Εισαγωγή
Μαγνητικά μετρητές στάθμηςβρίσκονται παντού στις δεξαμενές διεργασίας. Οι χειριστές βασίζονται σε αυτά για καθαρή, άμεση θέαση σε τοπικό επίπεδο, αλλά οι ομάδες αυτοματισμού συχνά αντιμετωπίζουν εμπόδια όταν ανασύρουν δεδομένα του ίδιου επιπέδου σε ένα σύστημα PLC, DCS ή SCADA. Οι περισσότεροι μετρητές μαγνητικής στάθμης εκτός ραφιού φέρουν μόνο οπτική ένδειξη. Ένα μεγάλο κοινόχρηστο πλοίο με τίποτα περισσότερο από 4–20 mA αναλογικές ή απλές εξόδους συναγερμού διακόπτη καλαμιού, που σημαίνει ότι πρέπει να σχεδιάσετε τη διαδρομή της ψηφιακής σας σύνδεσης πριν από την έναρξη της καλωδίωσης.
Τα Modbus και Profibus κυριαρχούν στις εγκαταστάσεις fieldbus για αυτό το είδος οργάνων δεξαμενών. Το Modbus είναι απλό, προσιτό και εύκολο στην ανάπτυξη για μετασκευές ή συμπαγείς ολισθήσεις. Το Profibus, ειδικά το Profibus DP, εμφανίζεται ευρέως σε ευρωπαϊκές μονάδες συνεχούς διεργασίας όπου έχει σημασία ο συνεπής, προβλέψιμος χρονισμός διαύλου. Αυτή η ανάρτηση περιγράφει τις διαθέσιμες διαδρομές ενσωμάτωσης, τις επιλογές υλικού, τις ροές εργασιών διαμόρφωσης και τους συνηθισμένους πονοκεφάλους που εμφανίζονται κατά τη θέση σε λειτουργία. Θα καλύψουμε τους ενσωματωμένους ψηφιακούς πομπούς, τις μετατροπές πυλών, τις βέλτιστες πρακτικές καλωδίωσης, τη χαρτογράφηση καταχωρήσεων και τον τρόπο αντιστοίχισης της ρύθμισής σας με την αρχιτεκτονική ελέγχου που έχετε ήδη.
Πρώτον: Ελέγξτε τι υποστηρίζει πραγματικά το μαγνητικό σας μετρητή στάθμης
Εγγενής ψηφιακός πομπός έναντι ξεχωριστού μετατροπέα πρωτοκόλλουΈνα βασικό μαγνητικό μετρητή στάθμηςέχει θάλαμο πλωτήρα και θέασης, και αυτό είναι. Εμφανίζει το επίπεδο τοπικά, χωρίς εγγενή ψηφιακή έξοδο. Εάν χρειάζεστε επικοινωνία με λεωφορείο, έχετε δύο πρακτικούς τρόπους μπροστά.
Η πιο καθαρή προσέγγιση είναι η παραγγελία του μετρητή προεγκατεστημένο με μια ενσωματωμένη μονάδα απομακρυσμένου πομπού. Τοποθετείται απευθείας στο θάλαμο μετρητή, παρακολουθεί τη θέση επίπλευσης και μπορεί να ρυθμιστεί εργοστασιακά για Modbus RTU, Modbus TCP ή Profibus PA/DP κατόπιν αιτήματος. Αυτό μειώνει την καλωδίωση και μειώνει τα επιπλέον σημεία υλικού που μπορεί να αποτύχουν.
Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιεί έναν αυτόνομο μετατροπέα ή πύλη. Αυτή είναι η επιλογή σας όταν έχετε ήδη εγκαταστήσει μετρητές που εξάγουν μόνο αναλογικό σήμα 4–20 mA. Τροφοδοτείτε αυτό το αναλογικό σήμα σε μια πύλη πρωτοκόλλου, η οποία το μεταφράζει σε τηλεγραφήματα Modbus ή Profibus για το σύστημα ελέγχου σας. Αυτή η διαδρομή εκ των υστέρων προσαρμογής λειτουργεί καλά για τοποθεσίες brownfield, αλλά προσθέτει μια άλλη συσκευή που θα χρειαστεί να βαθμονομήσετε, να επικυρώσετε και να διατηρήσετε με την πάροδο του χρόνου.
