Өнеркәсіптік автоматтандырудағы аналогтік және Fieldbus байланыс жүйелерінің айырмашылығы түсіндірілді

Өнеркәсіптік автоматтандырудағы аналогтық және Fieldbus жүйелері

Алғашқы өнеркәсіптік нысандар толығымен қолмен басқаруға сүйенді: процестің әрбір қадамы адамның араласуын талап етті. Автоматтандыру дами келе пневматикалық және механикалық жүйелер біртіндеп электрондық өлшеу құралдарымен алмастырылды. Бұл өзгеріс 4–20 мА ток ілмектері және 0–10 В тұрақты ток сигналдары сияқты стандартты аналогтық сигнал ауқымдарын енгізді. Олар бүгінде өнеркәсіптік автоматтандыруда кеңінен қолданылады.

4–20 мА және кернеу сигналдарының стандарттарына шолу

4–20 мА ток ілмегі процесті басқарудағы ең кең таралған өнеркәсіптік сигнал стандарттарының бірі болып қала береді. Ол «тірі нөл» қағидатын қолданады: 4 мА процестің ең төменгі мәнін, ал 20 мА ең жоғарғы мәнін білдіреді. Бұл тәсіл инженерлерге тізбектің үзілуі сияқты ақауларды жылдам анықтауға көмектеседі, өйткені мұндай жағдайда ток нөлге тең болады.

0–10 В тұрақты ток сияқты кернеуге негізделген жүйелер қысқа қашықтықтағы қолданбаларға қолайлы. Алайда кернеу сигналдары желі кедергісіне және кернеудің төмендеуіне, әсіресе кабель ұзындығы үлкен болғанда, сезімтал келеді. Ом заңына сәйкес сым кедергісі артқан сайын кернеу төмендейді, сондықтан ұзақ қашықтыққа беру үшін токқа негізделген жүйелер тұрақтырақ.

Өнеркәсіптік басқару жүйелерінің көпшілігінде PLC немесе RTU құрылғыларының кіріс сатысында 250 Ω резисторы қолданылады. Ол 4–20 мА сигналын аналогтан цифрлық түрлендіруге арналған 1–5 В кіріс ауқымына айналдырады.

1-сурет. Өнеркәсіптік басқару жүйелеріндегі 4–20 мА ток ілмегін жалғау.

Аналогтық сигналдардың артықшылықтары мен шектеулері

Аналогтық сигнал жүйелері қарапайым әрі ақауларды анықтауға қолайлы. Инженерлер стандартты өлшеу құралдары арқылы ілмектегі токты тікелей өлшей алады. «Тірі нөл» қағидаты ақауларды анықтауды жақсартады, ал жүйе жұмыс істеп тұрған жағдайда техникалық қызмет көрсету үшін қауіпсіз болып қала береді.

Алайда аналогтық жүйелер әрбір сигнал нүктесі үшін бөлек сымдарды қажет етеді. Бұл орнату құнын арттырып, ірі автоматтандыру жүйелерінің масштабталуын төмендетеді. Сонымен қатар олардың кеңейтілген диагностикалық мүмкіндіктері жоқ және құрылғы күйі немесе конфигурация деректерін жібере алмайды.

Өнеркәсіптік автоматтандырудағы Fieldbus байланысы

Fieldbus жүйелері далалық құрылғылар мен басқару жүйелері арасында цифрлық байланысты қамтамасыз етеді. Foundation Fieldbus, HART және PROFIBUS сияқты хаттамалар бірнеше құрылғыға бір байланыс желісін ортақ пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл өнеркәсіптік зауыттардағы сымдар жүйесінің күрделілігін едәуір азайтады, әсіресе ABB 800xA & AC 800M жүйелері сияқты заманауи басқару платформаларында.

Аналогтық жүйелерден айырмашылығы, Fieldbus желілері процестік деректермен қатар диагностикалық ақпаратты да жібереді. Бұл басқару бөлмесінен қашықтан конфигурациялауға, күйді бақылауға және болжамды техникалық қызмет көрсетуге мүмкіндік береді.

Әдеттегі іске асыруларда құрылғылар магистраль және тармақ топологиясы арқылы қосылады. Магистраль негізгі байланыс арқауы қызметін атқарады, ал тармақтар жеке далалық өлшеу құралдарын жалғайды.

2-сурет. Магистраль және тармақ архитектурасы қолданылған Fieldbus топологиясы.

HART хаттамасы және гибридті байланыс

HART (Highway Addressable Remote Transducer) — дәстүрлі 4–20 мА ілмектерінің үстіне цифрлық сигналдарды қабаттастыратын гибридті байланыс хаттамасы. Ол аналогтық сигналдарға кедергі келтірмей, цифрлық ақпаратты беру үшін жиілікті ығыстыру арқылы пернелеу әдісін қолданады.

HART байланысы екі жиілікті пайдаланып, жартылай дуплексті режимде 1200 бит/с жылдамдықпен жұмыс істейді: логикалық «1» үшін 1200 Гц және логикалық «0» үшін 2200 Гц. Бұл далалық құрылғылар мен басқару жүйелері арасында екі бағытты байланыс орнатуға мүмкіндік береді.

3-сурет. Басты құрылғы мен далалық құрылғы арасындағы HART байланысы.

Fieldbus және HART жүйелерінің артықшылықтары

Fieldbus және HART жүйелері дәстүрлі аналогтық ілмектермен салыстырғанда айтарлықтай артықшылықтар ұсынады. Олар сымдарға қойылатын талаптарды азайтады, қашықтан конфигурациялауды қолдайды және нақты уақыттағы диагностиканы қамтамасыз етеді. Бұл мүмкіндіктер техникалық қызмет көрсету тиімділігін арттырып, заманауи өнеркәсіптік зауыттарда болжамды қызмет көрсету стратегияларын қолдайды.

Алайда Fieldbus жүйелері аналогтық жүйелерге қарағанда күрделірек конфигурацияны және бастапқы инженерлік жұмыстарға көбірек күш жұмсауды талап етеді. Соған қарамастан олар қазіргі процестік автоматтандыру орталарында стандартқа айналды.

Өнеркәсіптік сигнал жүйесін таңдау

Барлық қолданбаларға бірдей қолайлы жалғыз сигнал жүйесі жоқ. Өнеркәсіптік нысандар процестің талаптарына, қашықтыққа және жүйенің күрделілігіне қарай аналогтық және цифрлық байланыс әдістерін бірге қолданады. Таңдау сенімділікке, құнға және диагностикалық қажеттіліктерге байланысты.

Заманауи өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелері тиімділікті арттыру үшін Fieldbus байланысын барған сайын көбірек біріктіруде, сонымен бірге бұрыннан бар аналогтық өлшеу құралдарымен үйлесімділікті сақтайды.

Автор туралы

Lin Haibin процесті басқару, өлшеу құралдары және өнеркәсіптік байланыс хаттамаларын қоса алғанда, өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелері туралы жазады. Ол жаһандық автоматтандыру жобаларында PLC, DCS және Fieldbus жүйелерін біріктіруге назар аударады.