Czy inteligentne przetworniki mogą komunikować się cyfrowo z systemami DCS?

W dziedzinie oprzyrządowania wiedza teoretyczna jest jak klucz w dłoni – może wydawać się niepozorna, ale gdy zawiedzie w krytycznym momencie, jesteś w tarapatach! Niezależnie od tego, czy przygotowujesz się do podstawowej certyfikacji, czy po prostu starasz się zbudować solidne podstawy do codziennej pracy, te schematy obwodów, zasady działania czujników i logika rozwiązywania problemów to nieuniknione twarde orzechy do zgryzienia.

Ta seria będzie stale aktualizowana. Śledzenie jej pomoże Ci zmierzyć się z tymi teoretycznymi wyzwaniami, jednocześnie budując podstawy do praktycznych operacji. Nawet jeśli odświeżysz sobie kilka punktów w wolnym czasie, stopniowo zbudujesz solidne fundamenty. Dla tych, którzy chcą uniknąć objazdów i szybko zidentyfikować luki w wiedzy, połączmy siły, aby wzmocnić nasze teoretyczne podstawy, abyśmy mogli pracować z większą pewnością siebie!

Dlaczego niektóre firmy oferują wiele serii inteligentnych przetworników?

Inteligentne przetworniki charakteryzują się wysoką precyzją. Jednak w procesach wykrywania i kontroli produkcji zdarzają się sytuacje, w których niezwykle wysoka precyzja instrumentu nie jest konieczna – wymagana jest jedynie stabilna wydajność i stosunkowo dokładne pomiary.

Z tego powodu, oprócz opracowywania drogich, wysokowydajnych inteligentnych przetworników, wiele firm produkuje również ekonomiczne inteligentne przetworniki o niższej wydajności i niższych cenach. Przykłady obejmują ST3000/100 (wysoka wydajność) i ST3000/900 (ekonomiczny) firmy Honeywell, 3051C i 1151S firmy Rosemount oraz FCX-A/AX (wysoka wydajność) i FCX-C (ekonomiczny) firmy Fuji. W systemach, w których ekonomiczne przetworniki spełniają wymagania, ich wybór może znacznie obniżyć koszty inwestycji.

Czy inteligentne przetworniki mogą komunikować się cyfrowo z systemami DCS?

To, czy inteligentny przetwornik może komunikować się cyfrowo z DCS, zależy od konkretnych okoliczności:

① Jeśli inteligentny przetwornik i DCS używają tego samego protokołu komunikacyjnego, komunikacja cyfrowa jest teoretycznie możliwa, ale w praktyce często wymagane są dodatkowe uzgodnienia – w przeciwnym razie komunikacja się nie powiedzie. Nawet między własnymi inteligentnymi przetwornikami i DCS firmy, na przykład: DCS TDC-3000 firmy Honeywell (używająca protokołu DE) i inteligentne przetworniki ST3000 mogą komunikować się tylko wtedy, gdy TDC-3000 jest wyposażony w inteligentną kartę (STI); jeśli posiada kartę analogową 4~20mA (kartę wejścia wysokiego poziomu), możliwa jest tylko jednokierunkowa transmisja sygnału analogowego 4~20mA, a nie komunikacja cyfrowa. Podobnie, DCS CENTUM XL firmy Yokogawa (obsługujący protokół HART) może współpracować tylko z własnymi inteligentnymi przetwornikami EJA, a nawet wtedy w systemie musi być zainstalowana karta detekcji cyfrowej (ESC) – w przeciwnym razie można przesyłać tylko wartości analogowe 4~20mA.

② Chociaż donosi się, że systemy i inteligentne przetworniki różnych firm mogą komunikować się cyfrowo, jeśli współdzielą ten sam protokół, w praktyce jest to rzadko osiągalne.

Zarówno inteligentne przetworniki Fuji, jak i Rosemount są zgodne z protokołem HART, więc dlaczego terminale ręczne Rosemount mogą programować i konfigurować przetworniki Fuji, ale terminale ręczne Fuji nie mogą robić tego samego dla przetworników Rosemount?

Protokół komunikacyjny HART został opracowany głównie przez Rosemount. Kiedy firmy produkujące instrumenty po raz pierwszy opracowały inteligentne przetworniki, HART nie stał się jeszcze ujednoliconym standardem, więc każda firma opracowywała produkty zgodnie z własnymi protokołami komunikacyjnymi. Po tym, jak HART stał się ujednoliconym standardem przemysłowym, wiele firm produkujących instrumenty dostosowało się do niego tylko za pomocą metod konwersji. Zatem komunikator ręczny Rosemount 275 może obsługiwać inteligentne przetworniki FCX-A/C firmy Fuji – ale aby poprawnie zidentyfikować modele produktów Fuji, 275 musi być załadowany specjalnymi plikami wsparcia opracowanymi przez Fuji. Dotyczy to również obsługi przez Rosemount innych przetworników zgodnych z HART. Jeśli chodzi o terminale ręczne innych firm (np. FXW firmy Fuji, BT200 firmy Yokogawa), nie mogą one obsługiwać inteligentnych przetworników 3051C firmy Rosemount, ani nie mogą komunikować się ze sobą ani z innymi przetwornikami obsługującymi HART.

Gdy rzeczywisty zakres pracy przetwornika nie jest jego maksymalnym zakresem, czy jego dokładność nadal może być gwarantowana?

