เครื่องส่งสัญญาณฉลาดสามารถสื่อสารด้วยดิจิตอลกับระบบ DCS ได้หรือไม่

ในสาขาวิศวกรรมเครื่องมือวัด ความรู้ทางทฤษฎีเปรียบเสมือนประแจในมือคุณ—อาจดูไม่น่าประทับใจ แต่เมื่อมันใช้ไม่ได้ในสถานการณ์วิกฤต คุณจะเดือดร้อน! ไม่ว่าคุณจะกำลังศึกษาเพื่อรับใบรับรองขั้นพื้นฐาน หรือเพียงแค่พยายามสร้างรากฐานที่มั่นคงสำหรับการทำงานประจำวัน แผนผังวงจร หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ และตรรกะการแก้ไขปัญหาต่างๆ เป็นเรื่องยากที่คุณหลีกเลี่ยงไม่ได้

ซีรีส์นี้จะได้รับการอัปเดตอย่างต่อเนื่อง การติดตามจะช่วยให้คุณรับมือกับความท้าทายทางทฤษฎีเหล่านั้น ในขณะเดียวกันก็วางรากฐานสำหรับการปฏิบัติงานจริง แม้ว่าคุณจะทบทวนเพียงเล็กน้อยในช่วงเวลาว่าง คุณก็จะค่อยๆ สร้างรากฐานที่มั่นคง สำหรับผู้ที่ต้องการหลีกเลี่ยงเส้นทางอ้อมและระบุช่องว่างความรู้ได้อย่างรวดเร็ว มาทำงานร่วมกันเพื่อเสริมสร้างพื้นฐานทางทฤษฎีของเรา เพื่อให้เราสามารถทำงานได้อย่างมั่นใจมากขึ้น!

ทำไมบางบริษัทจึงนำเสนอเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะหลายซีรีส์?

เครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะมีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม ในการตรวจจับและควบคุมกระบวนการผลิต บางครั้งความแม่นยำของเครื่องมือวัดที่สูงมากก็ไม่จำเป็น—ต้องการเพียงประสิทธิภาพที่เสถียรและการวัดที่ค่อนข้างแม่นยำ

ด้วยเหตุนี้ ในขณะที่พัฒนาเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะประสิทธิภาพสูงราคาแพง หลายบริษัทจึงผลิตเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะราคาประหยัดที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าและราคาถูกกว่า ตัวอย่างเช่น ST3000/100 (ประสิทธิภาพสูง) และ ST3000/900 (ประหยัด) ของ Honeywell, 3051C และ 1151S ของ Rosemount และ FCX-A/AX (ประสิทธิภาพสูง) และ FCX-C (ประหยัด) ของ Fuji ในระบบที่เครื่องส่งสัญญาณราคาประหยัดตรงตามข้อกำหนด การเลือกเครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้สามารถลดต้นทุนการลงทุนได้อย่างมาก

เครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะสามารถสื่อสารแบบดิจิทัลกับระบบ DCS ได้หรือไม่?

เครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะสามารถสื่อสารแบบดิจิทัลกับ DCS ได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ:

① หากเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะและ DCS ใช้โปรโตคอลการสื่อสารเดียวกัน การสื่อสารแบบดิจิทัลเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติมักต้องมีข้อตกลงเพิ่มเติม—มิฉะนั้นการสื่อสารจะล้มเหลว แม้แต่ระหว่างเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะและ DCS ของบริษัทเดียวกัน ตัวอย่างเช่น: DCS TDC-3000 ของ Honeywell (ใช้โปรโตคอล DE) และเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ ST3000 สามารถสื่อสารได้ก็ต่อเมื่อ TDC-3000 ติดตั้งการ์ดอัจฉริยะ (STI) หากมีการ์ดอะนาล็อก 4~20mA (การ์ดอินพุตระดับสูง) สามารถส่งสัญญาณอะนาล็อก 4~20mA ทางเดียวได้เท่านั้น ไม่ใช่การสื่อสารแบบดิจิทัล ในทำนองเดียวกัน DCS CENTUM XL ของ Yokogawa (รองรับโปรโตคอล HART) สามารถทำงานได้เฉพาะกับเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ EJA ของตัวเอง และแม้แต่ในกรณีนั้น จะต้องติดตั้งการ์ดตรวจจับดิจิทัล (ESC) ในระบบ—มิฉะนั้น จะสามารถส่งค่าอะนาล็อก 4~20mA ได้เท่านั้น

② แม้ว่ามีรายงานว่าระบบและเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะจากบริษัทต่างๆ สามารถสื่อสารแบบดิจิทัลได้หากใช้โปรโตคอลเดียวกัน แต่สิ่งนี้ทำได้ยากในทางปฏิบัติ

ทั้งเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะของ Fuji และ Rosemount เป็นไปตามโปรโตคอล HART ดังนั้นทำไมเทอร์มินัลแบบพกพาของ Rosemount จึงสามารถตั้งโปรแกรมและกำหนดค่าเครื่องส่งสัญญาณ Fuji ได้ แต่เทอร์มินัลแบบพกพาของ Fuji ไม่สามารถทำเช่นเดียวกันสำหรับเครื่องส่งสัญญาณ Rosemount ได้?