Γνωρίστε τη διαφορά μεταξύ Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus DP και Profibus PA Modbus RTU τρέχει πάνω από θωρακισμένο RS-485 συνεστραμμένο ζεύγος. Χρησιμοποιεί ένα μοντέλο ψηφοφορίας master-slave και σχεδόν κάθε PLC και HMI μεσαίας κατηγορίας το υποστηρίζει εκτός συσκευασίας. Ταιριάζει όμορφα σε φάρμες δεξαμενών, μικρές παρτίδες και διάσπαρτες απομακρυσμένες δεξαμενές, αν και το μήκος του καλωδίου και το φορτίο του λεωφορείου χρειάζονται προσεκτικό σχεδιασμό. Το Modbus TCP χρησιμοποιεί την ίδια δομή μητρώου Modbus μέσω Ethernet, κάτι που έχει νόημα όταν μια βιομηχανική ραχοκοκαλιά Ethernet βρίσκεται ήδη κοντά στην περιοχή της δεξαμενής σας.
Το Profibus χωρίζεται σε δύο κοινές παραλλαγές για εργασίες διεργασίας. Το Profibus DP χειρίζεται γρήγορη επικοινωνία με PLC I/O και συσκευές πεδίου, τυπικές για γραμμές παραγωγής και συσκευασμένο εξοπλισμό διεργασίας. Το Profibus PA είναι κατασκευασμένο για επικίνδυνες ζώνες διεργασιών, με εγγενώς ασφαλή λειτουργία που λειτουργεί με bus. Ένας μαγνητικός μετρητής στάθμης με δυνατότητα Profibus PA μπορεί να μοιράζεται το ίδιο τμήμα fieldbus μαζί με άλλους πομπούς διεργασιών, ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε ταξινομημένες περιοχές έκρηξης.
Μην τα ανακατεύετε επιπόλαια. Ένας κύριος Profibus DP δεν θα μιλήσει απευθείας σε έναν εξαρτημένο διακομιστή Modbus RTU και αντίστροφα, εκτός εάν προσθέσετε ένα επίπεδο μετάφρασης πύλης.
Διαδρομή ενσωμάτωσης 1: Ρύθμιση Modbus για μετρητές μαγνητικού επιπέδου
Υλικό και καλωδίωση για Modbus RTU Εάν ο πομπός σας υποστηρίζει Modbus RTU, εκτελέστε το θωρακισμένο RS-485 συνεστραμμένο ζεύγος. Ελέγξτε ξανά την πολικότητα του σήματος Α και Β - οι αναποδογυρισμένες γραμμές A/B είναι ένας από τους σημαντικότερους λόγους για τους οποίους τίθενται σε λειτουργία οι πάγκοι. Τοποθετήστε αντιστάσεις τερματισμού 120 ohm μόνο στα δύο φυσικά τελικά σημεία του κορμού του διαύλου, όχι σε κάθε συσκευή. Οι πρόσθετοι τερματιστές μειώνουν την τάση του διαύλου και δημιουργούν τυχαίες, διαλείπουσες εγκαταλείψεις που είναι εφιάλτης για αναπαραγωγή κατά τη διάρκεια της δοκιμής.
Περάστε τα καλώδια Modbus μακριά από καλωδιώσεις VFD, τροφοδοσίες κινητήρα υψηλού ρεύματος και κυκλώματα συγκόλλησης όποτε είναι δυνατόν. Οι διαφορές δυναμικού γείωσης μεταξύ του σημείου συγκόλλησης της δεξαμενής και του εδάφους του θαλάμου ελέγχου προκαλούν επίσης περίεργα, απρόβλεπτα σφάλματα ανάγνωσης. Η γαλβανική απομόνωση στην πλευρά του πομπού ή της πύλης συχνά το διορθώνει χωρίς να σκίζει και να ξαναδουλεύει ολόκληρο το σχέδιο γείωσης της τοποθεσίας.
