آیا فرستنده‌های هوشمند می‌توانند به صورت دیجیتالی با سیستم‌های DCS ارتباط برقرار کنند؟

در حوزه ابزار دقیق، دانش نظری مانند آچار در دست شماست—ممکن است چشمگیر به نظر نرسد، اما وقتی در یک لحظه حساس به شما کمک نکند، دچار مشکل می‌شوید! چه در حال مطالعه برای یک گواهینامه پایه باشید و چه فقط سعی دارید یک پایه محکم برای کار روزانه بسازید، آن نمودارهای مدار، اصول سنسور و منطق عیب‌یابی، مهره‌های سرسختی هستند که اجتناب‌ناپذیرند.

این مجموعه به طور مداوم به روز می‌شود. دنبال کردن این مجموعه به شما کمک می‌کند تا با آن چالش‌های نظری مقابله کنید و در عین حال زمینه را برای عملیات عملی فراهم کنید. حتی اگر فقط در اوقات فراغت خود چند نکته را مرور کنید، به تدریج یک پایه محکم ایجاد خواهید کرد. برای کسانی که می‌خواهند از انحراف‌ها اجتناب کنند و به سرعت شکاف‌های دانش را شناسایی کنند، بیایید با هم کار کنیم تا مبانی نظری خود را تقویت کنیم تا بتوانیم با اطمینان بیشتری کار کنیم!

چرا برخی از شرکت‌ها چندین سری از فرستنده‌های هوشمند را ارائه می‌دهند؟

فرستنده‌های هوشمند دقت بالایی دارند. با این حال، در تشخیص و کنترل فرآیند تولید، مواقعی وجود دارد که دقت بسیار بالای ابزار ضروری نیست—فقط عملکرد پایدار و اندازه‌گیری نسبتاً دقیق مورد نیاز است.

به همین دلیل، در حالی که شرکت‌های زیادی فرستنده‌های هوشمند با عملکرد بالا و گران‌قیمت را توسعه می‌دهند، فرستنده‌های هوشمند اقتصادی با عملکرد کمتر و قیمت پایین‌تر نیز تولید می‌کنند. نمونه‌هایی از این موارد عبارتند از: ST3000/100 (با عملکرد بالا) و ST3000/900 (اقتصادی) از Honeywell، 3051C و 1151S از Rosemount، و FCX-A/AX (با عملکرد بالا) و FCX-C (اقتصادی) از Fuji. در سیستم‌هایی که فرستنده‌های اقتصادی نیازها را برآورده می‌کنند، انتخاب آن‌ها می‌تواند هزینه‌های سرمایه‌گذاری را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

آیا فرستنده‌های هوشمند می‌توانند به صورت دیجیتالی با سیستم‌های DCS ارتباط برقرار کنند؟

اینکه آیا یک فرستنده هوشمند می‌تواند به صورت دیجیتالی با یک DCS ارتباط برقرار کند یا خیر، به شرایط خاص بستگی دارد:

① اگر فرستنده هوشمند و DCS از یک پروتکل ارتباطی استفاده کنند، ارتباط دیجیتال از نظر تئوری امکان‌پذیر است، اما در عمل، اغلب توافق‌نامه‌های اضافی مورد نیاز است—در غیر این صورت، ارتباط برقرار نخواهد شد. حتی بین فرستنده‌های هوشمند و DCS خود یک شرکت، به عنوان مثال: DCS TDC-3000 از Honeywell (با استفاده از پروتکل DE) و فرستنده‌های هوشمند ST3000 می‌توانند فقط در صورتی ارتباط برقرار کنند که TDC-3000 به یک کارت هوشمند (STI) مجهز باشد؛ اگر دارای یک کارت آنالوگ 4~20mA (کارت ورودی سطح بالا) باشد، فقط انتقال سیگنال آنالوگ 4~20mA یک طرفه امکان‌پذیر است، نه ارتباط دیجیتال. به طور مشابه، DCS CENTUM XL از Yokogawa (پشتیبانی از پروتکل HART) فقط می‌تواند با فرستنده‌های هوشمند EJA خود کار کند و حتی در این صورت، یک کارت تشخیص دیجیتال (ESC) باید در سیستم نصب شود—در غیر این صورت، فقط مقادیر آنالوگ 4~20mA قابل انتقال است.

