Меню

Выбор промышленной сети для автоматизации технологических процессов

Нижний уровень системы АСУ ТП

Полевой нижний уровень системы управления включает датчики, исполнительные механизмы, вспомогательное оборудование, обеспечивающее подготовку проб для различных измерений, промежуточное усиление сигналов и другие вспомогательные функции.

Полевой уровень АСУ ТП образуют датчики непосредственного контроля и прямого действия с натуральным или нормированным выходом, контактные концевые выключатели арматуры (или бесконтактные преобразователи информации о конечных положениях арматуры), контактные реле, органы местного управления, в том числе аварийные кнопки. Нижний уровень предусматривает возможность аварийного оперативного отключения основных механизмов и задвижек в случае отказа контроллеров и операторских станций системы.

Аппаратура полевого уровня предназначена для измерений «по месту» (в случае, регламентированном нормативными документами), а также сбора и передачи информации в ПТК.

В качестве датчиков используется сертифицированная в России аппаратура, а так же поставляемая комплектно с оборудованием.

Аппаратура полевого уровня решает задачи измерения всех физических величин, необходимых для эксплуатации и техобслуживания технологического оборудования, а именно:

  • температура различных сред и поверхности оборудования;
  • давление;
  • расход;
  • уровень;
  • контроль выбросов;
  • химический анализ проб пара и воды;
  • вибрацию подшипников турбогенераторов и механизмов;
  • электрические параметры
  • и другие величины.

Для входных аналоговых сигналов давления, уровня, расхода, состава среды предусматривается сигнал 4-20мА с поддержкой технологии HART, для дискретных 0-60В и 0-220В, для измерения температуры – натуральный сигнал термопар и термосопротивлений.

ПТК и локальные системы автоматического управления (САУ) должны на среднем и верхнем уровне поддерживать возможность прием и выдачу данных по протоколу HART и интегрироваться с программными продуктами AMS, которые используются для диагностики и конфигурации полевого оборудования.

Для повышения надёжности системы защит используется принцип измерения тремя независимыми приборами (датчиками).

Вся полевая аппаратура должна соответствовать следующим требованиям:

  • все контрольно-измерительные приборы, предназначенные для работы в тяжёлых условиях, имеют проверенную и надёжную конструкцию, материал прибора соответствует условиям измеряемой среды и соответствуют условиям эксплуатации в окружающей среде;
  • для одинаковых технологических систем приборы и их расположение идентичны;

Датчики должны устанавливаются непосредственно на вблизи мест отборов на специальных металлоконструкциях.

В качестве исполнительных механизмов регулирующих клапанов и запорной арматуры предусматриваются приводы Российского и зарубежного производства.

Питание запорно-регулирующей арматуры (ЗРА) осуществляется со сборок задвижек отечественных производителей или зарубежного производства. Сборки устанавливаются в специально предусмотренном для них помещении сборок задвижек.

Связи ПТК с источниками сигналов, панелями, сборками РТЗО, шкафами и сборками механизмов собственных нужд выполняются кабелями внешних связей. Кабели присоединяются к аппаратуре с помощью клеммных колодок. Все связи аппаратуры ПТК с датчиками (источниками аналоговой и дискретной информации), со сборками задвижек и другими системами выполняются кабелем с медными жилами, с изоляцией, не поддерживающей горение. Для сигналов 4-20мА и =24В кабель экранированный. Типы кабелей уточняются на стадии рабочего проектирования.

Кабели связей должны группировать следующим образом:

  • кабели для передачи входных и выходных аналоговых сигналов;
  • кабели для передачи входных и выходных сигналов типа «сухой контакт» (=24В);
  • кабели для передачи входных и выходных дискретных сигналов напряжением 220В;
  • кабели цифровой системной связи.

Каждая группа кабелей должна прокладывается в отдельных металлических коробах. Дублированные кабели прокладываются в раздельных коробах. Короба закрываются металлическими крышками. Участки кабелей, проходящие вне короба, прокладываются в стальных защитных трубах или лотках. Проектирование кабельных связей ведется таким образом, чтобы исключалось влияние силовых кабелей на кабели внешних связей КТС АСУ ТП.