Διαμόρφωση Modbus και αντιστοίχιση μητρώου Ρυθμίστε τη διεύθυνση slave, τον ρυθμό baud, την ισοτιμία και τα bit stop ώστε να ταιριάζουν με το κύριο Modbus. Κάθε προμηθευτής τοποθετεί διαφορετικά τα μητρώα, οπότε πάρτε το εγχειρίδιο του πομπού πριν δημιουργήσετε τη λίστα ετικετών PLC. Οι περισσότεροι πομποί μαγνητικού επιπέδου τοποθετούν την ανάγνωση του πρωτεύοντος επιπέδου σε έναν ή δύο καταχωρητές συγκράτησης. Πολλοί στέλνουν επίσης συμπληρωματικά δεδομένα: θερμοκρασία δεξαμενής, διαγνωστική κατάσταση, σημαίες σφάλματος επίπλευσης και συναγερμοί κορεσμού.
Χρησιμοποιήστε τον κωδικό συνάρτησης 03 για την ανάγνωση μητρώων διατήρησης στις περισσότερες περιπτώσεις. Κλιμακώστε την ακατέργαστη ακέραια τιμή μέσα στο PLC ή το HMI σας. Ο πομπός επιστρέφει έναν πρωτογενή αριθμό 16-bit ή 32-bit και εφαρμόζετε τη λογική κλιμάκωσης για να μετατρέψετε αυτόν τον πρωτογενή αριθμό σε χιλιοστά, μέτρα ή ποσοστό πλήρωσης δεξαμενής. Αποφύγετε το κλείδωμα της κλιμάκωσης μέσα στην πύλη, εκτός εάν το απαιτούν τα πρότυπα του ιστότοπού σας. Η διατήρηση της κλιμάκωσης μέσα στο PLC κάνει τις μελλοντικές εναλλαγές πομπών πολύ πιο απλές.
Σημειώσεις Modbus TCP για δίκτυα που είναι τοποθετημένα σε ντουλάπι Το Modbus TCP καταργεί τα όρια RS-485 για τον αριθμό κόμβων και την απόσταση καλωδίων, αλλά εξακολουθείτε να χρειάζεστε σταθερή υγιεινή βιομηχανικού δικτύου. Εκχωρήστε στατικές IP σε πομπούς και πύλες, τεκμηριώστε τη δρομολόγηση του υποδικτύου σας και χρησιμοποιήστε διαχειριζόμενους διακόπτες με διαχωρισμό διεργασιών VLAN. Διατηρήστε λογικούς ρυθμούς σάρωσης. Η στάθμη της δεξαμενής αλλάζει αργά, επομένως ένα διάστημα ψηφοφορίας 500 ms έως ένα δευτερόλεπτο είναι περισσότερο από αρκετό. Ταχύτερη δημοσκόπηση απλώς συσσωρεύεται σε περιττή κίνηση δικτύου με μηδενική βελτίωση στη μέτρησή σας.
Διαδρομή ολοκλήρωσης 2: Ενσωμάτωση Profibus για μετρητές μαγνητικού επιπέδου
Εγγενείς πομποί Profibus PA ή DP Όταν σαςμαγνητικός πομπός μετρητή στάθμηςαποστέλλεται με εγγενή υποστήριξη Profibus, ο προμηθευτής θα παρέχει ένα αρχείο GSD. Αυτό το αρχείο ορίζει την ταυτότητα της συσκευής, τα διαθέσιμα αντικείμενα δεδομένων διεργασίας, τα διαγνωστικά κανάλια και τα προφίλ DP ή PA που υποστηρίζει. Εισαγάγετε το GSD στο εργαλείο μηχανικής του PLC - TIA Portal ή SIMATIC Manager, για παράδειγμα - πριν προσπαθήσετε να χαρτογραφήσετε το υλικό.
