کالیبراسیون و محدوده فرستنده های فیلدباس

کالیبراسیون و محدوده فرستنده های فیلدباس :

کالیبراسیون و محدوده برای یک دستگاه FF در اصل مشابه هر ابزار اندازه گیری “هوشمند” دیگری است.

بر خلاف ابزارهای آنالوگ، که در آن تنظیمات “صفر” و “span” به طور کامل کالیبراسیون و محدوده ابزار را تعیین می کنند،

کالیبراسیون و محدوده دو عملکرد کاملاً متفاوت در یک ابزار دیجیتال هستند.

برای شروع، یک بلوک دیاگرام از یک فرستنده فشار آنالوگ را بررسی خواهیم کرد که تنظیمات صفر و دهانه را با سیگنال آنالوگ بین تمام عملکردهای داخل فرستنده نشان می دهد:

تنظیمات “صفر” و “فاصله” با هم رابطه ریاضی بین فشار حس شده و خروجی جریان را تعریف می کنند.

کالیبراسیون یک فرستنده آنالوگ شامل اعمال محرک های ورودی شناخته شده (استاندارد مرجع) به دستگاه و تنظیم تنظیمات “صفر” و “span” تا زمانی است که مقادیر خروجی جریان مورد نظر به دست آید.

به دست آورد. هدف از انجام این کار اطمینان از دقت اندازه گیری است.

“محدوده” یک فرستنده به سادگی مقادیر ورودی مرتبط با ۰% و ۱۰۰% سیگنال های خروجی است (مانند ۴ میلی آمپر و ۲۰ میلی آمپر).

محدوده یک فرستنده آنالوگ شامل (همچنین) تنظیم تنظیمات “صفر” و “span” است تا زمانی که سیگنال خروجی با هدف مورد نظر LRV و URV نقاط متغیر اندازه گیری شده.

برای یک فرستنده آنالوگ، عملکردهای محدوده و کالیبراسیون همیشه توسط تکنسین به طور همزمان انجام می شود: کالیبره کردن یک فرستنده آنالوگ به معنای فاصله دادن آن است و بالعکس.

برعکس، یک فرستنده “هوشمند” (دیجیتال) مجهز به جریان خروجی آنالوگ ۴-۲۰ میلی آمپر، به طور مشخص عملکردهای کالیبراسیون و محدوده را از هم جدا می کند،

که هر یک از عملکردها توسط مجموعه متفاوتی از آنها تعیین می شود. تنظیمات:

کلاس

کالیبراسیون یک “ فرستنده هوشمند شامل اعمال محرک های ورودی شناخته شده (استاندارد مرجع) به دستگاه و درگیر کردن عملکردهای «تریم» است تا زمانی که دستگاه به طور دقیق محرک های ورودی را ثبت کند.

برای یک فرستنده “هوشمند” مجهز به خروجی الکترونیکی آنالوگ (۴-۲۰ میلی آمپر)،

دو مجموعه تنظیم کالیبراسیون وجود دارد: یکی برای مبدل آنالوگ به دیجیتال و دیگری برای مبدل دیجیتال به آنالوگ.

در مقابل، دامنه، رابطه ریاضی بین مقدار ورودی اندازه گیری شده و مقدار فعلی خروجی را ایجاد می کند.

برای نشان دادن تفاوت بین کالیبراسیون و محدوده، موردی را در نظر بگیرید که در آن از یک فرستنده فشار برای اندازه گیری فشار آب در لوله استفاده می شود.

فرستنده را فرض کنید /a> محدوده فشار ۰ تا ۱۰۰ PSI به یک جریان خروجی ۴-۲۰ میلی آمپر ترجمه می شود. اگر بخواهیم یک فرستنده آنالوگ را برای اندازه گیری بازه فشار بیشتر (مثلاً ۰ تا ۱۵۰ PSI) تغییر دهیم،

باید فشارهای شناخته شده ۰ PSI و ۱۵۰ PSI را دوباره اعمال کنیم در حالی که پتانسیومترهای صفر و دهانه را ۰ تنظیم می کنیم.

ورودی PSI مقدار خروجی ۴ میلی آمپر و ورودی ۱۵۰ PSI مقدار خروجی ۲۰ میلی آمپر می دهد.

تنها راه برای تغییر دامنه یک فرستنده آنالوگ، کالیبره مجدد کامل آن است.

در یک ابزار اندازه گیری “هوشمند” (دیجیتال)، کالیبراسیون با منبع شناخته شده (استاندارد) فقط باید در فواصل زمانی مشخص انجام شود تا از دقت در دوره های زمانی طولانی اطمینان حاصل شود.

با توجه به رانش اجتناب ناپذیر ساز.