Короба для прокладки кабелей должны заземляться на общестанционный контур заземления. Экраны кабелей внешних связей со стороны сборок задвижек, датчиков и других систем изолированы по всей длине кабеля от любых металлических частей оборудования, соединяемого с общим контуром заземления.

Источник



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Полевое оборудование

Полевое оборудование сертифицируется на допуск к применению в системах безопасности наравне с ПЛК. При этом основной упор делается на уровень самодиагностики. Использование протоколов типа HART и Fieldbus позволяет создать самостоятельную систему обслуживания полевого оборудования, независимую от РСУ и ПАЗ. Это решение на порядки повышает надежность и готовность полевого оборудования. [1]

Полевое оборудование сертифицируется на допуск к применению в системах безопасности наравне с ПЛК. [2]

Характер полевого оборудования определяется в основном методом взятия проб. [3]

В состав полевого оборудования обычно входит моторная лодка, устойчивая на воде и достаточно большая для ( 1) перевозки автоматических пробоотборников к месту их установки и обратно, для ( 2) проведения анализов, которые должны выполняться на месте ( температура, газы), и для ( 3) размещения аппаратуры, необходимой для взятия пробы с глубин и биологических исследований. Лодка должна быть очень легкой, чтобы ее можно было перевозить на автомобиле ( на крыше или на прицепе) с одного места отбора проб в другое и от дороги к воде. [4]

Системы управления полевым оборудованием в реальном масштабе времени позволяют существенным образом повысить надежность систем управления и защиты, уменьшить затраты на обслуживание, сократить число и время простоев. [5]

Непосредственно на клеммах полевого оборудования последовательно задается задатчиком / калибратором 5 значений аналогового сигнала ( 0 %, 25 %, 50 %, 75 %, 100 %) и проверяется отображение соответствующего значения на станции оператора. Показания калибратора и показаний датчика на станции оператора должны соответствовать друг другу. [6]

Иногда фермер, имеющий полевое оборудование , подряжается для внесения удобрений на другие фермы, не имеющие собственного инвентаря. Аренда техники для внесения удобрений широко распространена в зерновых районах США. Такая практика имеет и недостатки и достоинства. С одной стороны, не требуется капиталовложений в хранилища и оборудование, а с другой стороны, в период наивысшего спроса на аммиак не всегда можно получить его в нужный момент или в требуемом количестве. С возрастанием размеров площади, которую надо удобрять, стоимость внесения аммиака в почву снижается благодаря росту эффективности использования хранилищ и техники для внесения. [7]

Современная тенденция — разработка полевого оборудования , способного самостоятельно выявлять главные нарушения и сбои в своей собственной работе, и сообщать о них персоналу. [8]

Рассматриваются требования по резервированию полевого оборудования , выполнение которых необходимо для того, чтобы отнести не только ПЛК, но и систему безопасности в целом к требуемому классу. [9]

Данное решение подразумевает использование современного полевого оборудования с применением протоколов Hart и Fieldbus, и при грамотном применении способно на порядок повысить уверенность в дееспособности полевого оборудования. Кому-то эти решения могут показаться дорогими. Но цена аварии неизмеримо выше. [10]

Кроме того, в состав полевого оборудования входят автоматические пробоотборники в том случае, если не предполагается отбирать пробы вручную. Они должны быть сконструированы таким образом, чтобы порции воды достаточного объема брались в любые желаемые интервалы и с любой намеченной глубины без участия оператора; они должны быть устойчивы на воде и достаточно защищены от плавающих предметов и от постороннего любопытства. Их детали должны быть легко заменяемыми, а запасные части следует хранить под рукой. [11]

В настоящее время в состав интеллектуального полевого оборудования кроме датчиков, анализаторов и клапанов, включаются электродвигатели и насосы, работоспособность которых наряду с КИП имеет определяющее значение для производственного процесса. [12]

Читайте также:  Проводки у арендатора по ФСБУ 25 2018

Электропитание оборудования АСУТП, включая и полевое оборудование КИПиА, должно обеспечиваться от двух независимых источников. [13]