Οι συσκευές Profibus PA συνδέονται σε ένα εγγενώς ασφαλές τμήμα PA μέσω ενός συζεύκτη PA. Αυτός ο συζεύκτης γεφυρώνει το δίαυλο PA πίσω σε έναν κύριο Profibus DP. Αυτή είναι η τυπική διάταξη για φάρμες δεξαμενών χημικών και πετρελαίου και αερίου εντός επικίνδυνων ζωνών. Εάν επιλέξετε έναν πομπό Profibus DP, αυτός συνδέεται απευθείας στον κορμό DP χρησιμοποιώντας το τυπικό καλώδιο Profibus RS-485.
Ενσωμάτωση Profibus που βασίζεται σε πύλη για πομπούς μόνο Modbus Πολλοί πομποί μαγνητικού επιπέδου προσφέρουν μόνο Modbus RTU. Εάν η εγκατάσταση σας εκτελεί δίκτυο ελέγχου Profibus DP, προσθέστε ένα Modbus RTU στην πύλη Profibus DP. Στην πλευρά του Modbus, η πύλη λειτουργεί ως κύρια, μετρώντας το μετρητή στάθμης. Από την πλευρά του Profibus, εμφανίζεται ως κανονική υποτελής DP στο PLC σας.
Η αντιστοίχιση δεδομένων μέσα στην πύλη είναι όπου οι περισσότεροι ολοκληρωτές κόβουν τις γωνίες. Ορίζετε ακριβώς ποιο Modbus καταχωρεί από την τροφοδοσία του μετρητή στάθμης στα οποία το Profibus εισάγει byte στο μπλοκ I/O της πύλης. Ανακατέψτε το byte ή καταχωρίστε την παραγγελία σας εδώ και το PLC σας θα ξεδιπλώσει τις τιμές κινητής υποδιαστολής ακόμα και όταν η λυχνία κατάστασης διαύλου φαίνεται υγιής. Πάντα να επικυρώνετε τις μετρήσεις με ένα εργαλείο παρακολούθησης διαύλου πριν από την παράδοση.
Κανόνες καλωδίωσης και τερματισμού Profibus Χρησιμοποιήστε το σωστό μωβ καλώδιο Profibus για τμήματα DP. Αναποδογυρίστε τον ενσωματωμένο διακόπτη τερματισμού μόνο και στα δύο άκρα κάθε τμήματος διαύλου. Κρατήστε τα στελέχη σύντομα. Οι μεγάλες γραμμές κρούσης εισάγουν την αντανάκλαση του σήματος. Συνδέστε σωστά τη θωράκιση του καλωδίου στο άκρο του θαλάμου ελέγχου, ακολουθώντας το σχέδιο εξισορρόπησης δυναμικού του ιστότοπού σας. Η κακή θωράκιση και τα αιωρούμενα δυναμικά δημιουργούν εκείνα τα κλασικά διακοπτόμενα σφάλματα διαύλου που απαιτούν ώρες αντιμετώπισης προβλημάτων.
Βήμα-βήμα έναρξη λειτουργίας Ροή εργασιών-Δοκιμάστε όποτε μπορείτε.
Τροφοδοτήστε τον πομπό ανεξάρτητα, συνδέστε έναν φορητό υπολογιστή με λογισμικό ρύθμισης παραμέτρων προμηθευτή ή ένα εργαλείο μέτρησης Modbus και επιβεβαιώστε τις μετρήσεις σταθερής στάθμης πριν τον τοποθετήσετε στη δεξαμενή. Αυτό εντοπίζει κακές διευθύνσεις, αναντιστοιχίες ρυθμίσεων baud ή υλικού DOA πριν ανεβείτε στη δεξαμενή ή τραβήξετε νέες θήκες καλωδίων.