اگر فرستنده فرضی ما اخیراً بر اساس یک استاندارد فشار شناخته شده کالیبره شده باشد و اطمینان داشته باشیم که از آخرین چرخه کالیبراسیون تغییر نکرده است،

می‌توانیم بازدید آن را با تغییر URV (مقدار محدوده بالایی) به طوری که یک فشار ۱۵۰ PSI اکنون به آن دستور می دهد تا ۲۰ میلی آمپر به جای فشار اعمالی ۱۰۰ PSI همانطور که قبلاً مورد نیاز بود، خروجی دهد.

ابزار دقیق دیجیتالی به ما امکان می دهد بدون کالیبره کردن مجدد محدوده را تغییر دهیم، که نشان دهنده صرفه جویی فوق العاده ای در زمان و تلاش تکنسین است.

تمایز بین کالیبراسیون و محدوده‌بندی باعث سردرگمی افراد، حتی برخی از تکنسین‌های با تجربه می‌شود.

هنگام کار با یک فرستنده آنالوگ، نمی‌توانید بدون تنظیم محدوده ابزار نیز کالیبره کنید:

این دو عملکرد در همان مراحل تنظیم صفر و دهانه ادغام می‌شوند.

با این حال، هنگام کار با یک فرستنده دیجیتال، عملکرد کالیبراسیون و عملکرد محدوده کاملاً جدا هستند.

سازهای فیلدباس، از البته، به همین ترتیب “هوشمند” هستند و بلوک دیاگرام های داخلی آنها بسیار شبیه فرستنده های “هوشمند” با خروجی جریان آنالوگ است، البته با تعداد پارامترهای بسیار بیشتر در هر بلوک.

مستطیلی با برچسب “XD” در نمودار زیر بلوک مبدل است، در حالی که مستطیل با برچسب “AI” بلوک ورودی آنالوگ:

مقادیر کالیبراسیون (ترمیم) در بلوک مبدل به همراه واحد مهندسی تنظیم می‌شوند و خروجی بلوک مبدل را یک مقدار دیجیتالی می‌کند که در واحدهای اندازه‌گیری واقعی مقیاس‌بندی شده است (به عنوان مثال PSI، کیلو پاسکال، نوار، میلی‌متر جیوه، و غیره) به‌جای یک مقدار «شمار» ADC انتزاعی.

پارامتر کانال بلوک تابع ورودی آنالوگ به آن می گوید که کدام خروجی مبدل را دریافت کند (یادداشت ۱) به عنوان “مقدار اولیه” از پیش مقیاس شده،

که سپس ممکن است به مقدار مقیاس شده دیگری ترجمه شود.

بر اساس تناسب بین مقادیر مقیاس مبدل (XD_Scale بالا و پایین) و مقادیر مقیاس خروجی (OUT_Scale بالا و پایین).

نکته ۱: فرستنده های فیلدباس اغلب کانال های متعددی از داده های اندازه گیری برای انتخاب دارند.

به عنوان مثال، فرستنده چند متغیره Rosemount 3095MV کانال ۱ را به عنوان فشار دیفرانسیل، کانال ۲ را به عنوان فشار ساکن، کانال ۳ را به عنوان دمای فرآیند، کانال ۴ را به عنوان دمای سنسور و کانال ۵ را به عنوان جریان جرمی محاسبه شده اختصاص می دهد.

بنابراین تنظیم پارامتر کانال به درستی در بلوک هوش مصنوعی برای پیوند آن با متغیر اندازه گیری مناسب بسیار مهم است.

برای کالیبره کردن در چنین فرستنده ای، بلوک مبدل ابتدا باید با استفاده از یک ارتباط دهنده FF دستی یا سیستم میزبان فیلدباس در حالت خارج از سرویس (OOS) قرار گیرد.

بعد، یک فشار سیال استاندارد (درجه کالیبراسیون) به سنسور فرستنده اعمال می شود و پارامتر Cal_Point_Lo برابر این فشار اعمال شده تنظیم می شود.

پس از آن، فشار بیشتری به سنسور اعمال می شود و پارامتر Cal_Point_Hi برابر با فشار اعمال شده تنظیم می شود.

پس از تنظیم پارامترهای مختلف ثبت کالیبراسیون (مانند Sensor_Cal_Date، Sensor_Cal_Who)،

حالت بلوک مبدل ممکن است به حالت خودکار برگردد و فرستنده یک بار دیگر استفاده شود.

برای برد چنین فرستنده ای، باید مطابقت بین فشار حس شده و متغیر فرآیند تعیین شود و در پارامترهای XD_Scale و OUT_Scale بلوک تابع ورودی آنالوگ وارد شود.

اگر از فرستنده فشار برای اندازه گیری غیر مستقیم چیزی غیر از فشار استفاده شود،

این پارامترهای محدوده بسیار مفید خواهند بود، نه تنها مقادیر عددی اندازه گیری را تناسب می کنند،

بلکه برای ریخته گری نیز استفاده می شود.

