Выбор датчиков полевого уровня. ПИП и ВИП. HART датчики. IQ уровень измерительного устройства.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Оборудование полевого уровня составляют первичные преобразователи (датчики), исполнительные органы и механизмы.
Датчик - устройство, преобразующее физические параметры технологического процесса в электрические сигналы, поступающие в дальнейшем на контроллер.
Исполнительный орган – орган, воздействующий на технологический процесс путем изменения пропускной способности.
Исполнительный механизм - устройство, преобразующее электрические сигналы в физические воздействия, осуществляющее управление параметрами технологического процесса в автоматическом или ручном режиме.

Выбор датчиков технологических параметров осуществлялся согласно стандартам и требованиям предприятия, с учетом ряда факторов метрологического и режимного характера, наиболее существенные из которых следующие:

1. Расстояние, на которое может быть передана информация, снимаемая с датчиков (интерфейс связи датчика).

2. Предельное значение измеряемой величины и других параметров среды.

3. Допустимая для АСУ ТП погрешность, определяющая подбор по классу точности датчика. Пределы измерения с гарантированной точностью.

4. Инерционность датчика, характеризуемая его постоянной времени.

5. Влияние внешних факторов окружающей среды (температуры, давления, влажности) на нормальную работу датчиков. Разрушающее влияние на датчик контролируемой и окружающей среды, агрессивных свойств. Наличие в месте установки датчиков недопустимых для его нормального функционирования вибраций, магнитных и электрических полей, радиационного излучения и др.Возможность применения датчика с точки зрения пожара и взрывобезопасности.

У устройств получения информации о состоянии технологического процесса выделяют первичный измерительный преобразователь (ПИП) и вторичный измерительный преобразователь (ВИП), которые связываются между собой посредством проводов и интерфейсов. ВИП могут быть расположены, как на контроллере, так и на щите управления или непосредственно в датчике.

С точки зрения выполняемых функций ПИП преобразуют измеряемый параметр в удобный для передачи и обработки сигнал.

Вторичные измерительные преобразователи представляют собой дополнительные преобразующие средства, например, понижающие трансформаторы тока и напряжения в случае измерения электрических величин и электронные линейные усилители напряжения – в случае измерения неэлектрических величин.

На выходах вторичных измерительных преобразователей формируются напряжения одного диапазона, необходимые, например, для работы многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), входящего в состав цифрового регистратора.

С точки зрения принципа действия и конструктивного исполнения сенсоры (чувствительные устройства) различаются значительным разнообразием. Эти устройства устанавливаются на объекте и непосредственно взаимодействуют с регулируемым параметром и контролируемой средой. Вид измеряемого параметра, условия монтажа и эксплуатации влияют в значительной мере на выбор ПИП. Для измерения одного параметра в зависимости от требуемых технических характеристик и условий эксплуатации может применяться большое количество различных датчиков (например, более шестидесяти типов датчиков давления, более пятидесяти типов датчиков перепада давления и т.д.)

Различают следующие выходные сигналы первичных измерительных приборов (рис.18):

ПИП с токовым или потенциальным аналоговым выходом;

ПИП с цифровым выходным сигналом;

ПИП с импульсным (счетным) выходным сигналом;

ПИП с дифференциально- трансформаторным сигналом.

ПИП с дифференциально- трансформаторным сигналом (индуктивной связью) являются устаревшими приборами и в большинстве случаев подлежат замене на ПИП с токовым или цифровым выходом.

Импульсный выходной сигнал ПИП представляет собой импульс 5 В постоянного тока или импульс используемого входного напряжения питания, которое может быть от 8 до 28 В постоянного тока. Такие сенсоры в технологиях нефтегазовой отрасли часто используются для дистанционного мониторинга расхода и суммирования потока посредством счетчиков.