② در حالی که گزارش شده است که سیستم‌ها و فرستنده‌های هوشمند از شرکت‌های مختلف می‌توانند به صورت دیجیتالی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند اگر از یک پروتکل مشترک استفاده کنند، این امر در عمل به ندرت قابل دستیابی است.

هر دو فرستنده هوشمند Fuji و Rosemount با پروتکل HART مطابقت دارند، پس چرا ترمینال‌های دستی Rosemount می‌توانند فرستنده‌های Fuji را برنامه‌ریزی و پیکربندی کنند، اما ترمینال‌های دستی Fuji نمی‌توانند همین کار را برای فرستنده‌های Rosemount انجام دهند؟

پروتکل ارتباطی HART در درجه اول توسط Rosemount توسعه داده شد. هنگامی که شرکت‌های ابزار دقیق برای اولین بار فرستنده‌های هوشمند را توسعه دادند، HART هنوز به یک استاندارد واحد تبدیل نشده بود، بنابراین هر شرکت محصولاتی را مطابق با پروتکل‌های ارتباطی خود توسعه داد. پس از اینکه HART به یک استاندارد صنعتی واحد تبدیل شد، بسیاری از شرکت‌های ابزار دقیق فقط از طریق روش‌های تبدیل با آن سازگار شدند. بنابراین، ارتباط‌دهنده دستی 275 Rosemount می‌تواند فرستنده‌های هوشمند FCX-A/C Fuji را راه‌اندازی کند—اما برای شناسایی صحیح مدل‌های محصول Fuji، 275 باید با فایل‌های پشتیبانی ویژه‌ای که توسط Fuji توسعه یافته‌اند، بارگیری شود. این امر در مورد عملکرد Rosemount در مورد سایر فرستنده‌های سازگار با HART نیز صدق می‌کند. در مورد ترمینال‌های دستی شرکت‌های دیگر (به عنوان مثال، FXW Fuji، BT200 Yokogawa)، آن‌ها نمی‌توانند فرستنده‌های هوشمند 3051C Rosemount را راه‌اندازی کنند، و همچنین نمی‌توانند با یکدیگر یا سایر فرستنده‌های پشتیبانی شده توسط HART ارتباط برقرار کنند.

وقتی محدوده عملیاتی واقعی یک فرستنده، حداکثر محدوده آن نیست، آیا هنوز می‌توان دقت آن را تضمین کرد؟

فرستنده‌های جدید امکان تنظیم محدوده را با توجه به نیازهای استفاده فراهم می‌کنند. این محدوده می‌تواند حداکثر محدوده یا یک محدوده کوچکتر باشد، اما نمی‌تواند خیلی کوچک باشد—فراتر از یک نقطه خاص، دقت کاهش می‌یابد.

برای یک فرستنده فشار دیفرانسیل کلاس 0.065، رابطه بین دقت و محدوده عملیاتی به طور کلی با فرمول زیر بیان می‌شود:

برای یک فرستنده فشار دیفرانسیل با حداکثر محدوده 100kPa، x = 10kPa؛ برای یک فرستنده با حداکثر محدوده 0~10kPa، x = 3kPa.

سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO) یک اصطلاح جدید تعریف می‌کند: "قابلیت محدوده"، که نسبت "مقدار حداکثر محدوده بالایی" به "مقدار حداقل محدوده بالایی" است.

تولیدکنندگان تضمین می‌کنند که برای یک فرستنده فشار دیفرانسیل با حداکثر محدوده 100kPa، قابلیت محدوده بالایی 10 است؛ اگر محدوده زیر 10kPa باشد، دقت به زیر 0.065٪ کاهش می‌یابد. برای یک فرستنده با حداکثر محدوده 10kPa، قابلیت محدوده بالایی 3.3 است؛ اگر محدوده زیر 3kPa باشد، دقت به زیر 0.065٪ کاهش می‌یابد.

درست یا غلط: از آنجایی که نقطه صفر (از جمله جابجایی صفر مثبت/منفی) و محدوده فرستنده‌های هوشمند را می‌توان از طریق یک ارتباط‌دهنده دستی تنظیم و اصلاح کرد، نیازی به کالیبره کردن آن‌ها با استفاده از سیگنال‌های فشار نیست.

