Управление процессами: передача технологических параметров
Дик Джонсон Control Engineering
Преобразователь технологических параметров (PVT – process variable transmitter) является простым устройством, играющим важную роль. Являясь связывающим звеном между датчиками и системой управления практически любых непрерывных технологических процессов, эти устройства должны передавать точные данные в сеть управления, обеспечивая контроль над процессом и качеством продукции. Журнал Control Engineering и Reed Research Group, члены организации Reed Business Information (www.reedbusiness.com), изучили последние тенденции в сфере применения преобразователей технологических параметров с помощью опроса в Интернете и по электронной почте, единственного по данной тематике с 2002 года. Наметились тенденции к уменьшению размеров преобразователей, использованию беспроводных технологий, а также к увеличению доли многопараметрических преобразователей.
Респонденты используют преобразователи для решения сходных по типу задач, распространенность которых полезно сравнить. Непрерывные процессы получили 47,3 % голосов, непрерывные и периодические – 40,6 %, только периодические – 12,1 %. Показатели изменились лишь на 1-2 % по сравнению с опросом 2002 года. Типы используемых преобразователей (датчиков) продолжают соответствовать технологическим параметрам „большой четверки”: давлению, температуре, уровню и расходу.
Беспроводные технологии для систем управления не за горами.
Есть ли необходимость в дальнейшем увеличении производительности, уменьшении размеров и снижении стоимости датчиков, критичных для многих других устройств управления? С помощью постоянно развивающейся электроники, похоже, удалось достичь необходимой в большинстве приложений скорости. Улучшенная электронная начинка в сочетании с новейшими технологиями сборки привела к появлению более компактных и не столь дорогих приборов. Однако, в материалах этого года, посвященных PVT-преобразователям, появился термин, которого не было в 2002 году: беспроводный.
По словам Лоренса Ванелла (Lawrence Vanell), технического менеджера по низкоуровневым устройствам компании Honeywell Inc. (www.honeywell.com), появление этой технологии в сфере PVT-преобразователей является значительным достижением. Учитывая количество датчиков и размеры многих технологических установок, имеет смысл обойтись без дорогих проводных соединений между преобразователем и управляющим контуром.
Хотя беспроводные преобразователи уже существуют, они еще не приспособлены к работе в составе систем управления. „Имеющиеся на сегодняшний день беспроводные датчики успешно используются в широком спектре задач мониторинга технологических установок. Но из-за того, что любое радиоустройство может иногда терять сигнал, на данный момент не рекомендуется использовать беспроводные приборы в системах управления”, – считает Ванелл.
Как только беспроводные датчики смогут предотвращать потерю сигнала или во время обрыва соединения сохранять данные в себе и передавать их после восстановления связи, эти приборы присоединятся к широкому классу беспроводных устройств, доступных инженерам систем управления. Ванелл утверждает, что появление беспроводных преобразователей для систем управления не за горами, „вероятно, года через три, через пять точно”.
Будущее за многопараметрическими датчиками
Миниатюризация электронных компонентов приводит к появлению более компактных и интеллектуальных преобразователей. Многопараметрические устройства позволяют инженерам осуществлять сбор всех необходимых данных, при этом снизить стоимость необходимых проводных соединений и уменьшить количество мест для установки датчиков, которые являются потенциальными источниками утечек и других рисков. Тем не менее, такие устройства не очень распространены. По данным последнего опроса, широкое использование многопараметрических приборов наблюдается лишь в небольшой доле технологических установок (подробнее см. диаграмму „Использование многопараметрических преобразователей”). У большей части респондентов (60,5%) менее четверти преобразователей являются многопараметрическими. Эти данные практически не отличаются от полученных в опросе 2002 года.