Проверка правильности проектного монтажа и подключения полевого оборудования к кроссовым шкафам АСУТП производится на основании Акта выполнения монтажа и наладки КИПиА, и сравнения с проектной документацией. [14]

Определена общая стратегия и процедуры обслуживания полевого оборудования ( деблокировка) для систем защиты технологического процесса. [15]

Источник

Система управления полевым оборудованием

10.1 Нижний уровень оборудования, полевой (Input/Output-Field level)

1. Датчик (Sensor) — это устройство, преобразующее контролируемую величину (давление, температуру, уровень, расход, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, хранения , регистрации, преобразования и передачи на управляющее устройство (контроллер, регулятор, компьютер), которое должно принять и обработать этот сигнал.

Обычно датчик (sensor) состоит из двух частей — измерительной головки (sensorhead) и преобразователя (transducer). Измерительная головка или первичный преобразователь непосредственно реагирует на контролируемый параметр ” X ” и преобразует его в электрический параметр (R,C,L, U, I ), пневматический или гидравлический сигналы. Вторичный преобразователь преобразует полученный от первичного преобразователя сигнал в выходной сигнал датчика “ X “ Рис.25. Например: первичный преобразователь (sensorhead) термопара — преобразует температуру ” X ” в термо э.д.с., а затем вторичный преобразователь (transducer)- преобразует термо э.д.с. в кодированную последовательность импульсов “ X “.

Рис.25 Структура датчика. Х — контролируемый параметр; Х’ – выходной сигнал датчика (рисунок автора).

В автоматизированных системах применяют электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные устройства, которые управляются соответствующими сигналами

В АСУ ТП наиболее распространены электрические сигналы связи, достоинствами которых являются высокая скорость передачи сигнала, низкая стоимость и доступность источников энергии, простота прокладки линий связи. В чистом виде пневматические сигналы применяют в основном в нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, где необходимо обеспечить взрывобезопасность и не требуется высокое быстродействие. Гидравлические сигналы в основном применяют в гидравлических следящих системах и устройствах управления гидравлическими исполнительными механизмами. Имеются комбинированные системы. Например, при управлении пневмо- или гидро- исполнительными механизмами с помощью PLC , электрические сигналы надо преобразовать в пневмо- или гидросигналы и наоборот.

Различают три класса датчиков:
аналоговые датчики — датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал;
цифровые датчики — генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;
бинарные (двоичные) датчики — вырабатывают сигнал только двух уровней: «включено/выключено» (т.е. 1 или 0).

В качестве выходной величины у аналогового выхода в основном используется ток 4 – 20 мА, а также напряжение 0 – 5 V , но их применение снижается (напряжение 0 – 10 V и ток 0 – 20 мА считаются устаревшими).

У цифровых датчиков сигнал на выходе кодируется в последовательность импульсов определенного формата, в соответствии с протоколом сети, в которой они используются.

Промышленные датчики являются одними из основных элементов в системах регулирования, управления и АСУ ТП.
По физическому принципу работы датчики подразделяются на бесконтактные — индуктивные, емкостные, магнитные, оптические (фотоэлектрические), ультразвуковые, и на контактные, основными из которых являются энкодеры – устройства, преобразующие угловые повороты или линейные перемещения в последовательность импульсов определенного формата и др.

Примеры промышленных датчиков.

Рис.26 Промышленные датчики

Интеллектуальные датчики

В настоящее время в автоматизированных системах все более широко применяют интеллектуальны е датчик и (smart sensor), которые имеют :

1. первичный преобразователь (sensorhead) и вто р ичный преобразователь (transducer) . В одном датчике может иметься несколько первичных преобразователей , взаимодействующих с одним вторичным .

2. усилители, для усиления сигнала с первичного преобразователя, мультиплексоры для выбора первичного преобразователя, встроенны й аналогово цифровой, вторичный, преобразователь (АЦП),

3. микроконтроллер , осуществляющий необходимые преобразования сигнала, коррекцию погрешностей преобразователя, фильтрацию помех, контроль работоспособности

4. цифровой интерфейс , поддерживающий сетевой протокол и подключающий датчик через сетевой адрес в информационную сеть для передачи данных в цифровой форме пользователю, который, в свою очередь, имеет возможность настраивать параметры датчика ( например, пределы измерения и т. п.) и запрашивать дополнительную информацию о состоянии датчика и результатах измерений.