مقدار نهایی خروجی دیجیتال به “واحدهای مهندسی” (واحدهای اندازه گیری) مورد نظر.

در محدوده فرستنده‌های فیلدباس به دلیل نام‌های تاسف‌آوری که به گزینه‌های مختلف پارامتر L_Type داده می‌شود، موضوعی تا حدودی گیج‌کننده است. در اینجا لیستی از گزینه های پارامتر L_Type به همراه معانی آنها آمده است:

• مستقیم = بلوک AI سیگنال خروجی را توسط بلوک XD، بدون توجه به محدوده مقیاس OUT مشخص شده منتشر می‌کند
• غیر مستقیم = بلوک هوش مصنوعی سیگنال را از بلوک XD به یک محدوده مشخص شده توسط پارامترهای OUT_Scale با استفاده از یک معادله خطی (مثلا y = mx + b) مقیاس‌بندی می‌کند
• ریشه مربع غیرمستقیم = مانند بالا، با این تفاوت که یک تابع ریشه مربع برای درصد محدوده اعمال می‌شود (برای مشخص کردن فرستنده‌های جریان بر اساس اندازه‌گیری فشار دیفرانسیل مفید است)

اصطلاحات “مستقیم” و “غیرمستقیم” مایه تاسف هستند، زیرا اغلب باعث می شوند افراد آنها را به صورت “مستقیم” و “معکوس” تفسیر کنند (مثل اینکه L_Type جهت عمل را توصیف می کند. برای بلوک تابع).

معنی این عبارات برای بلوک AI نیست! منظور از مقدار “مستقیم” برای L_Type این است که مقدار خام بلوک XD همان چیزی است که توسط بلوک هوش مصنوعی در شبکه Fieldbus منتشر می شود.

منظور از مقدار “غیر مستقیم” برای L_Type این است که سیگنال بلوک XD در محدوده متفاوتی (مشخص شده توسط پارامتر OU_ Scale) مقیاس بندی می شود.

به طور خلاصه، تکنسین باید محدوده XD_Scale را مطابق سیگنال اولیه حس‌شده توسط عنصر حسگر فرستنده تنظیم کند،

و محدوده OUT_Scale را بر اساس آنچه که بقیه سیستم کنترل باید متناسب با سیگنال اولیه ببیند، تنظیم کند.

مثال:

مفهوم محدوده یک فرستنده FF زمانی که در زمینه یک برنامه واقعی مشاهده شود، منطقی تر است.

این مثال را در نظر بگیرید، جایی که یک فرستنده فشار برای اندازه گیری سطح اتانول (اتیل الکل) ذخیره شده در یک مخزن ۴۰ فوتی استفاده می شود.

فرستنده توسط یک لوله به پایین مخزن متصل می شود و در ۱۰ فوت زیر مخزن قرار دارد:

فشار هیدرواستاتیک اعمال شده بر عنصر حسگر فرستنده حاصل ضرب چگالی مایع (γ) و ارتفاع ستون مایع عمودی (h) است.

هنگامی که مخزن خالی است، همچنان یک ستون عمودی از اتانول به ارتفاع ۱۰ فوت وجود خواهد داشت که به درگاه فشار “بالا” فرستنده فشار وارد می کند.

بنابراین، فشاری که فرستنده در حالت “خالی” مشاهده می کند برابر است با:

P_خالی = γ. g h_خالی = ۴۹٫۳ پوند/فوت^۳ ) (۱) (۱۰ فوت)

P_خالی = ۴۹۳ lb/ft² = 3.424 PSI

وقتی مخزن کاملاً پر شد (۴۰ فوت)، فرستنده ستون عمودی از اتانول را به ارتفاع ۵۰ فوت می بیند (ارتفاع ۴۰ فوت مخزن به اضافه ارتفاع مهار ۱۰ فوت ایجاد شده توسط محل فرستنده در زیر مخزن).

بنابراین، فشار مشاهده شده توسط فرستنده در حالت “کامل” برابر است با:

P_کامل = γ. g h_پر = ۴۹٫۳ پوند/فوت^۳ ) (۱) (۴۰ فوت + ۱۰ فوت)

P_کامل = ۲۴۶۵ lb/ft² = 17.12 PSI

بنابراین، بلوک مبدل (XD) در این فرستنده فیلدباس فشار مایعی را در محدوده ۳٫۴۲۴ PSI تا ۱۷٫۱۲ PSI در محدوده کامل ظرفیت ذخیره‌سازی مخزن حس می‌کند.