غلط. در حالی که درست است که نقطه صفر (از جمله جابجایی صفر مثبت/منفی) و محدوده فرستنده‌های هوشمند را می‌توان از طریق یک ارتباط‌دهنده دستی تنظیم/اصلاح کرد—که به اپراتورها اجازه می‌دهد محدوده اندازه‌گیری را از راه دور تنظیم کنند بدون اینکه در محل حضور داشته باشند، که برای پاسخگویی سریع به نیازهای تولید، کاهش شدت کار و به ویژه در مناطق سمی یا مرتفع که دسترسی به آن‌ها دشوار است، مفید است—صحت تنظیمات از راه دور را نمی‌توان از طریق ارتباط‌دهنده دستی به تنهایی تأیید یا تنظیم کرد. فقط با اعمال فشار واقعی و مقایسه آن با نشانگر ابزار می‌توان به نقاط صفر و محدوده‌های اندازه‌گیری دقیق دست یافت. بنابراین، فرستنده‌های هوشمند هنوز به کالیبراسیون با استفاده از فشار نیاز دارند.

با این حال، از آنجایی که فرستنده‌های هوشمند بر اساس ریزپردازنده‌ها با عملکردهای خود تشخیصی هستند، حتی بدون اعمال فشار واقعی، انحرافات تنظیم حداقل هستند. به طور معمول، اگر یک فرستنده هوشمند در ابتدا واجد شرایط بود، باید پس از تنظیمات صفر و محدوده از طریق یک ارتباط‌دهنده دستی، واجد شرایط باقی بماند—هر خطایی که از مشخصات فراتر رود، کوچک خواهد بود، و با توجه به دقت بالای این فرستنده‌ها، انحرافات جزئی بر استفاده تأثیری نخواهد داشت. اما اگر یک فرستنده در ابتدا فاقد صلاحیت بود، تنظیم محدوده آن را واجد شرایط نمی‌کند؛ کالیبراسیون قبل از استفاده ضروری است.

فرستنده‌های هوشمند چه زمانی معرفی شدند و ویژگی‌های آن‌ها چیست؟

در اوایل دهه 1980، Honeywell (ایالات متحده آمریکا) برای اولین بار سری ST3000 از فرستنده‌های فشار هوشمند را راه‌اندازی کرد—یک محصول طبیعی از پیشرفت‌های فناوری‌های کامپیوتر و ارتباطات. اندکی پس از آن، سایر شرکت‌های ابزار دقیق جهانی فرستنده‌های هوشمند مشابهی را معرفی کردند. این ابزارها ویژگی‌های زیر را به اشتراک می‌گذارند:

① علاوه بر عناصر حسگر فشار (فشار دیفرانسیل)، اجزای تشخیص آن‌ها معمولاً شامل عناصر حسگر دما نیز می‌شود. با استفاده از پردازش سیستم‌های میکرو-الکترومکانیکی (MEMS)، مدارهای مجتمع با کاربرد خاص با مقیاس فوق‌العاده بزرگ و فناوری نصب سطحی، این ابزارها دارای ساختارهای فشرده، قابلیت اطمینان بالا و اندازه‌های کوچک هستند.

② فرستنده‌های هوشمند دقت بالایی (به طور کلی ±0.1٪ تا ±0.2٪، برخی حتی به ±0.075٪ می‌رسند)، محدوده‌های اندازه‌گیری وسیع (نسبت‌های کاهش 40:1، 50:1، 100:1 یا حتی 400:1) و پیشرفت‌های قابل توجهی در عملکرد دما، عملکرد فشار استاتیک و ظرفیت اضافه بار یک طرفه در مقایسه با فرستنده‌های قبلی ارائه می‌دهند.

③ نقطه صفر و محدوده فرستنده‌های هوشمند را می‌توان از راه دور از طریق یک ارتباط‌دهنده دستی (همچنین به عنوان اپراتور دستی یا ترمینال دستی نیز نامیده می‌شود) تنظیم کرد، که امکان تنظیم محدوده را بدون اعمال فشار سیگنال فراهم می‌کند—به ویژه برای مکان‌های غیرقابل دسترس مناسب است.

④ فرستنده‌های هوشمند می‌توانند ارتباط دیجیتال را با سیستم‌های کنترل DCS برقرار کنند، که زمینه را برای سیستم‌های کنترل فیلدباس کاملاً دیجیتال فراهم می‌کند.