5. память для записи значений параметров, сетев ого адрес а, данные для выполнения функций коррекции, автоматическ ой калиб­ровк и и компенсаци и нелинейностей датчик а, самодиагностики и выбора режима работы.

6. д ополнительным блоком может являться устройство местной индикации

Интеллектуальные датчики в пределах сети должны обладать свойством взаимозаменяемости, в частности иметь один и тот же протокол обмена и физический интерфейс связи, а также нормированные метрологические характеристики и возможность смены адре­са перед заменой датчика.

Датчик может быть включ ен в проводную или беспроводную сеть датчиков.

Рис. 27 . Блок схема интеллектуального датчика

Примеры интеллектуальных датчиков:

Рис. 28 Интеллектуальные датчики.

Контрольно измерительные приборы

Приборы для измерения различных параметров : температуры, давления, расхода, уровня , позиционирования, записи и регулирования , устанавливаются по месту в точках контроля или на щите. Позволяют непосредственно наблюдать значения параметров при наладке, профилактике и являются важнейшей частью системы управления. Приборы фирмы Siemens‘ изображённые на Рис. 29 являются частью концепции Totally Integrated Automation и потому гарантируют лёгкое внедрение в систему управления.

Рис.29. Контрольно измерительные приборы

2. Исполнительный механизм ( Actuator)

Исполнительный механизм — это часть исполнительного устройства. Исполнительн ое устройство осуществляет перемещение регулирующего органа в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора или управляющего устройства. . Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического управления и в общем случае состоят из блоков :

1. (УУ) устройство усиления ( контактор, частотный преобразователь, усилитель , и т.п.);

2. (ИМ) исполнительного механизма ( электро-, пневмо-, гидропривод ) с дополнительны ми ( датчик положения выходного вала т.е. обратной связи, сигнализации конечных положений , ручного привода и т. п.) элементами;

3. (РО) регулирующего органа (вентили, клапаны, заслонки, шиберы и т.п.) .

В зависимости от условий применения исполнительные устройства конструктивно могут различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств , обычно, относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.

Часто исполнительное устройство в целом, называют исполнительным механизмом (ИМ)

В зависимости от вида потребляемой энергии ИМ подразделяются на:

— комбинированные (электрогидравлические, электропневматические) .

Рис. 30 Разновидности исполнительных механизмов.

По характеру движения выходного элемента большинство ИМ подразделяются на: прямоходные с поступательным движением выходного элемента, поворотные с вращательным движением до 360° ( однооборотные ) и с вращательным движением на угол более 360° ( многооборотные ) И сполнительный механизм можно рассматривать как усилитель мощности, в котором слабый входной сигнал, усиливаясь много кратно , передается на рабочий орган.

Электрические ИМ

Электрические исполнительные устройства являются наиболее распространенными и разделаются на следующие типы:

Электродвигательные ИМ состоят из электродвигателя постоянного или переменного тока , редуктора с возможностью ручн ого привода , тормоза, соединительных муфт, контрольно-пусковой аппаратуры (указателя положения, датчика положения), устройства , формирующе го перемещение выходного вала. В зависимости от типа ИМ те или иные блоки могут отсутствовать.По характеру изменения положения выходного органа электродвигательные исполнительные механизмы могут быть постоянной и ли переменной скорости, а также шаговыми.

В электромагнитны е ИМ дискретного действия выполняются в основном на базе электромагнитов постоянного и ли переменного тока . У силие, необходимое для перестановки затвора РО, создается электромагнитом . При подаче тока в катушк у электромагнита сердечник , соединенный с затвором РО, втягивается, открывая проход для рабочей среды. При выключении электромагнита , пружина возвращает сердечник и затвор РО за крывает проход для рабочей среды. Электромагнитные ИМ применяются в основном в системах двухпозиционного регулирования (on- off) и в системах защиты и блокировки . Электромагниты применяют также в разного рода электро-магнитных муфтах .

