Sanoat avtomatlashtirishida analog va Fieldbus aloqa tizimlari tushuntirildi
Ushbu maqolada sanoat avtomatlashtirishidagi analog signal tizimlari va fieldbus aloqasi tushuntirilib, 4–20 mA konturlari Foundation Fieldbus va HART kabi raqamli protokollar bilan taqqoslanadi.
Sanoat avtomatizatsiyasida analog va Fieldbus tizimlari
Dastlabki sanoat korxonalari to‘liq qo‘lda boshqarilgan bo‘lib, jarayonning har bir bosqichi inson aralashuvini talab qilgan. Avtomatizatsiya rivojlanishi bilan pnevmatik va mexanik tizimlar asta-sekin elektron o‘lchov asboblari bilan almashtirildi. Ushbu o‘tish natijasida 4–20 mA tok halqalari va 0–10 V DC signallari kabi standart analog signal diapazonlari joriy etildi; ular bugungi kunda ham sanoat avtomatizatsiyasida keng qo‘llanadi.
4–20 mA va kuchlanish signali standartlariga umumiy nuqtayi nazar
4–20 mA tok halqasi jarayonlarni boshqarish uchun eng keng tarqalgan sanoat signal standartlaridan biri bo‘lib qolmoqda. Unda “faol nol” yondashuvi qo‘llanadi: 4 mA jarayon qiymatining minimalini, 20 mA esa maksimalini ifodalaydi. Bu tuzilma muhandislarga ochiq zanjir kabi nosozliklarni tezda aniqlashga yordam beradi, chunki bunday holatda tok qiymati nolga teng bo‘ladi.
0–10 V DC kabi kuchlanishga asoslangan tizimlar qisqa masofali qo‘llanmalar uchun mos keladi. Biroq kuchlanish signallari, ayniqsa uzun kabel liniyalarida, liniya qarshiligi va kuchlanish pasayishiga sezgirroq bo‘ladi. Om qonuniga ko‘ra, sim qarshiligi oshgani sari kuchlanish kamayadi, shu sababli tokka asoslangan tizimlar uzoq masofaga uzatishda barqarorroq hisoblanadi.
Aksariyat sanoat boshqaruv tizimlarida 4–20 mA signalini analog-raqamli o‘zgartirish uchun PLC yoki RTU qurilmalarining kirish bosqichida 250 Ω rezistor ishlatiladi; u signalni 1–5 V kirish diapazoniga aylantiradi.
1-rasm. Sanoat boshqaruv tizimlarida 4–20 mA tok halqasining ulanishi.
Analog signallarning afzalliklari va cheklovlari
Analog signal tizimlari soddaligi va nosozliklarni aniqlash qulayligi bilan ajralib turadi. Muhandislar standart o‘lchov asboblari yordamida halqa tokini bevosita o‘lchashlari mumkin. Faol nol konsepsiyasi nosozliklarni aniqlashni yaxshilaydi, tizim esa ish sharoitida texnik xizmat ko‘rsatish uchun xavfsiz bo‘lib qoladi.
Biroq analog tizimlarda har bir signal nuqtasi uchun alohida simlar talab qilinadi. Bu o‘rnatish xarajatlarini oshiradi va yirik avtomatizatsiya tizimlarida kengaytirish imkoniyatini kamaytiradi. Shuningdek, ularda ilg‘or diagnostika imkoniyatlari mavjud emas va qurilmaning holati yoki konfiguratsiyasi haqidagi ma’lumotlarni uzata olmaydi.
Sanoat avtomatizatsiyasida Fieldbus aloqasi
Fieldbus tizimlari dala qurilmalari va boshqaruv tizimlari o‘rtasida raqamli aloqani ta’minlaydi. Foundation Fieldbus, HART va PROFIBUS kabi protokollar bir nechta qurilmaga yagona aloqa tarmog‘idan foydalanish imkonini beradi. Bu sanoat korxonalarida, ayniqsa ABB 800xA & AC 800M tizimlari kabi zamonaviy boshqaruv platformalarida, simlar tuzilmasini sezilarli darajada soddalashtiradi.
Analog tizimlardan farqli ravishda, Fieldbus tarmoqlari jarayon ma’lumotlari bilan birga diagnostika axborotini ham uzatadi. Bu boshqaruv xonasidan turib masofadan konfiguratsiya qilish, holatni kuzatish va oldindan texnik xizmat ko‘rsatish imkonini beradi.
Odatdagi yechimlarda qurilmalar magistral va tarmoqlanishlardan iborat topologiya yordamida ulanadi. Magistral asosiy aloqa tayanchi vazifasini bajaradi, tarmoqlanishlar esa alohida dala asboblarini ulaydi.
2-rasm. Magistral va tarmoqlanish arxitekturasidan foydalanadigan Fieldbus topologiyasi.
HART protokoli va gibrid aloqa
HART (Highway Addressable Remote Transducer) — an’anaviy 4–20 mA halqalar ustiga raqamli signallarni qo‘shadigan gibrid aloqa protokoli. U analog signallarga xalaqit bermasdan raqamli ma’lumotlarni uzatish uchun chastota siljitish manipulyatsiyasidan foydalanadi.
HART aloqasi ikki chastotadan foydalangan holda 1200 bit/s tezlikda yarim dupleks rejimida ishlaydi: mantiqiy “1” uchun 1200 Hz, mantiqiy “0” uchun esa 2200 Hz. Bu dala qurilmalari va boshqaruv tizimlari o‘rtasida ikki tomonlama aloqa qilish imkonini beradi.
3-rasm. Master va dala qurilmasi o‘rtasidagi HART aloqasi.
Fieldbus va HART tizimlarining afzalliklari
Fieldbus va HART tizimlari an’anaviy analog halqalarga nisbatan sezilarli afzalliklarni taqdim etadi. Ular simlar sonini kamaytiradi, masofadan konfiguratsiya qilishni qo‘llab-quvvatlaydi va real vaqt rejimida diagnostikani ta’minlaydi. Bu imkoniyatlar texnik xizmat ko‘rsatish samaradorligini oshiradi hamda zamonaviy sanoat korxonalarida oldindan texnik xizmat ko‘rsatish strategiyalarini qo‘llab-quvvatlaydi.
Biroq Fieldbus tizimlari analog tizimlarga qaraganda murakkabroq konfiguratsiya va dastlabki muhandislik ishlariga ko‘proq mablag‘ talab qiladi. Shunga qaramay, ular zamonaviy jarayon avtomatizatsiyasi muhitida standartga aylandi.
Sanoat signal tizimini tanlash
Barcha qo‘llanmalar uchun yagona eng yaxshi signal tizimi mavjud emas. Sanoat korxonalarida jarayon talablari, masofa va tizim murakkabligiga qarab analog hamda raqamli aloqa usullarining kombinatsiyasi ko‘pincha qo‘llanadi. Tanlov ishonchlilik, xarajat va diagnostika ehtiyojlariga bog‘liq.
Zamonaviy sanoat avtomatizatsiyasi tizimlari eski analog o‘lchov asboblari bilan moslikni saqlagan holda samaradorlikni oshirish uchun Fieldbus aloqasini tobora ko‘proq integratsiya qilmoqda.
Muallif haqida
Lin Haibin sanoat avtomatizatsiyasi tizimlari, jumladan jarayonlarni boshqarish, o‘lchov asboblari va sanoat aloqa protokollari haqida yozadi. U global avtomatizatsiya loyihalarida PLC, DCS va Fieldbus tizimlarini integratsiya qilishga ixtisoslashgan.