По данным прошлого опроса, в среднем 22% всех датчиков являются многопараметрическими. Судя по последнему опросу, эта величина достигла 26%, что вряд ли можно считать прорывом на фоне общего парка установленного оборудования. По словам Сата Рао (Sath Rao), руководителя исследований в области автоматизации и управления процессами в компании Frost & Sullivan (www.frost.com), многопараметрические преобразователи только начинают захватывать рынок средств управления. „Многопараметрические преобразователи становятся все более востребованными не только в задачах модификации устаревших систем, когда основной сдерживающий фактор – стоимость замены нескольких измерительных каналов с разными преобразователями, но и в новых проектах”. Многопараметрические устройства позволяют сократить затраты на покупку и установку оборудования. К тому же, возрастает общая надежность системы, поскольку используется меньшее количество преобразователей”, – утверждает Рао.
|
|
|
Многопараметрические преобразователи используются лишь в небольшой доле технологических установок. У большей части респондентов (60,5%) менее четверти преобразователей являются многопараметрическими. Однако их количество увеличилось с 2002 года |
Мишель Херш (Michelle Hursh), менеджер по продукции в компании Emerson Process Management, также говорит о скором завоевании рынка: „Компания Rosemount ощутила увеличение спроса со времени выпуска первых преобразователей серии 3095 десять лет назад. Как только инженеры систем управления осознали преимущества многопараметрических устройств, стереотипы были разрушены, и их начали устанавливать”.
Будущее протоколов
Существует множество протоколов обмена данными, предназначенных для систем управления. Из проведенного опроса становится ясно, что многие „старые добрые” протоколы еще в ходу, аналоговая связь все еще доминирует. Самое большое изменение по сравнению с прошлым опросом – увеличение процента использования шины FOUNDATION Fieldbus, которая в этом опросе полностью затмила Profibus PA.
Станут ли цифровые протоколы стандартом 21-го века? Майкл Кушинг (Michael Kushing), менеджер по маркетингу промышленного контрольно-измерительного оборудования в компании Siemens Energy & Automation Inc. (www.siemens.com), считает: „Не так быстро. Проведем историческую аналогию: когда в 1983 году был выпущен первый интеллектуальный преобразователь, потенциальным пользователям необходимо было лишь снять имеющееся аналоговое устройство, установить интеллектуальный преобразователь и провести его настройку. Менялся только преобразователь, не было нужды в новых проводных соединениях, платах ввода/вывода, источниках питания или системном программном обеспечении. Даже при таких идеальных условиях, прошло более десяти лет, прежде чем интеллектуальные датчики превзошли по массовости аналоговые”.
По мнению Кушинга, замена имеющегося устройства с прямыми проводными соединениями системой на основе шины данных не аналогична замене аналогового преобразователя интеллектуальным. Переход от прямых проводных соединений на шины, такие как Profibus или FOUNDATION Fieldbus, требует замены всех компонентов: преобразователей, проводных соединений (необходима, по крайней мере, установка терминаторов), плат ввода/вывода, программного обеспечения. Замена самого датчика наименее затратна. Более подходящей аналогией, по мнению Кушинга, является замена пневматических преобразователей электронными, так как в этом случае изменения касаются архитектуры в целом.
„При создании технологических установок выбор между HART, FF или PA зависит от того, насколько разработчик знаком с новыми технологиями и насколько он в них уверен. После того, как будут осознаны и документально подтверждены долгосрочные выгоды от использования шин данных, все новые установки будут строиться на их основе. Однако, поскольку подавляющую часть рынка в США составляет обслуживание и ремонт и продолжается продажа пневматических преобразователей (морально устаревших еще 50 лет назад), пройдет еще много времени, прежде чем шины Profibus и FOUNDATION Fieldbus полностью вытеснят преобразователи 4-20 мА/HART”, – отмечает Кушинг.
ДАТЧИКИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Четыре в одном
|
|
|
|
Датчик массового расхода с поддержкой шины FOUNDATION Fieldbus измеряет четыре величины: давление, перепад давления, температуру и массовый расход. Использование одного универсального датчика снижает степень вмешательства в процесс, сокращает затраты на оборудование и установку. Данный прибор обеспечивает полностью компенсированное измерение потока, уменьшая погрешности, характерные для классических расходомеров. Для определения массового расхода измеряются давление и температура процесса, необходимые при вычислении в реальном времени всех параметров уравнения движения потока, включая плотность, вязкость, скорость, число Рейнольдса, бета-отношение, скорость набегающего потока, коэффициент расхода и коэффициент расширения газа.
Rosemount Measurement Div.