Читайте также:  Датчик вибрации для диагностики состояния оборудования

Примеры электрических исполнительных механизмов:

Регулирующий клапан с электрическим ИМ.

Шаговый двигатель

Драйвер шагового двигатела

Прямоходовой ИМ

Рис. 31 Примеры электрических исполнительных механизмов.

Рис. 32 Примеры применения прямоходового механизма.

Рис. 33. Устройство электромагнитной муфты.

1- ротор муфты, связанный с ведущим валом двигателя; 2 — якорь муфты с электромагнитом 3; 4 — контактные кольца; 5 — щетки; 6 — ведомый вал.

При подаче тока в электромагнит через контактные кольца 4, возникает магнитное поле, которое сцепляет ротор1 и якорь 2 и вращение с ведущего вала передается на ведомый.

Электрические исполнительные механизмы характеризуются разнообразием типов, большим числом способов управления, легкостью получения различных скоростей и мощностей, а в промышленных условиях — легкостью получения источников питания .

В общем случае исполнительный механизм перемещает регулирующий орган. Это перемещение , как было видно, может быть поворотным (в пределах одного оборота) , многооборотным и поступательным . Исполнительные механизмы могут выполнять простейшие операции (например, открыть — закрыть регулирующий орган). Такие исполнительные механизмы называют двухпозициоиными (on-off) , т.к. имеет только два крайних устойчивых состояния. Если же они предназначены для плавного перемещения регулирующего органа и регулирующий может останавливаться в любом положении между двумя крайними , то их называют пропорциональными.

Регулирующие органы , используемые в системах автоматического управления , выполняют в виде клапана, задвижки, заслонки, шибера , крана и т. д. Это зависит от назначения регулирующего органа. В некоторых случаях исполнительный механизм и регулирующий орган изготовляют в одном блоке, поэтому вид исполнительного механизма зависит от вида регулирующего органа, в комплекте с которым он работает.

Пневматические и гидравлические ИМ

В пневматических ИМ усилие перемещения создается за счет давления сжатого воздуха на рабочий орган — мембрану, поршень или сильфон . Рабочее давление обычно не превышает 10 3 к Р а ( 10 Bar )

В гидравлических ИМ усилие перемещения создается за счет давления жидкости на – рабочий орган — мембрану, поршень или лопасть . Рабочее давление жидкости в них обычно находится в пределах (2,5-20)10 3 кPа (25- 200Bar) Отдельный подкласс гидравлических ИМ составляют ИМ с гидромуфтами.

Пневматические и гидравлические мембранные и поршневые ИМ подразделяются на пружинные и беспружинные. В пружинных (моностабильных) ИМ перемещени е в одном направлении осуществляется за счет давлени я на раб ч и й орган ИМ (мембрана, поршень, лопасть) , а в обратном направлении – силой упругости сжатой пружины. В беспружинных ( бистабильных) ИМ усилие перемещения в обоих направлениях осуществляется за счет давления на рабоч ий орган механизма. Пневматические и гидравлические ИМ обладают рядом преимуществ перед электрическими ИМ: простотой конструкции, большими выходными моментами или усилиями при малом габарите, высоким КПД, высок ой надежностью , не боятся перегрузок , большим ресурсом работы, возможностью плавного изменения выходных параметров в широком диапазоне, простотой преобразования энергии потока жидкости или газа в механическую мощность на выходе ИМ, устойчивостью к вибрации. При этом гидравлические ИМ, при тех же габаритах, развивают значительно большие усилия, чем пневматические, так как они работают при больших рабочих давлениях, но д.б. значительно более прочными по конструкции. Однако , для работы пневматических и гидравлических ИМ нужны достаточно дорогие источники питания, обеспечивающие нужное рабочее давление.

Рис. 34 Принцип работы пневматических ИМ.

Где а, б, в,- мембранные; г- поршневой; д- сильфонный; е- лопастный.