โปรโตคอลการสื่อสาร HART ได้รับการพัฒนาโดย Rosemount เป็นหลัก เมื่อบริษัทเครื่องมือวัดเริ่มพัฒนาเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ HART ยังไม่ได้กลายเป็นมาตรฐานเดียวกัน ดังนั้นแต่ละบริษัทจึงพัฒนาผลิตภัณฑ์ตามโปรโตคอลการสื่อสารของตนเอง หลังจาก HART กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมเดียวกัน บริษัทเครื่องมือวัดหลายแห่งจึงปรับตัวเข้ากับมันผ่านวิธีการแปลง ดังนั้นเครื่องมือสื่อสารแบบพกพา 275 ของ Rosemount จึงสามารถใช้งานเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ FCX-A/C ของ Fuji ได้—แต่เพื่อให้ระบุรุ่นผลิตภัณฑ์ของ Fuji ได้อย่างถูกต้อง จะต้องโหลด 275 ด้วยไฟล์สนับสนุนพิเศษที่พัฒนาโดย Fuji สิ่งนี้ใช้กับการทำงานของ Rosemount กับเครื่องส่งสัญญาณที่รองรับ HART อื่นๆ ด้วย สำหรับเทอร์มินัลแบบพกพาของบริษัทอื่นๆ (เช่น FXW ของ Fuji, BT200 ของ Yokogawa) พวกเขาไม่สามารถใช้งานเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ 3051C ของ Rosemount ได้ และไม่สามารถสื่อสารซึ่งกันและกันหรือเครื่องส่งสัญญาณที่รองรับ HART อื่นๆ ได้

เมื่อช่วงการทำงานจริงของเครื่องส่งสัญญาณไม่ใช่ช่วงสูงสุด ความแม่นยำยังคงรับประกันได้หรือไม่?

เครื่องส่งสัญญาณใหม่ช่วยให้สามารถตั้งค่าช่วงได้ตามความต้องการในการใช้งาน ช่วงนี้อาจเป็นช่วงสูงสุดหรือช่วงที่เล็กกว่า แต่ไม่สามารถเล็กเกินไปได้—เกินจุดหนึ่ง ความแม่นยำจะลดลง

สำหรับเครื่องส่งสัญญาณแรงดันแตกต่างระดับ 0.065 ความสัมพันธ์ระหว่างความแม่นยำและช่วงการทำงานโดยทั่วไปจะแสดงด้วยสูตรต่อไปนี้:

สำหรับเครื่องส่งสัญญาณแรงดันแตกต่างที่มีช่วงสูงสุด 100kPa, x = 10kPa; สำหรับเครื่องส่งสัญญาณที่มีช่วงสูงสุด 0~10kPa, x = 3kPa

องค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (ISO) กำหนดคำศัพท์ใหม่: "rangeability" ซึ่งเป็นอัตราส่วนของ "ค่าช่วงบนสูงสุด" ต่อ "ค่าช่วงบนต่ำสุด"

ผู้ผลิตรับประกันว่าสำหรับเครื่องส่งสัญญาณแรงดันแตกต่างที่มีช่วงสูงสุด 100kPa, rangeability บนคือ 10 หากช่วงต่ำกว่า 10kPa ความแม่นยำจะลดลงต่ำกว่า 0.065% สำหรับเครื่องส่งสัญญาณที่มีช่วงสูงสุด 10kPa, rangeability บนคือ 3.3 หากช่วงต่ำกว่า 3kPa ความแม่นยำจะลดลงต่ำกว่า 0.065%

จริงหรือเท็จ: เนื่องจากสามารถตั้งค่าและแก้ไขจุดศูนย์ (รวมถึงการโยกย้ายศูนย์บวก/ลบ) และช่วงของเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะผ่านเครื่องมือสื่อสารแบบพกพา จึงไม่จำเป็นต้องปรับเทียบโดยใช้สัญญาณแรงดัน

