4‑20mA í Modbus og HART í 4‑20mA: Brúin milli hliðrænna merkja og stafrænna samskipta

1. Inngangur

Í iðnaðargreinum eins og efnaiðnaði, raforku og vatnshreinsun, 4-20mA hliðrænt Straumlykkja hefur orðið mest notaði staðallinn fyrir merkjasendingar á staðnum vegna stöðugrar langdrægrar sendingar og sterkrar afkastagetu gegn rafsegultruflunum. Hún varpar línulega eðlisfræðilegum breytum eins og hitastigi, þrýstingi og flæði yfir í 4-20mA straummerki og sendir ferlabreytur í rauntíma. Engu að síður styðja hrein hliðræn merki aðeins sendingu með einni breytu og skortir greiningu á tækjum, stillingu breytna og aðrar ítarlegar gagnvirkar aðgerðir.

Stafræn Modbus samskiptareglur og HART Blendingssamskiptareglur eru almennar uppfærðar gerðir iðnaðarmerkjasamskipta. Modbus gerir kleift að samþætta stafræna samskipti milli netkerfa, en HART samþættir hliðræna samhæfni og stafræna stækkunarmöguleika. Til að leysa samhæfingarvandamálið milli eldri hliðrænna búnaðar og nútíma stafrænna kerfa hafa 4-20mA í Modbus og HART í 4-20mA umbreytingartækni orðið ómissandi tæknibrýr, sem gerir kleift að samþætta gamla og nýja iðnaðarstýrikerfa óaðfinnanlega og dregur úr kostnaði við endurnýjun búnaðar.

2. Yfirlit yfir helstu iðnaðarmerkjasamskiptareglur

Þessi kafli dregur saman eiginleika, kosti og takmarkanir þriggja almennra iðnaðarmerkjastillinga og skýrir nauðsyn merkjaumbreytingar.

Samanburður á kjarnabreytum er sýndur í töflu 1.

Tafla 1. Samanburður á afköstum kjarna iðnaðarmerkjasamskiptareglna

3. Virkni tvímerkjabreytingartækni

3.1 Umbreyting úr 4-20mA í Modbus (hliðræn stafræn umbreyting)

Umbreyting frá 4-20mA í Modbus er kjarnatæknin fyrir stafræna umbreytingu eldri hliðrænna búnaðar, sem lýkur umbreytingu frá samfelldum hliðrænum merkjum í hefðbundin stafræn Modbus merki með iðnaðarumbreytingareiningum. Vinnuferlið er sýnt á mynd 1: einingin safnar fyrst og síar 4-20mA straummerki á staðnum til að útrýma rafsegultruflunum; breytir síðan hliðrænum merkjum í nákvæm stafræn gögn í gegnum ADC flísar og lýkur línulegri kvörðun; að lokum pakkar stafrænum gögnum í Modbus RTU/TCP samskiptaregluramma, geymir þau í skrám og bregst við skipunum efri tölvu til að framkvæma nettengda gagnaflutninga.

Mynd 1. Flæðirit fyrir umbreytingu frá 4-20mA í Modbus merki

Þessi tækni leysir vandamálið að hefðbundin hliðræn tæki hafa ekki aðgang að stafrænum SCADA- og PLC-kerfum, og gerir það að verkum að hægt er að uppfæra merkjasendingar frá einum punkti yfir í nettengda miðlæga eftirlit, sem er helsta tæknilega leiðin til að endurnýja gamlar framleiðslulínur með litlum tilkostnaði, stafrænt.

3.2 HART í 4-20mA umbreyting (samrýmanleiki við blendingsmerki)

HART-samskiptareglur leggja lágtíðni FSK stafræn merki ofan á 4-20mA hliðræna lykkju, sem hefðbundin hliðræn öflunarkerf geta ekki greint. Umbreyting úr HART í 4-20mA gerir kleift að aftengja blönduð merki og gefa út staðlað hliðrænt merki, og virknisreglan er sýnd á mynd 2: umbreytingareiningin tekur við HART blönduðum merkjum, aðskilur og verndar umfram stafræna FSK íhluti með tíðnigreiningarsíun, heldur línulegum 4-20mA hliðrænum merkjum og sendir frá sér kvörðuð staðlað hliðræn merki sem eru samhæf gömlum kerfum.

Mynd 2. Skýringarmynd af HART blendingsmerkjaaftengingu

Háþróaðar umbreytingareiningar styðja tvöfalda merkjavinnslu, sem getur ekki aðeins sent frá sér stöðluð 4-20mA merki fyrir gamla kerfisstýringu, heldur einnig greint stafrænar HART upplýsingar eins og bilanir í búnaði og aukabreytur, með hliðsjón af kerfissamhæfni og snjöllum eftirlitsaðgerðum.

4. Tæknilegir kostir og notkunarsviðsmyndir

Þessar tvær umbreytingartæknir mynda heildstæða hliðræna-stafræna samskiptabrú með áberandi verkfræðilegt gildi og kerfistengingararkitektúrinn er sýndur á mynd 3.

Mynd 3. Heildarhönnun á kerfi fyrir umbreytingu á hliðrænum og stafrænum merkjum

Hvað varðar tæknilega kosti, þá hámarkar það í fyrsta lagi nýtingu eigna, kemur í veg fyrir stórfellda endurnýjun á stöðugum eldri hliðrænum búnaði og dregur úr endurnýjunarkostnaði og tapi á niðurtíma. Í öðru lagi vegur það á milli eindrægni og greindar, sem gerir gömlum kerfum kleift að aðlagast nýjum greindum tækjum og hefðbundnum tækjum að aðgangi að stafrænum netum. Í þriðja lagi eru iðnaðargæða umbreytingareiningar með mikinn stöðugleika, einfalda raflögn og sterka aðlögunarhæfni að umhverfinu, sem hentar fyrir flókin iðnaðarsvæði.

Í verkfræði er umbreyting úr 4-20mA í Modbus aðallega notuð til stafrænnar endurnýjunar á eldri framleiðslulínum, sem gerir kleift að ná sameiginlegri netvöktun á hefðbundnum hliðrænum skynjurum. Umbreyting úr HART í 4-20mA er notuð til að uppfæra smám saman snjalltæki og leysa þannig samhæfingarvandamálið milli nýrra HART-tækja og gamalla hliðrænna stjórnkerfa. Með sameinuðu notkun þessara tveggja tækni er hægt að samþætta ólíkan búnað í stórum iðnaðargörðum til að byggja upp sameinað stafrænt eftirlitskerfi.

5. Niðurstaða

4-20mA til Modbus og HART í 4-20mA Tvíátta umbreytingartækni er lykilbrýr sem tengja saman iðnaðar hliðræn og stafræn samskiptakerfi. 4-20mA til Modbus virkjar gildi eldri hliðrænna búnaðar með stafrænni merkjavæðingu, en HART til 4-20mA gerir kleift að ná afturvirkri samhæfni snjallra blendingamerkja. Báðar tæknirnar leysa á áhrifaríkan hátt vandamálið með ólíka merkjatengingu við uppfærslur á iðnaðarkerfum, með kostum lágs kostnaðar, mikils stöðugleika og sterkrar notagildis.

Með þróun iðnaðarinternetsins og snjallrar framleiðslu mun tækni til merkjabreytinga þróast í átt að mikilli nákvæmni, fjölþættri samskiptareglum og þráðlausri sendingu, sem mun styrkja enn frekar snjalla og stafræna umbreytingu hefðbundinna iðnaðarframleiðslulína.