Источник: http :// epasu . ru / content / pnevmaticheskie — ispolnitelnye — mekhanizmy

Управление направлением движения таких ИМ осуществляется с помощью специальных распределителей, которые получают управляющие сигналы (электрические, пневматические, гидравлические, механические) от соответствующего управляющего устройства.

Рис. 35. Мембранный исполнительный механизм.

Рис. 36 Пневматические поршневые исполнительные механизмы.

Рис.37. Гидравлические исполнительные механизмы.

К устройствам цифровой гидравлической сервотехники относятся ротационные и линейные приводы с механическим или электрическим управлением, а также управляемые регуляторы расхода и предохранительные клапаны. Управляемые цифровые гидравлические приводы различных типов применяются в станках и технологическом оборудовании с ЧПУ средней точности, промышленных роботах, вспомогательных механизмах для регулирования скорости движения серводвигателей. См. http://elvip.ru/?p=290#more-290.

Интеллектуальные исполнительные механизмы (Smart actuators)

Современное ново е технологическо е оборудовани е предъявляе т и новые требования к функциональным характеристикам исполнительных механизмов для этого оборудования. В первую очередь это: сверхвысокие скорости движения рабочих органов ; сверхвысокая точность движений, необходимая для прецизионных технологий ( перемещений вплоть до микро- и нано метров, ); быстрое и точное перемещение рабочих органов по сложным контурам и поверхностям; минимизация массо-габаритных показателей ; интеллектуальное поведение технологических машин, работающих в изменяющихся и неопределенных внешних средах; высокая надежность и безопасность функционирования . Эти требования вызвали появление интеллектуальных ИМ, которые способны:

совершать сложные траекторные движения;

адаптироваться к изменениям внешней среды;

изменять и расширять диапазон регулирования скорости, ускорения, момента,

координировать свои перемещения с другими ИМ;

установить направление движения привода в случае пропадания управляющего сигнала;

выбрать метод остановки привода: по достижению конечного положения или по превышению момента;

поддерживают сетевые протоколы и могут обмениваться цифровой информацией через сетевой интерфейс с другими участниками информационной сети.

Такие ИМ построены по модульному принципу и объединение модулей МИКРОКОНТРОЛЛЕР + УСИЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО + ДВИГАТЕЛЬ + МЕХАНИЗМ + ДАТЧИК с соответствующим программным обеспечением МИКРОКОНТРОЛЛЕРА представляет собой интеллектуальный исполнительный механизм .

Рис. 38 Структурная схема интеллектуального ИМ (рисунок автора).

СИ- сетевой интерфейс;

МК- микроконтроллер( запись информации в память, обмен информацией контроллера с силовым преобразователем, датчиком и, при необходимости, вышестоящей управляющей ЭВМ осуществляется на основе стандартных интерфейсов) ;

УУ- усилительное устройство (управляемые выпрямители, широтно-импульсные преобразователи, преобразователи частоты, усилители мощности переменного тока).

ДВ-двигатель( асинхронные трехфазные двигатели, исполнительные асинхронные микродвигатели, исполнительные двигатели постоянного тока, синхронные шаговые двигатели).;

М- механизм (передаточное устройство — муфты, кинематические механизмы типа редукторов, тормозные устройства);

РО- регулирующий орган;

ДП- датчик положения регулирующего органа для преобразования механических величин (скорость, перемещение) в электрический сигнал( энкодер).

Примеры интеллектуальных ИМ Рис.39.

Интеллектуальный электропневматический позиционер SIPART PS2 (Siemens) используется для управления регулирующими клапанами с поворотным или линейными перемещениями .

Источник

Выбор промышленной сети для автоматизации технологических процессов

В настоящий момент времени понятие «современное полевое оборудование» означает непременно «интеллектуальное оборудование», то есть оборудование (контрольно-измерительные приборы и исполнительные устройства), снабженное вычислительными мощностями и средствами цифровой коммуникации. Аналоговые приборы, то есть приборы, формирующие на выходе только стандартный аналоговый сигнал (чаще всего, 4 — 20 мА) стремительно исчезают из производственных программ ведущих фирм — производителей и, соответственно, с рынка полевого оборудования. Аналогичным образом, аналоговое исполнительное устройство — это устройство, воспринимающее стандартный аналоговый сигнал для формирования управляющего воздействия на технологический процесс в виде изменения расхода вещества или энергии. И здесь процесс замены аналоговых исполнительных устройств на интеллектуальные (то есть на устройства с интеллектуальными позиционерами) идет довольно интенсивно.