เท็จ แม้ว่าจะเป็นความจริงที่สามารถตั้งค่า/แก้ไขจุดศูนย์ (รวมถึงการโยกย้ายศูนย์บวก/ลบ) และช่วงของเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะผ่านเครื่องมือสื่อสารแบบพกพา—ทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับช่วงการวัดจากระยะไกลได้โดยไม่ต้องอยู่ในสถานที่ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการตอบสนองความต้องการในการผลิตทันที ลดความเข้มข้นในการทำงาน และมีประโยชน์อย่างยิ่งในพื้นที่ที่เป็นพิษหรือพื้นที่สูงที่เข้าถึงได้ยาก—ความถูกต้องของการตั้งค่าระยะไกลไม่สามารถตรวจสอบหรือปรับได้ผ่านเครื่องมือสื่อสารแบบพกพาเพียงอย่างเดียว เฉพาะการใช้แรงดันจริงและเปรียบเทียบกับตัวบ่งชี้ของเครื่องมือเท่านั้นจึงจะสามารถบรรลุจุดศูนย์และช่วงการวัดที่แม่นยำได้ ดังนั้นเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะยังคงต้องมีการปรับเทียบโดยใช้แรงดัน

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีฟังก์ชันการวินิจฉัยตนเอง แม้ว่าจะไม่ได้ใช้แรงดันจริง การเบี่ยงเบนในการตั้งค่าก็มีน้อย โดยทั่วไป หากเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะเดิมมีคุณสมบัติเหมาะสม ควรยังคงมีคุณสมบัติเหมาะสมหลังจากการปรับศูนย์และช่วงผ่านเครื่องมือสื่อสารแบบพกพา—ข้อผิดพลาดใดๆ ที่เกินข้อกำหนดจะมีขนาดเล็ก และเนื่องจากความแม่นยำสูงของเครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้ การเบี่ยงเบนเล็กน้อยจะไม่ส่งผลกระทบต่อการใช้งาน แต่หากเครื่องส่งสัญญาณเดิมไม่มีคุณสมบัติเหมาะสม การปรับช่วงจะไม่ทำให้มีคุณสมบัติเหมาะสม จำเป็นต้องมีการปรับเทียบก่อนใช้งาน

เครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะถูกนำมาใช้เมื่อใด และมีลักษณะอย่างไร?

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 Honeywell (สหรัฐอเมริกา) ได้เปิดตัวเครื่องส่งสัญญาณแรงดันอัจฉริยะซีรีส์ ST3000 เป็นครั้งแรก—ผลิตภัณฑ์ตามธรรมชาติของความก้าวหน้าในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และการสื่อสาร หลังจากนั้นไม่นาน บริษัทเครื่องมือวัดระดับโลกอื่นๆ ได้เปิดตัวเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะที่คล้ายกัน เครื่องมือเหล่านี้มีลักษณะดังต่อไปนี้:

① นอกเหนือจากองค์ประกอบการตรวจจับแรงดัน (แรงดันแตกต่าง) องค์ประกอบการตรวจจับของพวกเขามักจะมีองค์ประกอบการตรวจจับอุณหภูมิ ด้วยการใช้ระบบไมโครอิเล็กโทร-กลไก (MEMS) วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชันขนาดใหญ่พิเศษ และเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว เครื่องมือเหล่านี้มีโครงสร้างที่กะทัดรัด ความน่าเชื่อถือสูง และขนาดเล็ก

② เครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะมีความแม่นยำสูง (โดยทั่วไป ±0.1% ถึง ±0.2% บางรุ่นสูงถึง ±0.075%) ช่วงการวัดกว้าง (อัตราส่วนการลดลง 40:1, 50:1, 100:1 หรือแม้แต่ 400:1) และการปรับปรุงที่สำคัญในด้านประสิทธิภาพของอุณหภูมิ ประสิทธิภาพของแรงดันสถิต และความสามารถในการโอเวอร์โหลดทางเดียวเมื่อเทียบกับเครื่องส่งสัญญาณรุ่นก่อนหน้า

③ สามารถตั้งค่าจุดศูนย์และช่วงของเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะจากระยะไกลผ่านเครื่องมือสื่อสารแบบพกพา (หรือที่เรียกว่าผู้ปฏิบัติงานด้วยมือหรือเทอร์มินัลแบบพกพา) ทำให้สามารถปรับช่วงได้โดยไม่ต้องใช้แรงดันสัญญาณ—สะดวกอย่างยิ่งสำหรับสถานที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้

④ เครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะสามารถสื่อสารแบบดิจิทัลกับระบบควบคุม DCS ได้ ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับระบบควบคุมฟิลด์บัสแบบดิจิทัลเต็มรูปแบบ