Trong lĩnh vực đo lường, kiến thức lý thuyết giống như một chiếc cờ lê trong tay bạn—có vẻ không ấn tượng, nhưng khi nó không hoạt động vào một thời điểm quan trọng, bạn sẽ gặp rắc rối! Cho dù bạn đang học để lấy chứng chỉ cơ bản hay chỉ cố gắng xây dựng một nền tảng vững chắc cho công việc hàng ngày, những sơ đồ mạch, nguyên lý cảm biến và logic khắc phục sự cố là những bài toán khó không thể tránh khỏi.
Loạt bài này sẽ được cập nhật liên tục. Theo dõi sẽ giúp bạn giải quyết những thử thách lý thuyết đó đồng thời đặt nền móng cho các hoạt động thực tế. Ngay cả khi bạn chỉ ôn lại một vài điểm trong thời gian rảnh rỗi, bạn sẽ dần dần xây dựng một nền tảng vững chắc. Đối với những người muốn tránh đường vòng và nhanh chóng xác định những lỗ hổng kiến thức, hãy cùng nhau củng cố kiến thức lý thuyết cơ bản để chúng ta có thể làm việc tự tin hơn!
Tại sao một số công ty lại cung cấp nhiều dòng máy phát thông minh?
Máy phát thông minh có độ chính xác cao. Tuy nhiên, trong quá trình phát hiện và kiểm soát sản xuất, đôi khi độ chính xác của thiết bị cực cao là không cần thiết—chỉ cần hiệu suất ổn định và các phép đo tương đối chính xác.
Vì lý do này, trong khi phát triển các máy phát thông minh hiệu suất cao đắt tiền, nhiều công ty cũng sản xuất các máy phát thông minh tiết kiệm với hiệu suất thấp hơn và giá thành thấp hơn. Ví dụ bao gồm ST3000/100 (hiệu suất cao) và ST3000/900 (tiết kiệm) của Honeywell, 3051C và 1151S của Rosemount và FCX-A/AX (hiệu suất cao) và FCX-C (tiết kiệm) của Fuji. Trong các hệ thống mà máy phát tiết kiệm đáp ứng các yêu cầu, việc lựa chọn chúng có thể làm giảm đáng kể chi phí đầu tư.
Máy phát thông minh có thể giao tiếp kỹ thuật số với hệ thống DCS không?
Việc máy phát thông minh có thể giao tiếp kỹ thuật số với DCS hay không phụ thuộc vào các trường hợp cụ thể:
① Nếu máy phát thông minh và DCS sử dụng cùng một giao thức truyền thông, về mặt lý thuyết, giao tiếp kỹ thuật số là có thể, nhưng trong thực tế, các thỏa thuận bổ sung thường được yêu cầu—nếu không, giao tiếp sẽ thất bại. Ngay cả giữa máy phát thông minh và DCS của cùng một công ty, ví dụ: DCS TDC-3000 của Honeywell (sử dụng giao thức DE) và máy phát thông minh ST3000 chỉ có thể giao tiếp nếu TDC-3000 được trang bị một thẻ thông minh (STI); nếu nó có một thẻ analog 4~20mA (thẻ đầu vào mức cao), chỉ có thể truyền tín hiệu analog 4~20mA một chiều, không phải giao tiếp kỹ thuật số. Tương tự, DCS CENTUM XL của Yokogawa (hỗ trợ giao thức HART) chỉ có thể hoạt động với máy phát thông minh EJA của riêng mình và ngay cả khi đó, một thẻ phát hiện kỹ thuật số (ESC) phải được cài đặt trong hệ thống—nếu không, chỉ có thể truyền các giá trị analog 4~20mA.
② Mặc dù có thông tin cho rằng các hệ thống và máy phát thông minh từ các công ty khác nhau có thể giao tiếp kỹ thuật số nếu chúng chia sẻ cùng một giao thức, nhưng điều này hiếm khi đạt được trong thực tế.
Cả máy phát thông minh Fuji và Rosemount đều tuân thủ giao thức HART, vậy tại sao các thiết bị cầm tay của Rosemount có thể lập trình và cấu hình máy phát Fuji, nhưng các thiết bị cầm tay của Fuji không thể làm điều tương tự cho máy phát Rosemount?
Giao thức truyền thông HART chủ yếu được phát triển bởi Rosemount. Khi các công ty thiết bị lần đầu tiên phát triển máy phát thông minh, HART vẫn chưa trở thành một tiêu chuẩn thống nhất, vì vậy mỗi công ty đã phát triển sản phẩm theo giao thức truyền thông riêng của mình. Sau khi HART trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp thống nhất, nhiều công ty thiết bị chỉ thích ứng với nó thông qua các phương pháp chuyển đổi. Do đó, bộ giao tiếp cầm tay 275 của Rosemount có thể vận hành máy phát thông minh FCX-A/C của Fuji—nhưng để xác định chính xác các kiểu sản phẩm của Fuji, 275 phải được tải các tệp hỗ trợ đặc biệt do Fuji phát triển. Điều này cũng áp dụng cho hoạt động của Rosemount đối với các máy phát tuân thủ HART khác. Đối với các thiết bị cầm tay của các công ty khác (ví dụ: FXW của Fuji, BT200 của Yokogawa), chúng không thể vận hành máy phát thông minh 3051C của Rosemount, cũng như không thể giao tiếp với nhau hoặc các máy phát hỗ trợ HART khác.
Khi phạm vi hoạt động thực tế của máy phát không phải là phạm vi tối đa của nó, độ chính xác của nó có thể được đảm bảo không?