Читайте также:  Балансовая стоимость цели расчета формула бухгалтерская справка

Вот три основные причины устранения аналоговых устройств с рынка полевого оборудования:

— неудовлетворительные технические характеристики (метрологические, надежностные, динамические и пр.);

— стремительное развитие микропроцессорной техники, которое привело к созданию высокоэффективных, надежных и, вместе с тем, дешевых микропроцессоров и различных специализированных микросхем для применения в конструкциях полевого оборудования.

Понятие «недостаточная информативность» означает, что с точки зрения современных требований к качеству управления аналоговый сигнал несёт слишком мало информации. Отсутствует информация, подтверждающая достоверность результата измерения, то есть информация, подтверждающая исправность средства измерения. Отсутствует информация о самом средстве измерения (его тип, позиция, настройки). Достаточно представить себе ситуацию, когда в кроссовом помещении перепутали провода, идущие от разных датчиков; чтобы исправить положение необходимо провести сложную и утомительную процедуру «прозвонки» проводов. Кроме того аналоговый сигнал исключает саму возможность обратного воздействия на средство измерения с целью, например изменения его настроек. К перечисленным негативным факторам добавим свойственную аналоговым сигналам низкую помехоустойчивость.

Результатом развития методов и средств цифровой коммуникации явился HART — протокол. Принцип HART — коммуникации: цифровой высокочастотный сигнал накладывается на аналоговый сигнал стандартного диапазона 4-20 мА. Цифровой сигнал накладывается на аналоговый сигнал, не деформируя его. Цифровой сигнал основан на двоичном коде: нуль (0) реализуется посредством частоты 2200 Гц, а единица (1) посредством частоты 1200 Гц. HART — коммуникация осуществляется на основе стандартизованного протокола (HART — протокола). Посредством HART — коммуникации передаётся в обоих направлениях большое количество информации. От полевого оборудования в систему передаются: данные о параметрах технологического процесса, конфигурация полевого оборудования, его состояние и диагностические данные. От системы к полевому оборудованию передаются запросы на предоставление информации, команды на изменение настроек и пр. Коммуникация с полевым оборудованием может осуществляться либо через персональный компьютер (например, с рабочего места оператора), либо посредством HART-коммуникатора, подключённого к любому удобному месту контура 4- 20 мА. В настоящее время все контрольно — измерительное оборудование ведущих фирм имеет HART-исполнения. По оценке экспертов, количество производителей HART-совместимых продуктов превысило сотню.

Таким образом, HART — прибор — это прибор, снабжённый техническими средствами для обеспечения HART — коммуникации. Очень важным является то обстоятельство, что HART — протокол является универсальным и стандартизованным. Реализация HART — коммуникации в конкретном приборе любой фирмы-производителя соответствует стандартному протоколу, а также форматам описаний устройств и языку их обработки. Поэтому посредством HART — коммуникатора или программного обеспечения одной фирмы можно осуществлять цифровую коммуникацию с HART — приборами других фирм. Основные преимущества при использовании HART — устройств достигаются за счёт следующих факторов:

— высокая помехоустойчивость, свойственная вообще цифровой коммуникации;

— возможность дистанционной калибровки, конфигурирования и проверки состояния прибора,

— экономия кабеля для многопараметрических датчиков;

— повышение достоверности результата измерения (цифровой сигнал дублирует аналоговый сигнал);

— наличие «собственной» базы данных в каждом интеллектуальном приборе;

— возможность подключения к системе полевого оборудования разных производителей.