ПИП с токовым аналоговым выходом имеют встроенный источник тока – генератор тока с некоторым внутренним сопротивлением R_ВН. Источник тока управляется функцией f(x) измерения параметра х (рис. 19). Ток i = f(x) поступает в линию связи и на входном нагрузочном резисторе R_Н вторичного преобразователя создает соответствующее падение напряжения, которое далее преобразуется в цифровое значение измеряемого параметра х. ПИП данного вида имеют, как правило, унифицированные выходные сигналы постоянного тока в диапазонах {0–5}, {0–20} или {4–20} мA. Току i = 0 или i = 4 мA соответствует некоторое минимальное значение измеряемого параметра х, а току i = i_макс. из{5–20} мА – максимальное значение этого параметра. Максимально допустимая длина линии связи между ПИП и ВИП зависит от величины внутреннего сопротивления R_ВН ПИП, активного сопротивления R_Л линии связи, входного сопротивления R_Н ВИП, ожидаемого уровня помехи и, обычно, не превышает несколько десятков метров. Число проводов связи между ПИП и ВИП обычно 2, 3 или 4. Оно зависит от схемы подключения источника питания или от типа чувствительного элемента ПИП

ПИП с цифровым выходным сигналом имеют, как правило, гальванически развязанный выход с открытым коллектором транзистора или релейным «сухим» контактом, питание которого производится со стороны источника тока, встроенного в ВИП. При этом в зависимости от того, закрыт или открыт выход ПИП, величина тока в линии связи имеет значение i_мин. или i_макс., что определяется дискретным характером процесса измерения преобразователем параметра х энергоносителя. Последовательность «замыканий/размыканий» выходной цепи ПИП порождает на входе ВИП последовательность токовых двоичных импульсов («0», «1») определенной частоты и длительности, которая используется либо для цифрового представления измеряемого параметра х, либо для дискретного представления (например, норм/авар, вкл/выкл). Обычно, ток в линии связи не превышает 10–20 мA. Максимально допустимая длина линии связи зависит от величины тока ВИП, активного сопротивления линии и может доходить до 3-5 км.

Цифровой ПИП может иметь следующие наиболее распространенные физические интерфейсы (физический интерфейс определяется специальным набором электрических связей и характеристиками сигналов):

· ПИП с токовой петлей (CL);

· ПИП с выходом RS 232 или RS 485;

· ПИП с HART выходом;

· ПИП с полевой шиной (PB или FB);

· ПИП с CAN.

HART интефейс – Интерфейс HART (Highway Addressable Remote Transducer), разработанный фирмой Rosemount Inc., реализует стандарт BELL 202 FSK (Frequency Shift Keying), основанный на 4-20мА - технологии.

Схема протокольного взаимоотношения между узлами сети основана на принципе MASTER/SLAVE. В HART-сети может присутствовать до 2 MASTER-узлов (обычно один). Второй MASTER, как правило, освобожден от поддержания циклов передачи и используется для организации связи с какой-либо системой контроля/отображения данных. Стандартная топология HART сети передачи данных - " звезда", но возможна и шинная организация. Для передачи данных по сети используются два режима:

1. Асинхронный – по схеме " MASTER-запрос\SLAVE-ответ" (один цикл укладывается в 500 мс);

2. Синхронный – пассивные узлы непрерывно передают свои данные MASTER-узлу (время обновления данных в MASTER-узле за 250-300 мс).

За одну посылку один узел может передать другому до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние. Контроль корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

Современные датчики оснащаются IQ (Intellect Quality) устройствами, которые позволяют за счет математической обработки информации непосредственно в процессе измерения и активного управления измерением повысить точность, осуществлять необходимую диагностику состояния датчиков и активно перенастраивать их режим работы. Основными областями применения IQ-сенсорных устройств являются технологические установки и системы автоматизации:

· с высокими требованиями к коэффициенту готовности системы;

· с высокой вероятностью взаимного влияния датчиков;

· с высокими требованиями к динамической перенастройке параметров датчиков во время работы.

Для этих целей в последнее время применяются с специальные IQ –модули. Например, модуль IQ-Sense имеет следующие основные характеристики:

· простое подключение внешних цепей;

· быстрый ввод в эксплуатацию с помощью программной компоненты IntelliTeach;

· предварительная настройка параметров датчика или копирование параметров, установленных в режиме обучения, в другие модули или датчики;

· динамическое изменение параметров настройки датчиков (например, установки дальности действия) из программы контроллера;

· интегрированные инструментальные средства для настройки с помощью светодиодного дисплея;

· высокая степень готовности;

· формирование сообщений о необходимости выполнения профилактических работ;

· диагностика каналов (обрыв линии, короткое замыкание, неисправность модуля/ датчика, и т.д.);

· быстрая замена датчиков без повторной настройки системы;

· " горячая" замена модулей без остановки контроллера.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