اما، ما نمی خواهیم این فرستنده سیگنالی را برای هدف شبکه فیلدباس در واحدهای PSI، زیرا پرسنل عملیاتی که این سیستم کنترلی را نظارت می‌کنند می‌خواهند سطح اتانول را در داخل مخزن اندازه‌گیری کنند،

نه فشار هیدرواستاتیکی در پایین مخزن. . ممکن است از اصل فشار هیدرواستاتیک برای سنجش سطح اتانول استفاده کنیم، اما نمی‌خواهیم این اندازه‌گیری را به عنوان فشار گزارش کنیم.

راه‌حل مناسب برای این برنامه، تنظیم پارامتر L Type روی “غیر مستقیم” است که به بلوک تابع هوش مصنوعی دستور می‌دهد تا سیگنال فشار بلوک XD را به صورت ریاضی در محدوده‌ای متفاوت مقیاس‌بندی کند.

سپس، باید (نکته ۲) محدوده فشار مورد انتظار و محدوده سطح متناظر آن را به ترتیب به عنوان مقیاس XD و مقیاس OUT مشخص کنیم (یادداشت ۳) :

نکته ۲ : توجه به این نکته مهم است که برای این کار باید مقادیر پارامتر XD Scale و OUT Scale مربوطه را به درستی محاسبه کنید.

دستگاه Fieldbus پارامترها را برای شما محاسبه نمی کند،

زیرا “نمی داند” چند PSI با چند فوت سطح مایع در مخزن مطابقت دارد.

این مقادیر باید توسط یک تکنسین یا مهندس آگاه محاسبه شود و سپس در بلوک هوش مصنوعی ابزار وارد شود، پس از آن ابزار مقیاس بندی مشخص شده را به عنوان یک تابع کاملاً ریاضی اجرا می کند.

نکته ۳: هنگام پیکربندی مقادیر دامنه بالا و پایین مقیاس XD، مطمئن شوید که با واحد پارامتر محدوده ارزش اولیه بلوک مبدل سازگاری دارید. خطاها ممکن است ناشی از عدم تطابق واحدهای اندازه گیری بین کانال اندازه گیری بلوک مبدل و پارامتر مقیاس XD بلوک ورودی آنالوگ باشد.

اکنون، سطح مخزن اتانول به طور دقیق با خروجی فرستنده FF، هم در مقدار عددی و هم در واحد اندازه گیری نشان داده می شود.

یک مخزن خالی که فشار ۳٫۴۲۴ PSI تولید می کند باعث می شود فرستنده یک مقدار سیگنال دیجیتال “۰ فوت” را تولید کند، در حالی که مخزن پر با فشار ۱۷٫۱۲ PSI باعث خروجی فرستنده می شود.

یک مقدار سیگنال دیجیتال “۴۰ فوت”. هر سطح اتانول بین ۰ تا ۴۰ فوت نیز به طور متناسب توسط فرستنده نشان داده می شود.

اگر مدتی بعد تصمیم به مکان یابی مجدد فرستنده گرفته شود به طوری که دیگر یک “سرکوب” ۱۰ فوتی با توجه به کف مخزن نداشته باشد،

ممکن است پارامترهای XD_Scale تنظیم شود تا تغییر محدوده فشار مربوطه را منعکس کند،

و فرستنده همچنان سطح اتانول را از ۰ فوت تا ۴۰ فوت به طور دقیق نشان می دهد، بدون کالیبره یا پیکربندی مجدد هر چیز دیگری در فرستنده.

اگر مایل بودیم، می‌توانیم حتی به صورت ریاضی حجم مایع ذخیره شده در این مخزن اتانول را در فشارهای مختلف تشخیص دهیم و سپس پارامتر OUT_Scale بلوک هوش مصنوعی را برای گزارش حجم بر حسب واحد تغییر دهیم.

گالن، لیتر، فوت مکعب یا هر واحد حجم مناسب دیگری.

استفاده از حالت “غیر مستقیم” با مقادیر مناسب پارامتر XD_Scale و OUT_Scale به ما انعطاف پذیری زیادی در نحوه حس کردن و نمایش داده های فرستنده توسط فرستنده می دهد.

به طور خلاصه، ما پارامتر XD_Scale را روی محدوده فیزیکی اندازه گیری که مستقیماً توسط مبدل حس می شود تنظیم می کنیم،

پارامتر OUT_Scale را روی محدوده اندازه گیری مربوطه ای که می خواهیم فرستنده گزارش دهد تنظیم می کنیم.

به بقیه سیستم کنترل، و L_Type را روی “غیر مستقیم” تنظیم کردیم تا این ترجمه از یک محدوده به محدوده دیگر فعال شود.

تنها در صورتی باید از تنظیم “مستقیم” L_Type استفاده کنیم که مبدل برای خروجی به بقیه سیستم کنترل مناسب است (مثلاً اگر فرستنده مستقیماً فشار سیال را حس کند و ما بخواهیم همین مقدار فشار در شبکه فیلدباس منتشر شود. توسط فرستنده، بدون پوسته پوسته شدن).

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.