چرا کیفیت منبع تغذیه 24 ولت DC دقت ورودی/خروجی PLC را تعیین میکند: تحلیل میدانی آلن-برادلی و اشنایدر
پیوند پنهان بین توان DC و یکپارچگی سیگنال
هر ماژول ورودی آنالوگ PLC برای تبدیل دقیق سیگنال به منبع تغذیه 24 ولت DC پایدار نیاز دارد. وقتی ولتاژ ریپل بیش از 50 میلیولت پیک به پیک روی باس DC باشد، مرجع داخلی ADC دچار انحراف میشود. این انحراف باعث میشود خوانش 4-20 میلیآمپر تا 0.5٪ تا 2٪ از بازه تغییر کند قبل از اینکه هر گونه هشدار فعال شود.
ابتدا، با استفاده از مولتیمتر True-RMS در حالت میلیولت AC، ولتاژ 24 ولت DC را در ترمینالهای پشتصفحه PLC اندازهگیری کنید. یک منبع تغذیه صنعتی سالم ولتاژ DC بین 23.5 ولت تا 24.5 ولت با ریپل AC کمتر از 30 میلیولت RMS ارائه میدهد. دوم، درصد بار منبع تغذیه را بررسی کنید. اکثر منابع تغذیه 24 ولت DC بالای 80٪ بار نامی، تنظیم ولتاژ را از دست میدهند. منبع تغذیه Allen-Bradley 1756-PA72 که یک شاسی کامل ControlLogix با شانزده ماژول آنالوگ 1756-IF16 را تغذیه میکند، حدود 4.2 آمپر در 24 ولت جریان میکشد. این بار معادل 70٪ ظرفیت منبع تغذیه است که فضای کافی باقی میگذارد. اما افزودن فرستندههای میدانی که از همان باس تغذیه میشوند، بار را از آستانه ایمن عبور میدهد.
گام 1: تمام سیمکشیهای میدانی را از ترمینالهای ماژول ورودی آنالوگ جدا کنید. با استفاده از کالیبراتور دقیق 4-20 میلیآمپر، سیگنال 12.000 میلیآمپر شناخته شده را مستقیماً به ماژول تزریق کنید.
گام 2: مقدار مقیاس شده را در RSLogix 5000 یا Control Expert بخوانید. یک 1756-IF16 پیکربندی شده برای 4-20 میلیآمپر با واحد مهندسی 0-100٪ باید با ورودی 12.000 میلیآمپر دقیقاً 50.00٪ را نمایش دهد.
گام 3: برق میدانی را به فرستندههای دو سیمه روشن کنید و خوانشها را مقایسه کنید. اگر مقدار بیش از 0.25٪ تغییر کرد، احتمال وجود حلقه زمین یا تداخل منبع تغذیه را بدهید.
تشخیص مبتنی بر HART مشکلات کیفیت توان را آشکار میکند
فرستندههای مدرن مجهز به HART لایه تشخیصی قدرتمندی برای عیبیابی منبع تغذیه فراهم میکنند. فرستنده فشار Emerson 3051S ولتاژ ترمینال خود را در فرمان HART شماره 48 گزارش میدهد. یک ماژول ورودی آنالوگ HART مدل BMXART0814 از Schneider Modicon M580 میتواند این متغیر ثانویه را مستقیماً از طریق رابط FDT/DTM در Control Expert بخواند.
علاوه بر این، سیگنال ارتباطی HART روی حلقه جریان DC 4-20 میلیآمپر به صورت سیگنال کلیدزنی با تغییر فرکانس (FSK) در فرکانسهای 1200 هرتز و 2200 هرتز سوار میشود. منبع تغذیه 24 ولت DC پر نویز این فرکانسها را مدوله میکند که باعث شکستهای ارتباطی HART میشود، پیش از آنکه سیگنال 4-20 میلیآمپر خطاهای قابل مشاهده نشان دهد.
بنابراین، اگر در مرورگر DTM خطاهای «دستگاه HART یافت نشد» را مشاهده کردید اما مقدار 4-20 میلیآمپر درست خوانده میشود، فوراً به ریپل منبع تغذیه که از حد مشخص شده 100 میلیولت HART فراتر رفته شک کنید. اندازهگیری با اسیلوسکوپ روی ترمینالهای فرستنده داستان کامل را نشان میدهد. اسیلوسکوپ را روی کوپلینگ AC با دامنه 500 میلیولت بر تقسیم و پایه زمانی 2 میلیثانیه بر تقسیم تنظیم کنید. یک رد تمیز خطی صاف با نویز ناچیز نشان میدهد. منبع تغذیه معیوب موج دندانهارهای با فرکانس دو برابر فرکانس خط، معمولاً 100 هرتز یا 120 هرتز، تولید میکند.
حالت شکست واقعی: تله حلقه زمین
یک پروژه ارتقاء پالایشگاه اخیراً همین حالت شکست را آشکار کرد. تیم بیست و چهار ماژول Allen-Bradley 1756-IF16 را در سه شاسی ControlLogix برای پایش سطح مخازن نصب کرد. تمام فرستندههای راداری دو سیمه از یک منبع تغذیه 24 ولت DC با ظرفیت 40 آمپر تغذیه میشدند. ولتاژ منبع تغذیه در ترمینالهای خروجی 24.1 ولت اندازهگیری شد. اما ولتاژ در دورترین فرستنده تحت بار به 21.8 ولت کاهش یافت که کمتر از حداقل ولتاژ عملیاتی 22.0 ولت فرستنده بود.
ابتدا تیم برق میدانی را به چهار مدار 10 آمپری با فیوزهای جداگانه تقسیم کرد. دوم، آنها در هر کابینت متمرکز ورودی/خروجی از مبدلهای توان DC مدل Schneider XUWE2401 استفاده کردند. این مبدلها ریپل AC را به زیر 10 میلیولت فیلتر کرده و ولتاژ را تا 24.0 ولت تنظیم شده با جریان تا 3 آمپر در هر کانال افزایش میدهند.
نتایج فوری بود:
- دقت خوانش آنالوگ از ±1.2٪ بازه به ±0.15٪ بازه بهبود یافت
- قابلیت اطمینان ارتباط HART از 78٪ به 99.8٪ در تمام 96 فرستنده افزایش یافت
در نهایت، تیم نظارت بر کیفیت توان را به فهرست هشدارهای DCS با استفاده از Emerson AMS Device Manager اضافه کرد. انحراف ولتاژ بیش از ±5٪ در هر فرستنده اکنون هشدار زودهنگام تولید میکند.
نتیجهگیری و توصیههای عملی
کیفیت منبع تغذیه پایه اندازهگیریهای دقیق ورودی/خروجی PLC است. حداقل سالی یک بار هر ریل 24 ولت DC در سیستم کنترل خود را با مولتیمتر True-RMS و اسیلوسکوپ بررسی کنید. برق ابزارهای میدانی را از برق پشتصفحه با استفاده از منابع تغذیه اختصاصی یا مبدلهای توان جدا کنید. نظارت بر ولتاژ ترمینال HART را در تمام حلقههای حیاتی پیکربندی کنید.
منبع تغذیه 24 ولت DC که در منبع به درستی اندازهگیری میشود ممکن است در بار ولتاژ ناکافی تحویل دهد. تفاوت بین 24.0 ولت پایدار و 21.5 ولت افت کرده، همان حاشیه بین ایمنی فرآیند و قطع مزاحم است.
نویسنده: لی هونگبو، مهندس اتوماسیون صنعتی با بیش از 10 سال تجربه در PLC، DCS و سیستمهای کنترل.
