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

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

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.

Интерфейсы выходных сигналов измерительных приборов. 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.

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 (

Применение унифицированных сигналов регламентировано ГОСТ 26.011-80. Среди стандартных сигналов тока и напряжения наиболее удобным и популярным является токовый сигнал 4–20 мА. Причины этого в том, что он наилучшим образом решает проблемы, связанные с передачей сигналов от удаленных датчиков к вторичным измерительным приборам:

1. Сигналы первичных преобразователей, как правило, очень малы. Например, сигналы термопар обычно меньше 50 мВ. В промышленных условиях сильные электромагнитные помехи могут создавать паразитные сигналы, в сотни и тысячи раз превышающие полезные. Сильные токовые сигналы уровня 4–20 мА работают на низкоомную нагрузку, в результате они меньше подвержены такому влиянию.

2. Для передачи токовых сигналов 4-20 мА можно использовать соединительные провода, более дешевые по сравнению с другими. При этом требования к величине их сопротивления также могут быть снижены.

3. Еще одним преимуществом токового сигнала 4–20 мА является то, что при работе с ним легко обнаружить обрыв линии связи – ток будет равен нулю, т.е. выходит за возможные пределы. Обрыв в цепи с сигналом 0–5 мА обнаружить нельзя, так как ток, равный нулю, считается допустимым. Для обнаружения обрыва в цепях с унифицированными сигналами напряжения (0–1 В или 0–10 В) приходится применять специальные схемотехнические решения, например, «подтяжку» более высоким напряжением через высокоомный резистор.

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.

Как правило, сети полевого уровня характеризуются небольшими длинами линий связи, коротким временем цикла передачи, малыми объемами передаваемых данных (обычно все данные содержатся в одном пакете) и относительно низкими ценами на среду передачи и подключение узла по сравнению с сетями полевого уровня. Обычной задачей сетей полевого уровня является получение данных от всех устройств за время, не превышающее времени технологического цикла.

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.

ПИП с токовой петлей (CL) относится к классу универсальных двухточечных радиальных интерфейсов удаленного последовательного доступа к системам. Это соединение широко применяется в промышленном оборудовании, так как позволяет осуществить связь по физическим линиям на дальние расстояния до 3 км) без использования аппаратуры передачи данных (модемов). Интерфейс CL представляет собой двух- и четырехпроводную линию, образующую токовую петлю с дискретно переключаемым источником тока и приемником. Последовательные данные от источника к приемнику (рис. 21) передаются побитно и побайтно асинхронным способом сигналами постоянного тока i = 20 мA (иногда используются сигналы 10, 40 или 80 мA). Ток, превышающий 17 мA, представляет логическую «1»(маркер), а ток, меньший чем 2 мA, —логический «0» (пробел). Одно из взаимодействующих устройств должно быть активным и служить источником тока, а другое пассивным (приемником).

Интерфейс ПИП с RS 232 применим для установления синхронной и асинхронной связи только между двумя устройствами в симплексном, полудуплексном (двухпроводный вариант) и дуплексном режимах (четырехпроводный вариант). Скорость передачи данных по интерфейсу RS_232C составляет от 50 до 19200 бит/с. Максимальная длина линий связи при максимальной скорости не превышает 16 м. На практике это расстояние может быть существенно увеличено при снижении скорости передачи и использовании экранированного кабеля с малой собственной емкостью (при скорости 1200 бит/с максимальная длина неэкранированного кабеля достигает 900 м). Формат передачи данных определяется выбираемым протоколом связи. Типичный формат асинхронной передачи данных по этому интерфейсу представляет собой следующий пакет: байт данных оформляется стартовым битом, необязательным битом паритета и стоповым битом. Любое сообщение, передаваемое по интерфейсу асинхронным способом, представляет совокупность байтов данных, оформленных указанным образом. Сигналы этого интерфейса передаются перепадами напряжения величиной (3…15) В. Интерфейс RS-232 имеется в каждом PC-совместимом компьютере, где он используется в основном для подключения манипулятора типа “мышь”, модема, и реже – для передачи данных на небольшое расстояние из одного компьютера в другой. Интерфейс RS-232 принципиально не позволяет создавать сети, так как соединяет только 2 устройства (так называемое соединение “точка - точка”). Сейчас этот интерфейс на небольших расстояниях связи заменяется четырех проводной USB.

Интерфейс ПИП с RS 485ориентирован при 1 Мбит скорости передачи на совместную работу до 32 источников и 32 приемников данных (рис.22). Такой интерфейс позволяют объединять приборы в разветвленные сетевые структуры и поэтому в последние годы они все чаще реализуются в различных приборах, в частности, в приборах учета энергоресурсов.

Сигналы интерфейса RS-485 передаются дифференциальными перепадами напряжения величиной (0, 2…8) В, что обеспечивает высокую помехоустойчивость и общую длину линии связи до 1 км (и более с использованием специальных устройств – повторителей). Типичным форматом протокола связи является протокол из семейства ModBus.

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:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