Освоение цифровых технологий открыло, в свою очередь, путь к появлению и развитию сетевых технологий. Сетевая технология — это раздел информационной технологии, основной характеристикой которого является объединение различных устройств общей линией («шиной»). Все устройства, объединенные этой шиной, образуют сеть, они передают в нее и получают из нее информацию. Вот три основные предпосылки, которые побуждают разработчиков систем АСУ применять сетевые технологии:

— высокая (и все возрастающая) стоимость кабельной продукции;

— высокая стоимость работ по монтажу, пусконаладке и эксплуатации централизованных систем, то есть систем с параллельным способом передачи информации от полевых устройств в систему;

— растущая потребность в распределении вычислительных мощностей между элементами системы и, в том числе, между полевыми устройствами.

Суть сетевой технологии применительно к полевому оборудованию заключается в подключении большого количества полевых устройств к одной линии, называемой полевой шиной. Действительно, вместо того, чтобы «тянуть» линию от каждого прибора, достаточно объединить все датчики, контроллеры и исполнительные устройства одной линией — шиной. К одному сегменту шины можно подключать полевое оборудование различного назначения. За счёт применения сетевой технологии достигаются высочайшие преимущества в плане передачи, обработки и хранения информации и экономии кабельной продукции. Все сетевые системы, связывающие полевые устройства с устройствами верхнего уровня, объединены понятием Fieldbus (буквально — полевая шина). Наиболее распространённые варианты (протоколы) промышленных сетей (применительно опять-таки к полевому оборудованию) — это FOUNDATION FIELDBUS, и PROFIBUS-PA .

Оба протокола различаются по нескольким важным моментам. Например, в FIELDBUS FOUNDATION обеспечивается циклическая связь между полевыми устройствами, что позволяет реализовать децентрализованные контуры управления и вычисления; предусмотрены также независимые аварийные сигналы от полевых устройств. В PROFIBUS процедура обмена между управляющими и подчиненными устройствами всегда требует циклического или ациклического вызова со стороны управляющего устройства; независимое воздействие (сигнал) подчинённого устройства или обмен данными между двумя подчинёнными устройствами невозможен без участия управляющего устройства.

Таким образом, прибор, поддерживающий FOUNDATION FIELDBUS или PROFIBUS-PA или какой-либо иной протокол, — это прибор, снабжённый техническими средствами для функционирования по данному протоколу. Выбор сетевого протокола для полевого оборудования (контрольно-измерительных приборов и исполнительных устройств) определяется требованиями системы управления.

Попробуем теперь сравнить три системы полевого оборудования: аналоговую, HART и сетевую (FIELDBUS). Образно говоря, аналоговая система — это наше вчера, система HART — это наше сегодня, сетевая система — это наше завтра. По сравнению с аналоговым вариантом вариант HART обеспечивает несравненно больший объем информации и дополнительные очень важные и полезные функции (помехоустойчивая двусторонняя связь между полевым оборудованием и контроллером, дистанционная проверка исправности оборудования, дистанционное изменение настроек, диагностика, сигнализация неисправностей элементов оборудования и пр.).

По сравнению с HART — вариантом сетевой вариант обеспечивает пользователю те же самые возможности, но при этом предоставляет существенные дополнительные преимущества:

— часть функций управления передаётся на уровень полевого оборудования.

— существенно расширяются возможности по передаче, обмену и хранению информации.

— достигается существенная экономия кабельной продукции и сопутствующих затрат на прокладку и обслуживание кабелей.

Однако эти преимущества могут быть реализованы только в том случае, если распределённая система управления поддерживает данный сетевой протокол. То есть выбор варианта здесь исходит от системы!

Разработчики и производители полевого оборудования активно готовятся к применению приборов в сетевых системах. В состав производственных программ включаются исполнения приборов, поддерживающие сетевые протоколы. Выполнение конструкции по блочно — модульному принципу позволяет реализовывать различные исполнения посредством сменных модулей.

Пользователь, выбирая полевое оборудование, выполненное по блочно — модульному принципу, в определённой степени страхует себя от возможных изменений в будущем. Например, заменой соответствующего модуля можно переделать HART -прибор в прибор, поддерживающий протокол FOUNDATION Fieldbus.

Аналогичным образом, выбирая программное обеспечение для интеллектуального полевого оборудования, следует остановить выбор на универсальном продукте, поддерживающем несколько основных коммуникационных протоколов.

Источник