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Come scegliere il miglior segnale di controllo per i sistemi di controllo di processo

Sistemi di controllo di processo Burkert

Poiché i sistemi di controllo di processo continuano ad avanzare e l'uso di soluzioni di rete complicate sviluppa, c'è ancora un requisito per il semplice segnale analogico? Chris Hoey di Bürkert, fornisce una panoramica selezionando i segnali di comando corretti per produrre il sistema di controllo di processo ottimale.

Si tratta di circa 20 anni da quando 'esperti' del settore hanno dichiarato che 4-20mA sarebbe scomparsa dal mercato, per essere sostituito da reti digitali o soluzioni di bus di campo. Mentre c'è una parte di verità che i sistemi collegati in rete hanno preso una gran parte della quota di mercato, 4-20mA è ancora vivo e vegeto. Ci sono due ragioni principali per questo: in primo luogo che i sensori intelligenti, più costosi, realizzati per le reti fisse non sono sempre le opzioni più convenienti, né sono le caratteristiche "intelligenti" in offerta dai dispositivi di campo intelligenti sempre voluto o richiesto.

In secondo luogo, l'industria controllo di processo è cambiata significativamente, con molto più automazione in fase di installazione in impianti più piccoli, come la trasformazione dei prodotti alimentari, trattamento acque, monitoraggio remoto, ecc Si potrebbe dire che 4-20mA era l'ultimo segnale veramente universale, accettato da tutti sistema, ogni venditore, e ogni componente di controllo. Ciò significa che i cicli di controllo unico, piccole piante e trasportabile attrezzature skid-tipo avranno sempre bisogno di una soluzione semplice, a basso costo che 4-20mA offre.

Versatilità

Non dimentichiamo quanto sia versatile questo segnale 'semplice' è. Esso utilizza due soli fili per trasmettere il segnale, che consente di alimentare il trasmettitore campo con la propria tensione di alimentazione e può correre per lunghe distanze su cavo standard. Utilizzando lo zero vivo (4mA anziché 0mA) percepisce una rottura di un cavo o guasto dello strumento, non è eccessivamente suscettibile al rumore, è molto accurata e basso costo. Il rovescio della medaglia è che i due fili possono portare una sola variabile o strumento.

Tuttavia, poiché il numero di controllo loop aumenta, i costi iniziano a moltiplicarsi, come avete bisogno singoli cavi, ghiandole, terminali e ingressi per ogni elemento. Così come l'hardware, lo spazio che richiede e, soprattutto, il lavoro per progettare, installare e commissioni, il che lo rende non competitiva contro le reti di bus di campo in applicazioni con molti sensori e dispositivi di retroazione. È diverso per ogni installazione, ma vi è un punto in cui il passaggio da un analogo ad una rete digitale diventa più conveniente.

Fieldbus

Con l'utilizzo di reti fieldbus, ora è possibile avere migliaia di ingressi e uscite su un unico cavo. Questo riduce l'infrastruttura che avreste bisogno di un sistema tradizionale e può risparmiare fino al 50 per cento dei costi del progetto, anche se l'hardware reale diventa più costoso. Utilizzando apparecchiature campo intelligente, l'intera trasmissione del segnale digitale è accurato e generalmente c'è configurazione e spesso dati diagnostici disponibili. Per la grande impiantistica, in particolare per l'industria pesante come il petrolchimico, ad esempio, questa metodologia è l'ideale.

Il rovescio della medaglia è il numero di scelte che un progettista processo deve fare quando si progetta questi sistemi, il primo essere che di rete, in quanto non si può facilmente mescolare reti in loco. Mentre le reti più popolari utilizzati non sono proprietari, non sono ancora disponibili presso tutti i fornitori, che inizia a limitare le scelte di componenti, anche se possono essere più adatto per l'applicazione. Per queste ragioni, è raro vedere un sito che utilizza solo le reti digitali, ma quasi tutti i siti più grandi non utilizzare la tecnologia bus di campo. Questo ci porta alla installazione più comune, il sistema ibrido.

Soluzioni ibride

Il sistema ibrido incorpora entrambe le tecnologie. Il 4-20mA è utilizzato nel campo, che mantiene i componenti costo generico ed inferiore, e quindi il segnale è alimentato in un campo di ingresso / uscita (I / O) pannello dove questi segnali sono raggruppati e poi trasmessi alla centrale di controllo tramite bus di campo. Senza dubbio, questo sistema è il più basso costo per implementare e semplice da capire e mantenere. L'unico aspetto negativo per una rete che non è completamente digitale è che molto probabilmente non sarà possibile ottenere la configurazione o informazioni di diagnostica dallo strumento campo, ma il vantaggio è che lo strumento stesso sarà costo notevolmente inferiore. Al fine di mostrare chiaramente dove ogni opzione di comunicazione può andare bene, diamo un'occhiata a un esempio:

Analogico in pratica

Immagina un singolo circuito di controllo del flusso; Diciamo che è l'alimentazione dell'acqua a un altro processo che deve essere mantenuto alla stessa velocità. Sceglieremmo un flussometro basato sui requisiti dell'applicazione, con uscita 4-20mA. Per controllare il flusso, sceglierei una valvola di controllo modulante con ingresso 4-20mA. Ma per chiudere il ciclo, abbiamo bisogno di un controller Proportional Integral Derivative (PID) tra questi due strumenti che può essere configurato per l'applicazione; questo richiederà un input e un'uscita 4-20mA - fatto.