Μόλις εγκατασταθεί φυσικά, κλειδώστε όλες τις παραμέτρους του διαύλου: διεύθυνση slave, baud, ισοτιμία, αριθμός σταθμού Profibus και χρονικά όρια παρακολούθησης. Φορτώστε το αρχείο GSD για το υλικό Profibus και μεταγλωττίστε τη διαμόρφωση του υλικού σας. Κάντε λήψη στο PLC και παρακολουθήστε τους διαγνωστικούς μετρητές διαύλου. Παρακολουθήστε για επαναλήψεις, σφάλματα πλαισίου ή πτωχευμένες υποτελείς προτού ενεργοποιήσετε τη λογική αυτόματης αντλίας ή ελέγχου βαλβίδας.
Βαθμονόμηση του εύρους στάθμης σε σχέση με τη γεωμετρία της δεξαμενής σας. Ακόμη και με πλήρως ψηφιακή μετάδοση, μια ακατάλληλη βαθμονόμηση θα δώσει λανθασμένες οθόνες χειριστή και κακές ενέργειες ελέγχου.
Τέλος, φέρτε διαγνωστικές ετικέτες στη στοίβα συναγερμών SCADA. Σφάλμα οργάνου, κολλημένες σημαίες και κατάσταση φύλαξης λεωφορείου αξίζουν όλα τα σημεία συναγερμού. Ένας μαγνητικός μετρητής στάθμης μπορεί να χάσει την παρακολούθηση εάν ο πλωτήρας πιάσει επάνω και ο δίαυλος θα συνεχίσει να επιστρέφει ευχαρίστως την τελευταία έγκυρη ένδειξη εκτός εάν ο πομπός στείλει ένα bit σφάλματος.
Κοινές παγίδες ολοκλήρωσης προς αποφυγή
- Πρώτον, μην υποθέσετε ότι κάθε μαγνητικός μετρητής στάθμης έχει ψηφιακή έξοδο. Οι τυπικές μονάδες παρέχουν μόνο σημεία συναγερμού τοπικής όρασης και διακόπτη καλαμιού. Πρέπει να καθορίσετε την επιλογή ψηφιακού πομπού κατά την παραγγελία ή τον προϋπολογισμό για έναν μετατροπέα αργότερα.
- Δεύτερον, παρακολουθήστε τη φόρτωση του λεωφορείου. RS-485 Τα τμήματα Modbus έχουν αυστηρά όρια στον αριθμό των κόμβων και στο μήκος του καλωδίου και αυτά τα όρια συρρικνώνονται με υψηλότερους ρυθμούς baud. Η υπερφόρτωση ενός κορμού με πάρα πολλούς πομπούς, μετρητές ροής και αισθητήρες θερμοκρασίας δημιουργεί ασταθή επικοινωνία.
- Τρίτον, τα byte και η σειρά λέξεων διαλείμματα καταχωρητή κινητής υποδιαστολής διαβάζει συνεχώς. Οι πωλητές συνδυάζουν συσκευασίες μητρώου big-endian και small-edian. Εάν η τιμή σας μεταπηδά τυχαία ή διαβάζεται ως ανόητος αρνητικός αριθμός, δοκιμάστε πρώτα να κάνετε εναλλαγή byte πριν αντικαταστήσετε το υλικό.
- Τέταρτον, μην παραβλέπετε τη συμμόρφωση με την επικίνδυνη περιοχή. Εάν η δεξαμενή βρίσκεται μέσα σε μια ζώνη Ex, ο πομπός, η πύλη, η καλωδίωση και το τροφοδοτικό σας χρειάζονται όλα αντίστοιχες εγκρίσεις. Μια γενική πύλη RS-485 χωρίς κατάλληλη πιστοποίηση δεν μπορεί να βρίσκεται εντός της ταξινομημένης περιοχής.