Nowe przetworniki umożliwiają ustawienie zakresu zgodnie z potrzebami użytkowania. Zakres ten może być maksymalnym zakresem lub mniejszym, ale nie może być zbyt mały – poniżej pewnego punktu dokładność ulegnie pogorszeniu.

Dla przetwornika ciśnienia różnicowego klasy 0,065, związek między dokładnością a zakresem pracy jest ogólnie wyrażany następującym wzorem:

Dla przetwornika ciśnienia różnicowego o maksymalnym zakresie 100 kPa, x = 10 kPa; dla tego o maksymalnym zakresie 0~10 kPa, x = 3 kPa.

Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) definiuje nowy termin: "zakresowość", która jest stosunkiem "maksymalnej górnej wartości zakresu" do "minimalnej górnej wartości zakresu."

Producenci gwarantują, że dla przetwornika ciśnienia różnicowego o maksymalnym zakresie 100 kPa, górna zakresowość wynosi 10; jeśli zakres jest poniżej 10 kPa, dokładność spadnie poniżej 0,065%. Dla przetwornika o maksymalnym zakresie 10 kPa, górna zakresowość wynosi 3,3; jeśli zakres jest poniżej 3 kPa, dokładność spadnie poniżej 0,065%.

Prawda czy fałsz: Ponieważ punkt zerowy (w tym migracja zerowa dodatnia/ujemna) i zakres inteligentnych przetworników można ustawiać i modyfikować za pomocą komunikatora ręcznego, nie ma potrzeby kalibracji za pomocą sygnałów ciśnienia.

Fałsz. Chociaż prawdą jest, że punkt zerowy (w tym migracja zerowa dodatnia/ujemna) i zakres inteligentnych przetworników można ustawiać/modyfikować za pomocą komunikatora ręcznego – co pozwala operatorom zdalnie regulować zakres pomiarowy bez obecności na miejscu, co jest korzystne dla szybkiego zaspokajania potrzeb produkcyjnych, zmniejszania intensywności pracy, a zwłaszcza przydatne w obszarach toksycznych lub na dużych wysokościach, gdzie dostęp jest utrudniony – poprawność ustawień zdalnych nie może być weryfikowana ani regulowana tylko za pomocą komunikatora ręcznego. Tylko poprzez zastosowanie rzeczywistego ciśnienia i porównanie go ze wskazaniem instrumentu można uzyskać dokładne punkty zerowe i zakresy pomiarowe. Dlatego inteligentne przetworniki nadal wymagają kalibracji za pomocą ciśnienia.

Jednak ponieważ inteligentne przetworniki są oparte na mikroprocesorach z funkcjami autodiagnostycznymi, nawet bez stosowania rzeczywistego ciśnienia, odchylenia ustawień są minimalne. Zazwyczaj, jeśli inteligentny przetwornik był pierwotnie zakwalifikowany, powinien pozostać zakwalifikowany po regulacji zera i zakresu za pomocą komunikatora ręcznego – każdy błąd przekraczający specyfikacje będzie mały, a biorąc pod uwagę wysoką precyzję tych przetworników, drobne odchylenia nie wpłyną na użytkowanie. Ale jeśli przetwornik był pierwotnie niezakwalifikowany, regulacja jego zakresu nie sprawi, że będzie zakwalifikowany; przed użyciem konieczna jest kalibracja.

Kiedy wprowadzono inteligentne przetworniki i jakie są ich cechy?

Na początku lat 80. XX wieku Honeywell (USA) po raz pierwszy wprowadził serię inteligentnych przetworników ciśnienia ST3000 – naturalny produkt postępu w technologiach komputerowych i komunikacyjnych. Wkrótce potem inne globalne firmy produkujące instrumenty wprowadziły podobne inteligentne przetworniki. Instrumenty te mają następujące cechy:

① Oprócz elementów czujnikowych ciśnienia (ciśnienia różnicowego), ich elementy detekcyjne zazwyczaj obejmują elementy czujnikowe temperatury. Wykorzystując przetwarzanie systemów mikro-elektro-mechanicznych (MEMS), układy scalone o bardzo dużej skali zastosowań i technologię montażu powierzchniowego, instrumenty te charakteryzują się zwartą strukturą, wysoką niezawodnością i małymi rozmiarami.

② Inteligentne przetworniki oferują wysoką dokładność (zazwyczaj ±0,1% do ±0,2%, niektóre osiągają nawet ±0,075%), szerokie zakresy pomiarowe (współczynniki regulacji 40:1, 50:1, 100:1, a nawet 400:1) oraz znaczne ulepszenia w zakresie wydajności temperaturowej, wydajności ciśnienia statycznego i jednokierunkowej zdolności do przeciążeń w porównaniu z poprzednimi przetwornikami.

③ Punkt zerowy i zakres inteligentnych przetworników można ustawić zdalnie za pomocą komunikatora ręcznego (zwanego również operatorem ręcznym lub terminalem ręcznym), co pozwala na regulację zakresu bez przykładania ciśnienia sygnału – szczególnie wygodne w trudno dostępnych lokalizacjach.

④ Inteligentne przetworniki mogą osiągnąć komunikację cyfrową z systemami sterowania DCS, kładąc podwaliny pod w pełni cyfrowe systemy sterowania magistralą polową.