Беспроводный мониторинг
Беспроводные преобразователи XYR 5000 могут обеспечить автоматизированный мониторинг параметров в случае, если установка традиционных проводных соединений слишком сложна или затратна по времени или стоимости. Данные устройства осуществляют мониторинг абсолютного и относительного давления, температуры и ультразвукового шума (для определения утечек газа и пара). Они имеют встроенный аналоговый вход (поэтому могут наделять устройства стандарта 420 mA беспроводными возможностями), дополнительный цифровой ввод/вывод, дополнительные внешние антенны для передачи измеренных данных на базовую радиостанцию, подключенную к системе управления или к системе сбора данных. Погрешность преобразователя – 0.1% шкалы, время работы батареи – пять лет. О разрядке батареи предупреждает сигнал.
Honeywell Inc.
Многопараметрические измерения
Высококачественные многопараметрические измерители плотности и расхода по методу Кориолиса не содержат движущихся частей, создают минимальный перепад давления, предоставляют точные измерения вне зависимости от типа жидкости. Существуют измерители различных форм, подходящие для жидкостей, газов, гидросмесей и суспензий в трубах от 0,1 до 10 дюймов. Объемный расход, компенсированный объемный расход, содержание твердых примесей и концентрация вычисляются на основании прямых измерений массового расхода, плотности и температуры.
В последних версиях увеличен верхний предел рабочей температуры, равный теперь 400 градусам Цельсия. По имеющимся данным, измерения остаются точными даже при высоком содержании увлеченных газов. Измерители имеют встроенную систему полной диагностики и средства коммуникации DeviceNet и Profibus PА.
Micro Motion
Датчики уровня
Датчик уровня IMV31 с компенсацией плотности основан на гидростатических методах измерений и технологии многопараметрических датчиков. Измеренные значения температуры, относительного и абсолютного давления используются для корректировки изменений плотности жидкости или пара. На выход датчика подается сигнал 4-20 mA, пропорциональный уровню, поддерживается технология цифровой передачи данных HART. IMV31 подходит как для открытых (вентилируемых), так и для закрытых (находящихся под давлением) резервуаров в быстродействующих системах, либо для других задач с повышенными требованиями.
Invensys/Foxboro
Простые в использовании преобразователи
В серии YTA представлены температурные датчики YTA50, YTA70, YTA110, YTA310 и YTA320. Пользователи утверждают, что все они проще в установке, настройке и использовании, чем традиционные температурные датчики, и подходят практически для любых задач. Поддержка универсального ввода снижает затраты на дополнительное оборудование. Погрешность аналого-цифрового преобразования устройства серии YTA, в особенности моделей YTA310 и YTA320, составляет всего 0,02% диапазона. Поддержка функции согласования с датчиками уменьшает полную погрешность измерений на 75%.
Yokogawa
Преобразователи для решения различных задач
Преобразователи дифференциального, абсолютного и избыточного давления серии 2600T со встроенными датчиками и протоколом связи HART, а также связью по шинам Profibus и FOUNDATION Fieldbus предназначены для решения широкого спектра задач, требующих измерения и расчета уровня, массового и объемного расхода газов, паров и жидкостей. Для изменения температуры технологического процесса к преобразователю может быть подключен дополнительный датчик температуры. В зависимости от назначения приборы изготавливаются из различных материалов и могут использоваться в самых сложных условиях. Надежность платформы 2600Т основывается на внутреннем резервировании индуктивных датчиков. Приборы данной серии отвечают всем требованиям самодиагностики, надежности и готовности.
ABB
Двусторонний беспроводный интерфейс
Интерфейс 5605715-X-DRX представляет собой модуль ввода-вывода с интегрированным радиоинтерфейсом, предназначенный для двусторонней передачи цифровых и аналоговых 4-20 мА сигналов в жестких условиях производства. Конструкция трансивера допускает варианты подключения нескольких каналов ввода/вывода в различных комбинациях. Диапазон передачи 902-928 МГц, относящийся к ISM (Industrial, Scientific and Medical band), и технология передачи сигналов с расширенным спектром устраняет необходимость в проводных и кабельных соединениях и гарантирует устойчивую связь удаленных устройств с системой управления. Типичные задачи – мониторинг давления, температуры, уровня и расхода, а также функции коммутации и аварийного оповещения.
Ametek Drexelbrook
Программируемый преобразователь
Программируемый преобразователь температуры и произвольных сигналов TMZ, совместимый с шиной Modbus, обладает высоким входным разрешением и обеспечивает исключительную точность цифровых измерений. Преобразователи совместимы с сигналами широкого спектра датчиков и аналоговых устройств, включая терморезисторы, термопары, потенциометры, ток и напряжение. Входные сигналы преобразуются в стандартный протокол Modbus RTU (RS-485), используемый системами управления, основанными на Modbus.