Πώς να επιλέξετε μεταξύ Modbus και Profibus για το έργο σας
Επιλέξτε Modbus RTU ή Modbus TCP για μετασκευές, μικρές φάρμες δεξαμενών, ολισθητήρες επεξεργασίας νερού ή κατασκευές ευαίσθητες στο κόστος. Κοστίζει λιγότερο, λειτουργεί με σχεδόν κάθε σύνολο εργαλείων και οι περισσότεροι ενοποιητές συστημάτων μπορούν να το αντιμετωπίσουν γρήγορα.
Χρησιμοποιήστε το Profibus όταν το υπάρχον πρότυπο DCS ή PLC του ιστότοπού σας είναι Profibus DP/PA, χρειάζεστε εγγενή ασφάλεια PA για ταξινομημένες περιοχές διεργασιών ή ο τελικός χρήστης απαιτεί ντετερμινιστικό χρονισμό διαύλου για συνεχή έλεγχο της διαδικασίας. Το υλικό και η μηχανική του Profibus συνήθως λειτουργούν πιο ακριβά, αλλά ενσωματώνονται προσεκτικά στις καθιερωμένες ευρωπαϊκές αρχιτεκτονικές εγκαταστάσεων διεργασιών.
Εάν εκτελείτε ένα μικτό σύστημα, η μετατροπή πύλης λειτουργεί, αλλά σημειώστε με σαφήνεια αυτό το σημείο μετάφρασης στα ηλεκτρικά σας σχέδια. Κάθε πύλη γίνεται ένα μόνο σημείο αστοχίας, επομένως συζητήστε τις απαιτήσεις πλεονασμού με τον τελικό χρήστη για δεξαμενές κρίσιμες για την ασφάλεια.
Κλείσιμο Σκέψεις
Μαγνητικά μετρητές στάθμηςπαρέχουν σταθερή τοπική οπτική ένδειξη και ενσωματώνονται ομαλά στα ψηφιακά συστήματα ελέγχου εάν χαρτογραφήσετε τη διαδρομή σύνδεσης εκ των προτέρων. Η βασική απόφαση είναι αν θα καθορίσετε έναν εγγενή ψηφιακό πομπό κατά την παραγγελία ή θα προσθέσετε μια πύλη αργότερα για τις υπάρχουσες μετασκευές. Το Modbus είναι η ευέλικτη, ευρέως υποστηριζόμενη προεπιλογή. Το Profibus λάμπει για τοποθεσίες που εκτελούν ήδη αυτό το πρότυπο fieldbus, ειδικά μέσα σε επικίνδυνες ζώνες διεργασιών.
Αφιερώστε χρόνο για δοκιμές σε πάγκο, ακολουθήστε πιστά τους κανόνες καλωδίωσης και τερματισμού, χαρτογράφηση μητρώου εγγράφων και τραβήξτε τα διαγνωστικά bit σφάλματος στο σύστημα ελέγχου σας. Αυτή η μικρή πρόσθετη φροντίδα κρατά τα απλά προβλήματα του λεωφορείου από τις χιονοστιβάδες σε απρογραμμάτιστο χρόνο διακοπής λειτουργίας σε επίπεδο δεξαμενής. Όταν καθορίζετε ένα νέο μετρητή, μοιραστείτε το πρότυπο πρωτοκόλλου PLC με τον προμηθευτή εγκαίρως. Με αυτόν τον τρόπο, η μονάδα αποστέλλεται προδιαμορφωμένη και έτοιμη να πέσει κατευθείαν στο δίκτυο λεωφορείων σας.
Αναφορές
- IEC 61158, Ψηφιακές επικοινωνίες δεδομένων για μέτρηση και έλεγχο – Fieldbus για χρήση σε συστήματα βιομηχανικού ελέγχου (πρότυπο Profibus)
- Modbus Organization, Modbus Application Protocol Specification V1.1b3
- IEC 61326-1, Ηλεκτρικός εξοπλισμός για μέτρηση, έλεγχο και εργαστηριακή χρήση – Απαιτήσεις EMC
- Οδηγίες εγκατάστασης και θέσης σε λειτουργία PROFIBUS International, PROFIBUS PA
- ISA-50.02, Fieldbus Standard for Measurement and Control