Máy phát mới cho phép cài đặt phạm vi theo nhu cầu sử dụng. Phạm vi này có thể là phạm vi tối đa hoặc phạm vi nhỏ hơn, nhưng nó không thể quá nhỏ—vượt quá một điểm nhất định, độ chính xác sẽ giảm.
Đối với máy phát áp suất vi sai loại 0,065, mối quan hệ giữa độ chính xác và phạm vi hoạt động thường được biểu thị bằng công thức sau:
Đối với máy phát áp suất vi sai có phạm vi tối đa là 100kPa, x = 10kPa; đối với máy phát có phạm vi tối đa là 0~10kPa, x = 3kPa.
Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) định nghĩa một thuật ngữ mới: "khả năng điều chỉnh phạm vi", là tỷ lệ của "giá trị phạm vi trên tối đa" so với "giá trị phạm vi trên tối thiểu."
Các nhà sản xuất đảm bảo rằng đối với máy phát áp suất vi sai có phạm vi tối đa là 100kPa, khả năng điều chỉnh phạm vi trên là 10; nếu phạm vi dưới 10kPa, độ chính xác sẽ giảm xuống dưới 0,065%. Đối với máy phát có phạm vi tối đa là 10kPa, khả năng điều chỉnh phạm vi trên là 3,3; nếu phạm vi dưới 3kPa, độ chính xác sẽ giảm xuống dưới 0,065%.
Đúng hay sai: Vì điểm zero (bao gồm cả di chuyển zero dương/âm) và phạm vi của máy phát thông minh có thể được thiết lập và sửa đổi thông qua bộ giao tiếp cầm tay, nên không cần hiệu chuẩn chúng bằng tín hiệu áp suất.
Sai. Mặc dù đúng là điểm zero (bao gồm cả di chuyển zero dương/âm) và phạm vi của máy phát thông minh có thể được thiết lập/sửa đổi thông qua bộ giao tiếp cầm tay—cho phép người vận hành điều chỉnh từ xa phạm vi đo mà không cần có mặt tại chỗ, điều này có lợi cho việc đáp ứng nhanh chóng nhu cầu sản xuất, giảm cường độ lao động và đặc biệt hữu ích ở những khu vực độc hại hoặc ở độ cao khó tiếp cận—tính chính xác của các cài đặt từ xa không thể được xác minh hoặc điều chỉnh chỉ thông qua bộ giao tiếp cầm tay. Chỉ bằng cách áp dụng áp suất thực tế và so sánh nó với chỉ báo của thiết bị, điểm zero và phạm vi đo chính xác mới có thể đạt được. Do đó, máy phát thông minh vẫn cần hiệu chuẩn bằng áp suất.
Tuy nhiên, vì máy phát thông minh dựa trên bộ vi xử lý với các chức năng tự chẩn đoán, ngay cả khi không áp dụng áp suất thực tế, độ lệch cài đặt là rất nhỏ. Thông thường, nếu một máy phát thông minh ban đầu đủ điều kiện, nó sẽ vẫn đủ điều kiện sau khi điều chỉnh zero và phạm vi thông qua bộ giao tiếp cầm tay—bất kỳ lỗi nào vượt quá thông số kỹ thuật sẽ nhỏ và với độ chính xác cao của các máy phát này, các sai lệch nhỏ sẽ không ảnh hưởng đến việc sử dụng. Nhưng nếu một máy phát ban đầu không đủ điều kiện, việc điều chỉnh phạm vi của nó sẽ không làm cho nó đủ điều kiện; cần phải hiệu chuẩn trước khi sử dụng.
Máy phát thông minh được giới thiệu khi nào và chúng có những đặc điểm gì?
Vào đầu những năm 1980, Honeywell (Hoa Kỳ) lần đầu tiên tung ra dòng máy phát áp suất thông minh ST3000—một sản phẩm tự nhiên của những tiến bộ trong công nghệ máy tính và truyền thông. Ngay sau đó, các công ty thiết bị toàn cầu khác đã giới thiệu các máy phát thông minh tương tự. Các thiết bị này có các đặc điểm sau:
① Ngoài các phần tử cảm biến áp suất (áp suất vi sai), các thành phần phát hiện của chúng thường bao gồm các phần tử cảm biến nhiệt độ. Sử dụng hệ thống vi cơ điện tử (MEMS), mạch tích hợp chuyên dụng quy mô cực lớn và công nghệ gắn bề mặt, các thiết bị này có cấu trúc nhỏ gọn, độ tin cậy cao và kích thước nhỏ.
② Máy phát thông minh cung cấp độ chính xác cao (thường là ±0,1% đến ±0,2%, một số thậm chí đạt ±0,075%), phạm vi đo rộng (tỷ lệ giảm 40:1, 50:1, 100:1 hoặc thậm chí 400:1) và những cải tiến đáng kể về hiệu suất nhiệt độ, hiệu suất áp suất tĩnh và khả năng quá tải một chiều so với các máy phát trước đây.
③ Điểm zero và phạm vi của máy phát thông minh có thể được thiết lập từ xa thông qua bộ giao tiếp cầm tay (còn được gọi là bộ vận hành cầm tay hoặc thiết bị đầu cuối cầm tay), cho phép điều chỉnh phạm vi mà không cần áp dụng áp suất tín hiệu—đặc biệt thuận tiện cho các vị trí không thể tiếp cận.
④ Máy phát thông minh có thể đạt được giao tiếp kỹ thuật số với hệ thống điều khiển DCS, đặt nền móng cho các hệ thống điều khiển trường kỹ thuật số hoàn toàn.
