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

Sistemi di controllo di processo Burkert

As process control systems continue to advance and the use of complicated networked solutions develops, is there still a requirement for the simple analogue signal? Chris Hoey of Bürkert, provides an insight into selecting the correct control signals to produce the optimum process control system.

It is about twenty years since the industry ‘experts’ stated that 4-20mA would disappear from the market, to be replaced by digital networks or fieldbus solutions. Whilst there is some truth that networked systems have taken a large portion of market share, 4-20mA is still alive and kicking. There are two main reasons for this; firstly that higher-priced intelligent sensors, made for specific networks are not always the most cost effective options, nor are the ‘smart’ features on offer from intelligent field devices always wanted or required.

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

Let’s not forget just how versatile this ‘simple’ signal is. It uses just two wires to transmit the signal, it can power the field transmitter with its own supply voltage and it can run for long distances on standard cable. Using the live zero (4mA instead of 0mA) it senses a cable break or instrument failure, it is not overly susceptible to noise, it is highly accurate and low-cost. The downside is that two wires can only carry one variable or instrument.

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

The hybrid system incorporates both technologies. The 4-20mA is used in the field, which keeps the components generic and lower cost, and then the signal is fed into a field Input/Output (I/O) panel where these signals are clustered and then transmitted to the central control via fieldbus. Without doubt, this system is the lowest cost to implement and simple to understand and maintain. The only downside for a network that is not fully digital is that you most likely won’t get configuration or diagnostic information from the field instrument, but the upside is that the instrument itself will be considerably lower cost. In order to clearly show where each communication option may fit, let’s look at an example:

Analogico in pratica

Imagine a single flow control loop; say it’s the water feed to another process that needs to be maintained at the same rate. We would choose a flow meter based on the application requirements, with 4-20mA output. To control the flow, we’d choose a modulating control valve with 4-20mA input. But to close the loop, we need a Proportional Integral Derivative (PID) controller between these two instruments that can be configured to the application; this will need a 4-20mA input and output – done.

Now let’s say there are 15 of these loops, all identical, and the plant manager wants to monitor and record the flows in the system (assume a PLC & SCADA layer). Using 4-20mA, we would now need to send 15 signals to the PLC, plus 15 signals out, needing 6-8 input cards and as many as 90 terminals, 30 glands, cable tray, panel space, power supplies, signal isolation, etc. Now this option starts to become more expensive.

sistemi di controllo di processo

L'opzione digitale

Let’s try fully digital. We will choose a fieldbus protocol, such as Profibus. We will need to install a Profibus master at the PLC (unless it is incorporated) and then choose a flow meter that has Profibus, as well as a control valve that has Profibus. So now we have one slot in the PLC rack, one gland and one cable to all the devices. The PLC can now read the process signal and control the loop as well as log the data, via the 30 fieldbus nodes.

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

The really interesting thing is that Bürkert has solutions available for each of the options above. The customer can choose the installation that best suits them. But, what if this customer came to Bürkert with this application at the design stage? We would choose flow meters with 4-20mA output (8035) and feed these directly into our modulating valves (2301) with Profibus enabled positioner and optional inbuilt PID controller (8693). This device would control the flows directly as well as transmit process, output, configuration and even diagnostic data to the PLC, via just 15 fieldbus nodes. This ‘Bürkert’ solution, although being partly hybrid, would give all the functionality of the fully digital system, yet be around 30% lower cost than the cheapest option above; a good example of smart solutions.

Consigli Crucial

There is no perfect fit for all situations. There are many considerations that weigh into the correct selection of the site signal wiring, with cost being just one. Always seek competent advice and develop a tool that will estimate the total cost of the installation, including hardware, software and labour. Then consider whether it will be easy to commission and maintain, and whether you have the competence on site for fieldbus technology. As explained above, Bürkert has solutions for all options, so we have no bias towards one or the other, just a commitment to delivering the best value and long term reliability.

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]
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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