Sanoat avtomatlashtirishida Analog va Fieldbus aloqa tizimlari tushuntirildi

Sanoat avtomatlashtirishda Analog va Fieldbus tizimlari

Erta sanoat korxonalari butunlay qo'lda boshqarishga tayanardi, har bir jarayon bosqichi inson aralashuvini talab qilardi. Avtomatlashtirish rivojlanishi bilan pnevmatik va mexanik tizimlar asta-sekin elektron asbob-uskunalar bilan almashtirildi. Ushbu o'zgarish 4–20 mA tok aylanishi va 0–10 V DC signallari kabi standart analog signal diapazonlarini joriy qildi, ular bugungi kunda sanoat avtomatlashtirishda keng qo'llanilmoqda.

4–20 mA va Kuchlanish Signal Standartlari haqida umumiy ma'lumot

4–20 mA tok aylanishi jarayon nazorati uchun eng keng tarqalgan sanoat signal standartlaridan biridir. U “jonli nol” yondashuvini qo‘llaydi, bunda 4 mA minimal jarayon qiymatini, 20 mA esa maksimal qiymatini ifodalaydi. Ushbu dizayn muhandislarga ochiq zanjir kabi nosozliklarni tez aniqlashga yordam beradi, bunday holatda tok o'qishi nolga teng bo'ladi.

0–10 V DC kabi kuchlanishga asoslangan tizimlar qisqa masofali ilovalar uchun mos keladi. Biroq, kuchlanish signallari, ayniqsa uzoq kabel yo‘llarida, chiziq qarshiligi va kuchlanish tushishiga nisbatan sezgirroq. Ohm qonuniga ko‘ra, sim qarshiligi oshgani sayin kuchlanish kamayadi, shuning uchun uzoq masofaga uzatishda tokga asoslangan tizimlar barqarorroq hisoblanadi.

Ko‘pgina sanoat boshqaruv tizimlarida 4–20 mA signalini analog-raqamli aylantirish uchun PLC yoki RTU kirish bosqichida 250 Ω qarshilik ishlatiladi, bu signalni 1–5 V kirish diapazoniga aylantiradi.

1-rasm. Sanoat boshqaruv tizimlarida 4–20 mA tok aylanishi simlash.

Analog signallarning afzalliklari va cheklovlari

Analog signal tizimlari soddaligi va nosozliklarni aniqlash osonligi bilan ajralib turadi. Muhandislar standart asboblar yordamida tok aylanishini to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘lchashlari mumkin. Jonli nol kontseptsiyasi nosozliklarni aniqlashni yaxshilaydi, tizim esa ishlash sharoitida texnik xizmat ko‘rsatish uchun xavfsiz bo‘lib qoladi.

Biroq, analog tizimlar har bir signal nuqtasi uchun alohida simlashni talab qiladi. Bu o‘rnatish xarajatlarini oshiradi va katta avtomatlashtirish tizimlarida kengayish imkoniyatini kamaytiradi. Shuningdek, ular ilg‘or diagnostika imkoniyatlariga ega emas va qurilma holati yoki konfiguratsiya ma’lumotlarini uzata olmaydi.

Sanoat avtomatlashtirishda Fieldbus aloqa tizimi

Fieldbus tizimlari maydon qurilmalari va boshqaruv tizimlari o‘rtasida raqamli aloqa imkonini beradi. Foundation Fieldbus, HART va PROFIBUS kabi protokollar bir nechta qurilmalarning bitta aloqa tarmog‘ini bo‘lishishiga imkon beradi. Bu sanoat korxonalarida, ayniqsa ABB 800xA va AC 800M tizimlari kabi zamonaviy boshqaruv platformalarida simlash murakkabligini sezilarli darajada kamaytiradi.

Analog tizimlardan farqli o‘laroq, fieldbus tarmoqlari jarayon ma’lumotlari va diagnostika ma’lumotlarini uzatadi. Bu boshqaruv xonasidan masofadan konfiguratsiya, holat monitoringi va oldindan texnik xizmat ko‘rsatishni ta’minlaydi.

Oddiy amaliyotlarda qurilmalar trunk va spur topologiyasi yordamida ulanadi. Trunk asosiy aloqa orqa suyagi vazifasini bajaradi, spur esa alohida maydon asboblarini ulaydi.

2-rasm. Trunk va spur arxitekturasi yordamida fieldbus topologiyasi.

HART protokoli va gibrid aloqa

HART (Highway Addressable Remote Transducer) an’anaviy 4–20 mA aylanishlari ustiga raqamli signallarni qo‘shuvchi gibrid aloqa protokolidir. U analog signallarga aralashmasdan raqamli ma’lumotlarni uzatish uchun chastota o‘zgartirish kalitlash (Frequency Shift Keying) texnologiyasidan foydalanadi.

HART aloqa 1200 bps tezlikda yarim-dupleks rejimda ishlaydi va ikki chastotadan foydalanadi: mantiqiy “1” uchun 1200 Hz va mantiqiy “0” uchun 2200 Hz. Bu maydon qurilmalari va boshqaruv tizimlari o‘rtasida ikki tomonlama aloqa imkonini beradi.

3-rasm. HART aloqa tizimida master va maydon qurilmasi o‘rtasidagi aloqa.

Fieldbus va HART tizimlarining afzalliklari

Fieldbus va HART tizimlari an’anaviy analog aylanishlarga nisbatan sezilarli afzalliklarni taqdim etadi. Ular simlash talablarini kamaytiradi, masofadan konfiguratsiyani qo‘llab-quvvatlaydi va real vaqt diagnostikasini ta’minlaydi. Ushbu xususiyatlar texnik xizmat samaradorligini oshiradi va zamonaviy sanoat korxonalarida oldindan texnik xizmat ko‘rsatish strategiyalarini qo‘llab-quvvatlaydi.

Biroq, fieldbus tizimlari analog tizimlarga nisbatan murakkabroq konfiguratsiya va yuqori dastlabki muhandislik kuchini talab qiladi. Shunga qaramay, ular zamonaviy jarayon avtomatlashtirish muhitlarida standartga aylangan.

Sanoat signal tizimini tanlash

Hamma ilovalar uchun yagona eng yaxshi signal tizimi yo‘q. Sanoat korxonalari jarayon talablariga, masofaga va tizim murakkabligiga qarab analog va raqamli aloqa usullarining kombinatsiyasidan foydalanadi. Tanlov ishonchlilik, xarajat va diagnostika ehtiyojlariga bog‘liq.

Zamonaviy sanoat avtomatlashtirish tizimlari samaradorlikni oshirish uchun fieldbus aloqasini tobora ko‘proq integratsiya qilmoqda, shu bilan birga meros analog asbob-uskunalar bilan moslikni saqlab qolmoqda.

Muallif haqida

Lin Haibin sanoat avtomatlashtirish tizimlari, jumladan jarayon nazorati, asbob-uskunalar va sanoat aloqa protokollari haqida yozadi. U global avtomatlashtirish loyihalarida PLC, DCS va fieldbus tizimlarini integratsiyalashga e’tibor qaratadi.