Өнеркәсіптік автоматтандыруда аналогтық және Fieldbus байланыс жүйелері түсіндірілді

Өнеркәсіптік автоматтандыруда аналогтық және Fieldbus жүйелері

Ерте өнеркәсіптік нысандар толығымен қолмен басқаруға негізделген, әрбір процесс қадамы адам араласуын талап ететін. Автоматтандыру дамыған сайын, пневматикалық және механикалық жүйелер біртіндеп электрондық аспаптармен ауыстырылды. Бұл ауысу 4–20 мА ток шеңберлері және 0–10 В тұрақты ток сигналдары сияқты стандартты аналогтық сигнал диапазондарын енгізді, олар бүгінгі күнге дейін өнеркәсіптік автоматтандыруда кеңінен қолданылады.

4–20 мА және кернеу сигнал стандарттарына шолу

4–20 мА ток шеңбері процесс бақылауда ең көп таралған өнеркәсіптік сигнал стандарттарының бірі болып табылады. Ол «тірі нөл» әдісін қолданады, мұнда 4 мА минималды процесс мәнін, ал 20 мА максималды мәнін білдіреді. Бұл дизайн инженерлерге ашық тізбек сияқты ақауларды жылдам анықтауға көмектеседі, себебі олар нөлдік ток көрсетеді.

0–10 В тұрақты ток сияқты кернеуге негізделген жүйелер қысқа қашықтықтағы қолданбаларға жарамды. Алайда, кернеу сигналдары сымның кедергісі мен кернеу төмендеуіне сезімтал, әсіресе ұзақ кабельдерде. Оhm заңы бойынша, сымның кедергісі артқан сайын кернеу төмендейді, сондықтан токқа негізделген жүйелер ұзақ қашықтыққа берілу үшін тұрақтырақ болады.

Көптеген өнеркәсіптік басқару жүйелерінде PLC немесе RTU кіріс сатысында 4–20 мА сигналын аналогтық-сандық түрлендіру үшін 1–5 В кіріс диапазонына айналдыру мақсатында 250 Ω резистор қолданылады.

1-сурет. Өнеркәсіптік басқару жүйелеріндегі 4–20 мА ток шеңберінің сымдары.

Аналогтық сигналдардың артықшылықтары мен шектеулері

Аналогтық сигнал жүйелері қарапайымдылық пен ақауларды анықтаудың жеңілдігін ұсынады. Инженерлер стандартты аспаптар арқылы тізбек токын тікелей өлшей алады. Тірі нөл концепциясы ақауларды анықтауды жақсартады, ал жүйе жұмыс жағдайында техникалық қызмет көрсету үшін қауіпсіз болып қалады.

Дегенмен, аналогтық жүйелер әрбір сигнал нүктесіне арналған жеке сымдарды талап етеді. Бұл орнату шығынын арттырады және үлкен автоматтандыру жүйелерінде масштабталуын төмендетеді. Олар сондай-ақ жетілдірілген диагностикалық мүмкіндіктерге ие емес және құрылғының күйі немесе конфигурация деректерін бере алмайды.

Өнеркәсіптік автоматтандыруда Fieldbus байланысы

Fieldbus жүйелері өріс құрылғылары мен басқару жүйелері арасында сандық байланыс енгізеді. Foundation Fieldbus, HART және PROFIBUS сияқты протоколдар бірнеше құрылғыны бір байланыс желісінде біріктіруге мүмкіндік береді. Бұл өнеркәсіптік зауыттардағы сымдарды күрделілігін айтарлықтай азайтады, әсіресе ABB 800xA және AC 800M жүйелері сияқты заманауи басқару платформаларында.

Аналогтық жүйелерден айырмашылығы, fieldbus желілері процесс деректері мен диагностикалық ақпаратты бірге жібереді. Бұл басқару бөлмесінен қашықтан конфигурациялау, күйді бақылау және алдын ала техникалық қызмет көрсетуге мүмкіндік береді.

Қолдануда құрылғылар trunk-and-spur топологиясы бойынша қосылады. Trunk негізгі байланыс омыртқасы ретінде қызмет етеді, ал spur жеке өріс аспаптарын қосады.

2-сурет. Trunk және spur архитектурасын қолданатын Fieldbus топологиясы.

HART протоколы және гибридті байланыс

HART (Highway Addressable Remote Transducer) – дәстүрлі 4–20 мА шеңберлерінің үстіне сандық сигналдарды қосатын гибридті байланыс протоколы. Ол аналогтық сигналдарға кедергі келтірмей сандық ақпаратты беру үшін жиілік ауыстыру әдісін қолданады.

HART байланысы жартылай дуплекс режимінде 1200 бпс жылдамдықпен жұмыс істейді, екі жиілікті пайдаланады: 1200 Гц логикалық «1» және 2200 Гц логикалық «0». Бұл өріс құрылғылары мен басқару жүйелері арасында екі жақты байланыс орнатуға мүмкіндік береді.

3-сурет. HART байланысы – мастер мен өріс құрылғысы арасындағы байланыс.

Fieldbus және HART жүйелерінің артықшылықтары

Fieldbus және HART жүйелері дәстүрлі аналогтық шеңберлерге қарағанда айтарлықтай артықшылықтар береді. Олар сымдарды азайтады, қашықтан конфигурациялауды қолдайды және нақты уақыттағы диагностикаға мүмкіндік береді. Бұл мүмкіндіктер техникалық қызмет көрсетуді тиімдірек етеді және заманауи өнеркәсіптік зауыттарда алдын ала техникалық қызмет көрсету стратегияларын қолдайды.

Дегенмен, fieldbus жүйелерін конфигурациялау күрделірек және бастапқы инженерлік күш-жігерді көп талап етеді. Соған қарамастан, олар қазіргі заманғы процесс автоматтандыру орталарында стандартқа айналды.

Өнеркәсіптік сигнал жүйесін таңдау

Барлық қолданбаларға арналған бір ғана ең жақсы сигнал жүйесі жоқ. Өнеркәсіптік нысандар көбінесе процесс талаптарына, қашықтыққа және жүйе күрделілігіне байланысты аналогтық және сандық байланыс әдістерінің комбинациясын пайдаланады. Таңдау сенімділікке, шығынға және диагностикалық қажеттіліктерге байланысты.

Қазіргі заманғы өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелері тиімділікті арттыру үшін fieldbus байланысын кеңінен енгізіп, сонымен қатар мұра аналогтық аспаптармен үйлесімділікті сақтайды.

Автор туралы

Лин Хайбин өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелері, оның ішінде процесс бақылау, аспаптандыру және өнеркәсіптік байланыс протоколдары туралы жазады. Ол PLC, DCS және fieldbus жүйелерін жаһандық автоматтандыру жобаларында біріктіруге назар аударады.