پیکربندی Yokogawa Centum VP: پیادهسازی یکپارچهسازی پروتکل HART برای ابزارهای میدانی
مبانی پروتکل HART در سیستمهای Yokogawa
پروتکل HART (Highway Addressable Remote Transducer) همچنان پرکاربردترین پروتکل ارتباطی میدانی برای ابزار دقیق هوشمند میدانی است. این پروتکل بهطور همزمان با سیگنالهای آنالوگ ۴-۲۰ میلیآمپر روی همان سیمکشی عمل میکند. این امکان را فراهم میکند که ارتباط دیجیتال بدون جایگزینی زیرساخت آنالوگ موجود برقرار شود. سیستم کنترل توزیعشده Centum VP شرکت Yokogawa از طریق ماژولهای ورودی/خروجی اختصاصی، از ادغام پروتکل HART پشتیبانی میکند.
ماژولهای ALF111 یا SFC9 شرکت Yokogawa عملکرد مودم HART را برای Centum VP فراهم میکنند. این ماژولها به دستگاههای میدانی HART روی حلقههای جریان ۴-۲۰ میلیآمپر متصل میشوند. یک کانال HART میتواند با چندین دستگاه از طریق حالت انفجاری (burst mode) ارتباط برقرار کند. با این حال، پیکربندیهای چندقطبی (multi-drop) پهنای باند سیگنال آنالوگ را کاهش میدهند. بیشتر کاربردها از اتصال نقطه به نقطه برای بهرهبرداری کامل از قابلیتهای HART استفاده میکنند.
پروتکل FOUNDATION Fieldbus (FF) یک پروتکل باس دیجیتال جایگزین برای ابزار دقیق پیشرفته میباشد. شرکت Yokogawa ماژولهای پل FF را ارائه میدهد که از طریق FOUNDATION Fieldbus HSE (اترنت پرسرعت) با Centum VP ارتباط برقرار میکنند. این راهنما هر دو ادغام HART و تفاوتهای بین پیادهسازیهای HART و FOUNDATION Fieldbus را پوشش میدهد.
مراحل ادغام دستگاه HART در Centum VP
مرحله ۱: اطمینان حاصل کنید که ماژول مودم HART (ALF111) در کابینت ورودی/خروجی Centum VP نصب شده است. نشانگر وضعیت ماژول باید عملکرد عادی بدون چراغ خطا را نشان دهد.
مرحله ۲: نرمافزار Centum VP Engineering Studio (CS Designer) را اجرا کرده و پنجره تخصیص ورودی/خروجی را باز کنید. پارامترهای کانال HART شامل آدرس حلقه و فاصله زمانی نظرسنجی را تعریف کنید.
مرحله ۳: نگاشت متغیر اصلی (PV) را پیکربندی کنید. ورودی آنالوگ ۴-۲۰ میلیآمپر را به متغیر اصلی دستگاه HART نگاشت دهید. در صورت پشتیبانی دستگاه، متغیرهای ثانویه، ثالث و رابع را نیز اختصاص دهید.
مرحله ۴: دستورات خاص دستگاه HART برای کالیبراسیون و عیبیابی را تعریف کنید. کتابخانه DD (توصیف دستگاه) HART شرکت Yokogawa باید شامل نوع دستگاه خاص باشد. در صورت نیاز، فایلهای DD اضافی را از سازنده دستگاه دانلود کنید.
مرحله ۵: ماژولهای پل FOUNDATION Fieldbus (در صورت وجود) را با اختصاص پارامترهای بلوک عملکرد پیکربندی کنید. بلوک عملکرد AI (ورودی آنالوگ) را در اسلات ۱ قرار دهید. ترمینال IO_OUT را به بلوک کانال در استراتژی کنترل متصل کنید.
مرحله ۶: پیکربندی ورودی/خروجی را به ایستگاه کنترل میدانی (FCS) دانلود کنید. به حالت آنلاین بروید و اطمینان حاصل کنید که دستگاه HART به دستورات استاندارد پاسخ میدهد. وضعیت دستگاه را در پنجره عملیات Centum VP بررسی کنید.
مرحله ۷: صحت حلقه را با مقایسه مقدار دیجیتال HART با خوانش میلیآمپر آنالوگ بررسی کنید. اختلاف بیش از ۰.۵٪ نشاندهنده انحراف کالیبراسیون یا مشکلات سیمکشی است.
مقایسه HART و FOUNDATION Fieldbus: انتخاب درست
انتخاب بین HART و FOUNDATION Fieldbus نیازمند درک تفاوتهای اساسی آنها است. HART ارتباط دیجیتال را روی سیمکشی ۴-۲۰ میلیآمپر موجود فراهم میکند. این ویژگی HART را برای ارتقاء نصبهای قدیمی با فرستندههای هوشمند ایدهآل میسازد. این پروتکل از پیکربندی نقطه به نقطه یا چندقطبی پشتیبانی میکند. حداکثر طول کابل به مقاومت حلقه و ولتاژ منبع تغذیه بستگی دارد.