Ora diciamo che ci sono 15 di questi loop, tutti identici, e il responsabile dell'impianto vuole monitorare e registrare i flussi nel sistema (supponiamo un livello PLC e SCADA). Utilizzando 4-20mA, dovremmo ora inviare i segnali 15 al PLC, oltre ai segnali 15, che richiedono schede di ingresso 6-8 e fino a 90, pressacavi 30, passerelle, spazio sul pannello, alimentatori, isolamento del segnale, ecc. Ora questa opzione inizia a diventare più costosa.

sistemi di controllo di processo

L'opzione digitale

Proviamo completamente digitale. Sceglieremo un protocollo di bus di campo, come Profibus. Avremo bisogno di installare un master Profibus al PLC (a meno che non è incorporato) e poi scegliere un misuratore di portata che ha Profibus, così come una valvola di controllo che ha Profibus. Così ora abbiamo uno slot nel rack PLC, una ghiandola e un cavo per tutti i dispositivi. Il PLC può ora leggere il segnale di processo e controllare il ciclo e registrare i dati, tramite i nodi Fieldbus 30.

L'unico inconveniente è che l'apparecchiatura campo è ora più costoso, a volte notevole, e specifica Profibus, quindi se la pianta cambiato Ethernet in due anni, l'apparecchiatura campo dovrebbe essere scartata o un gateway di rete-rete adattato sarebbe necessario essere installato. Questo disegno è molto più complesso e può richiedere tecnici di manutenzione altamente qualificati.

La soluzione ibrida sarebbe quella di utilizzare l'originale attrezzature da campo a basso costo, ma per collegare direttamente ad un (campo) locale pannello I / O che li converte in Profibus e li trasmette al PLC. È possibile ottenere i risparmi sui costi dell'impianto, con la strumentazione di campo minore costo, anche tenendo conto del cluster hardware I / O. Per questo esempio il motivo ibrido fornisce la soluzione più conveniente.

Best Practice

La cosa veramente interessante è che Bürkert ha soluzioni disponibili per ciascuna delle opzioni di cui sopra. Il cliente può scegliere l'installazione che meglio li soddisfa. Ma, cosa succede se il cliente è venuto a Bürkert con questa applicazione in fase di progettazione? Vorremmo scegliere misuratori di portata con uscita 4-20mA (8035) e dei mangimi questi direttamente nelle nostre valvole modulanti (2301) con posizionatore Profibus abilitato e controller opzionale PID integrato (8693). Questo dispositivo dovrebbe controllare i flussi direttamente così come processo di trasmissione, produzione, configurazione e persino dati diagnostici al PLC, via solo 15 nodi Fieldbus. Questa soluzione 'Bürkert', pur essendo in parte ibrida, avrebbe dato tutte le funzionalità del sistema completamente digitale, ma essere a basso costo intorno 30% rispetto l'opzione più economica di cui sopra, un buon esempio di soluzioni intelligenti.

Consigli Crucial

Non c'è soluzione perfetta per tutte le situazioni. Ci sono molte considerazioni che pesano nella scelta corretta del cablaggio del segnale del sito, con costo di essere solo uno. Chiedete sempre un consiglio competente e sviluppare uno strumento in grado di stimare il costo totale dell'impianto, compreso l'hardware, il software e il lavoro. Quindi prendere in considerazione se sarà facile messa in servizio e manutenzione, e se si ha la competenza in loco per la tecnologia bus di campo. Come spiegato in precedenza, Bürkert ha soluzioni per tutte le opzioni, quindi non abbiamo pregiudizi verso uno o l'altro, solo un impegno a fornire il miglior valore e affidabilità a lungo termine.

Helen Christopher
Bürkert Fluid Control Systems
Tel: + 44 (0) 1285 648720 Fax: + 44 (0) 1285 648721
Web: www.burkert.co.uk
E-mail: [Email protected]urkert.com
Indirizzo: Fluid Control Centre, 1 Bridge End, Cirencester, Gloucestershire, GL7 1QY, Regno Unito

Sistemi di Burkert Fluid Control

Fabbricazione di apparecchiature di processo. Uno dei pochi produttori a fornire soluzioni per il ciclo di controllo completo.

Firma: iscrizione Gold

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