Moore Industries-Int’l Inc.
Датчик давления
Датчик Sitrans DSIII измеряет относительное давление, абсолютное давление, расход или уровень. Датчики могут быть комплектованы различными типами металлических мембран для использования в агрессивных средах. Двухпроводное устройство дает на выходе сигнал 4-20 мА, пропорциональный давлению. Датчик программируется вручную с помощью трех кнопок с магнитным удержанием, либо удаленно с помощью коммуникатора HART или специального программного обеспечения. Поддерживается также шина FOUNDATION Fieldbus.
Siemens Energy and Automation
Измерение температуры и влажности
Преобразователь влажности и температуры Vaisala, основанный на сенсоре HUMICAP, серии HMT330 используется для решения задач с повышенными требованиями. Он имеет большой числовой/графический дисплей с интерфейсом на нескольких языках, позволяющий просматривать как текущие измерения, так и историю за последний год. Шесть моделей охватывают весь диапазон изменения влажности, широкий температурный диапазон (от -70 до 180°С) и диапазон давлений от 0 до 10 МПа. Поддерживается подключение нескольких датчиков влажности. Име-ется три аналоговых выхода, последовательный интерфейс и сигнальные реле. Возможно исполнение для работы во взрывоопасной зоне.
Vaisala Inc.
Компактный датчик
Датчик давления 626-CH обеспечивает погрешность в 0,25% от диапазона измерения, от предельного вакуума до смесей в диапазоне от 0-34 кПа до 0-34 МПа. Устройство сделано из нержавеющей стали марки 316 и 316L и предназначено для измерения давления воздуха, определенных газов и жидкостей. На выход датчика подается сигнал в виде тока или (опционально) напряжения. Датчик 626-GH поставляется в компактном корпусе (75 мм на 22 мм) NEMA 4X (IP66) и работает при температурах до 93°С. Имеются датчики с поддержкой разных диапазонов измерений.
Dwyer Instruments Inc.
Высокотемпературные устройства
Высокотемпературные расходомеры Coriolis серии Optimass 8000/900c0 измеряют массовый расход, объемный расход и плотность при температурах среды от -180 до 350°С. Существует пять вариантов размеров, отвечающих требованиям широкого спектра задач. Поддерживаются различные типы соединений, включая стандартные фланцевые, а также стерильные и асептические соединения. Дополнительно устанавливаются интегрированные или удаленные электронные компоненты, заводская термоизоляция и системы жидкостного нагрева. В конвертеры и интерфейсную часть датчиков расходомера встроена резервная электроника.
Krohne Inc.
Измерение характеристик жидкости
Семейство датчиков Solu Comp Model XMT, измеряющих уровень pH, ORP, проводимость, уровень кислорода, хлора и озона, используется в широком спектре задач. Устройства соответствуют стандартам NEMA 4X/IP65 устойчивости к атмосферным воздействиям и коррозии и предназначены для установки на панели, стене или трубе. Датчики совместимы с цифровыми протоколами HART и FOUNDATION fieldbus, что позволяет операторам снимать показания, конфигурировать и устранять неисправности датчика с помощью любого подключенного к сети компьютера.
Emerson Process Management,
Rosemount Analytical Div.
Измерение энергии и мощности
Многопараметрический контроллер Signet 8900 со встроенным счетчиком количества теплоты позволяет с высокой точностью измерить потребление энергии и мощности. Данное устройство может быть использовано в качестве универсального контроллера или многопараметрического преобразователя и подходит практически для любых задач, в которых требуется многоканальный или многопараметрический прибор. Поддерживается одновременное подключение до шести датчиков разных типов, включая датчики расхода, уровня pH, ORP, проводимости/ удельного сопротивления, давления, температуры и уровня. Два базовых блока, один с LCD-дисплеем с подсветкой, другой с вакуумным люминесцентным дисплеем, настраиваются пользователем в процессе работы и обладают широкими возможностями ввода/вывода данных.
George Fischer Inc.
ce
20 июня, 2018
28 апреля, 2017
23 июля, 2019