLC-lərin və ya RTU-ların giriş mərhələsində 1–5 V giriş diapazonuna çevirmək məqsədilə 250 Ω rezistordan istifadə olunur.

Şəkil 1. Sənaye idarəetmə sistemlərində 4–20 mA cərəyan dövrəsinin naqillənməsi.

Analoq siqnalların üstünlükləri və məhdudiyyətləri

Analoq siqnal sistemləri sadəlik və nasazlıqların asan müəyyənləşdirilməsi üstünlüklərini təmin edir. Mühəndislər standart ölçü cihazlarından istifadə etməklə dövrə cərəyanını birbaşa ölçə bilərlər. Canlı sıfır konsepsiyası nasazlıqların aşkarlanmasını yaxşılaşdırır və sistemin istismar şəraitində texniki xidmət üçün təhlükəsiz qalmasını təmin edir.

Lakin analoq sistemlər hər bir siqnal nöqtəsi üçün ayrıca naqillənmə tələb edir. Bu, iri avtomatlaşdırma sistemlərində quraşdırma xərclərini artırır və miqyaslana bilməni azaldır. Bundan əlavə, həmin sistemlərdə qabaqcıl diaqnostika imkanları yoxdur və onlar cihazın vəziyyəti və ya konfiqurasiya məlumatlarını ötürə bilmirlər.

Sənaye avtomatlaşdırmasında Fieldbus rabitəsi

Fieldbus sistemləri sahə cihazları ilə idarəetmə sistemləri arasında rəqəmsal rabitə yaradır. Foundation Fieldbus, HART və PROFIBUS kimi protokollar bir neçə cihazın vahid rabitə şəbəkəsini paylaşmasına imkan verir. Bu, sənaye müəssisələrində, xüsusilə ABB 800xA & AC 800M sistemləri kimi müasir idarəetmə platformalarında naqillənmənin mürəkkəbliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.

Analoq sistemlərdən fərqli olaraq, Fieldbus şəbəkələri həm proses məlumatlarını, həm də diaqnostika informasiyasını ötürür. Bu, idarəetmə otağından uzaqdan konfiqurasiya, vəziyyətin monitorinqi və proqnozlaşdırıcı texniki xidmət imkanlarını yaradır.

Tipik tətbiqlərdə cihazlar magistral və budaq topologiyasından istifadə etməklə birləşdirilir. Magistral əsas rabitə dayağı rolunu oynayır, budaqlar isə ayrı-ayrı sahə cihazlarını birləşdirir.

Şəkil 2. Magistral və budaq arxitekturasından istifadə edən Fieldbus topologiyası.

HART protokolu və hibrid rabitə

HART (Highway Addressable Remote Transducer) ənənəvi 4–20 mA dövrələrinin üzərinə rəqəmsal siqnallar əlavə edən hibrid rabitə protokoludur. O, analoq siqnallara müdaxilə etmədən rəqəmsal məlumatları ötürmək üçün tezlik sürüşdürmə ilə kodlaşdırmadan istifadə edir.

HART rabitəsi iki tezlikdən istifadə etməklə 1200 bps sürətində yarımdupleks rejimdə işləyir: məntiqi “1” üçün 1200 Hz, məntiqi “0” üçün isə 2200 Hz. Bu, sahə cihazları ilə idarəetmə sistemləri arasında ikitərəfli rabitəyə imkan verir.

Şəkil 3. Magistral cihazla sahə cihazı arasında HART rabitəsi.

Fieldbus və HART sistemlərinin üstünlükləri

Fieldbus və HART sistemləri ənənəvi analoq dövrələri ilə müqayisədə əhəmiyyətli üstünlüklər təmin edir. Onlar naqillənmə tələblərini azaldır, uzaqdan konfiqurasiyanı dəstəkləyir və real vaxt rejimində diaqnostikaya imkan verir. Bu xüsusiyyətlər texniki xidmətin səmərəliliyini artırır və müasir sənaye müəssisələrində proqnozlaşdırıcı texniki xidmət strategiyalarını dəstəkləyir.

Lakin Fieldbus sistemləri analoq sistemlərlə müqayisədə daha mürəkkəb konfiqurasiya və daha çox ilkin mühəndislik işi tələb edir. Buna baxmayaraq, onlar müasir proses avtomatlaşdırması mühitlərində standart halına gəlib.

Sənaye siqnal sisteminin seçilməsi

Bütün tətbiqlər üçün vahid ən yaxşı siqnal sistemi yoxdur. Sənaye müəssisələri proses tələblərindən, məsafədən və sistemin mürəkkəbliyindən asılı olaraq çox vaxt analoq və rəqəmsal rabitə üsullarının kombinasiyasından istifadə edir. Seçim etibarlılıq, xərc və diaqnostika tələblərindən asılıdır.

Müasir sənaye avtomatlaşdırma sistemləri köhnə analoq cihazlarla uyğunluğu qoruyaraq səmərəliliyi artırmaq üçün Fieldbus rabitəsini getdikcə daha çox inteqrasiya edir.

Müəllif haqqında

Lin Haibin prosesə nəzarət, cihazlaşdırma və sənaye rabitəsi protokolları da daxil olmaqla sənaye avtomatlaşdırma sistemləri haqqında yazır. O, qlobal avtomatlaşdırma layihələrində PLC, DCS və Fieldbus sistemlərinin inteqrasiyasına diqqət yetirir.