FOUNDATION Fieldbus ارتباط باس دیجیتال واقعی را با چندین دستگاه روی یک بخش کابل فراهم میکند. این پروتکل از نصبهای ایمن ذاتی (IS) در مناطق خطرناک پشتیبانی میکند. FF از لایه فیزیکی ۳۱.۲۵ کیلوبیت بر ثانیه برای کاربردهای IS استفاده میکند. نسخه پرسرعت FF HSE (اترنت پرسرعت) با سرعت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه برای عملکردهای کنترل حیاتی عمل میکند.
علاوه بر این، FOUNDATION Fieldbus امکان کنترل توزیعشده با بلوکهای عملکردی که در دستگاههای میدانی اجرا میشوند را فراهم میکند. این موضوع بار کنترلکننده را کاهش داده و پاسخگویی سیستم را بهبود میبخشد. HART تمام محاسبات کنترل را به DCS واگذار میکند. FF همچنین از کالیبراسیون خودکار و ویژگیهای مدیریت دارایی که در مشخصات پروتکل تعبیه شدهاند، پشتیبانی میکند.
با این حال، FOUNDATION Fieldbus نیازمند مهندسی پیچیدهتر و مبدلهای تغذیه اختصاصی برای بخشها است. هزینه نصب آن بهطور قابل توجهی بیشتر از سیمکشی نقطه به نقطه HART است. برای نظارت ساده و کنترل پایه، HART عملکرد کافی با پیچیدگی کمتر ارائه میدهد.
پیکربندی عملی: فرستنده HART امرسون با Yokogawa Centum VP
در این مثال عملی، فرستنده فشار HART مدل Emerson 3051S را با سیستم Yokogawa Centum VP ادغام میکنیم. این فرستنده فشار آب تغذیه را در کاربرد دیگ بخار نیروگاه اندازهگیری میکند.
ابتدا سیمکشی فرستنده به ماژول ALF111 را بررسی میکنیم. ترمینال مثبت به ترمینال کانال ماژول متصل میشود. ترمینال منفی از طریق موانع به ریل منفی منبع تغذیه بازمیگردد. دوم، آدرس دستگاه HART را با استفاده از دستگاه ارتباطی Emerson 475 تنظیم میکنیم. آدرس دستگاه را برای عملکرد نقطه به نقطه روی ۰ قرار دهید. حالت جریان حلقه را روی «فعال» تنظیم کنید تا ارتباط همزمان ۴-۲۰ میلیآمپر و HART امکانپذیر شود. برچسب دستگاه «PIT-501» و شماره سریال را برای مستندسازی ثبت کنید.
سوم، Centum VP را برای خواندن متغیرهای HART پیکربندی میکنیم. در CS Designer، یک کانال HART جدید اضافه کرده و آن را به اسلات ALF111 اختصاص میدهیم. متغیر PV (فشار) را به اولین متغیر HART و دمای سنسور را به دومین متغیر نگاشت میکنیم. واحدهای مهندسی را برای فشار به PSI و برای دما به درجه فارنهایت تنظیم میکنیم.
چهارم، پیکربندی را با بررسی روند آنلاین تأیید میکنیم. خوانش فشار باید در محدوده ۰.۱٪ از خوانش دستگاه ارتباطی Emerson 475 باشد. هر اختلافی نشاندهنده مشکل کالیبراسیون یا تبدیل نادرست واحد در نگاشت دادههای HART است. پس از تأیید، یک صفحه نمایشی برای اپراتور ایجاد میکنیم که مقادیر فشار و دما را نشان میدهد.
نتیجهگیری و توصیههای عملی
سیستم Yokogawa Centum VP پشتیبانی قوی از هر دو پروتکل HART و FOUNDATION Fieldbus ارائه میدهد. ادغام موفق نیازمند دقت در سیمکشی، پیکربندی دستگاه و مدیریت فایلهای DD است. از روشهای گامبهگام این راهنما برای پیادهسازی ارتباط میدانی قابل اعتماد استفاده کنید.
بنابراین، همیشه نسخههای پشتیبان بهروز از پیکربندی دستگاهها و کتابخانههای DD نگه دارید. بررسی دورهای صحت ارتباط HART را برنامهریزی کنید. اپراتورها را در استفاده از ویژگیهای مدیریت دارایی HART در Centum VP آموزش دهید. در نهایت، برای طراحیهای پیچیده بخشهای FOUNDATION Fieldbus در مناطق خطرناک، با پشتیبانی فنی Yokogawa مشورت کنید.
نویسنده: وانگ فانگ، متخصص اتوماسیون صنعتی با ۱۱ سال تجربه در پلتفرمهای DCS شرکت Yokogawa، ابزار دقیق میدانی و بهینهسازی کنترل فرآیند در تأسیسات تولید برق.
