Применение цифровых пневмопреобразователей в АСУТП

Рассматриваются варианты модернизации производств, использующих пневматические сигналы, а также основные технические характеристики цифрового пневмопреобразователя, выпускаемого НПФ "КРУГ", и его достоинства перед выпускаемыми в настоящее время аналогами.

Сегодня на многих предприятиях используются приборы с пневматическим выходным сигналом. Это связано с необходимостью обеспечения пожаро- и взрывобезопасности или же с другими особенностями технологии производства. Для контроля вышеуказанных сигналов широко применяют аналоговые самописцы, которые, несмотря на свою популярность, имеют множество недостатков: большие габаритные размеры, малую точность результатов измерения, значительные затраты на обслуживание, неудобство отображения и хранения полученной от объекта информации и т.д.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что использование самописцев не отвечает современным требованиям, и существует необходимость в их замене. Есть два пути избавиться от устаревшего оборудования: избавиться от пневмосигналов; заменить самописцы на пневмоэлектрические преобразователи. Первый вариант является очень дорогостоящим и осложнен тем, что требуется много времени для такого рода модернизации, а это может вызвать нарушения в технологическом цикле и даже привести к полной остановке предприятия. Во втором случае затраты значительно меньше и можно избежать остановок в производственных циклах, при этом не снижая качества выполняемой модернизации, что делает его более целесообразным.

В настоящее время Российская промышленность выпускает несколько видов пневмоэлектрических преобразователей, часть из которых составляют аналоговые с унифицированным токовом выходом. Они дешевле преобразователей, имеющих цифровой выход (стоимость за канал в 1,5-2 раза ниже, чем у цифровых), но их использование связано с рядом неудобств: монтажом и совместимостью оборудования; увеличением вероятности влияния случайных погрешностей на результаты измерения (большое количество соединений, наводки на соединения, защищенность кабельных соединений от влияния окружающей среды).

Анализ пневмоэлектрических преобразователей различных производителей показывает, что количество каналов в одном устройстве, как правило, не превышает 8, а чаще всего составляет 1:4, в то время как на предприятиях, использующих пневмосигналы, в большинстве случаев требуется не менее 60 каналов, т.е. в среднем потребность такого предприятия составляет минимум 10 подобных преобразователей. Также необходимо отметить, что основная приведенная погрешность аналоговых пневмоэлектрических преобразователей не превышает 0,5 %.

НПФ КРУГ выпускает пневмопреобразователь многоканальный (ППМ), предназначенный для пропорционального преобразования унифицированного пневматического непрерывного сигнала в унифицированный электрический цифровой сигнал, удовлетворяющий требованиям стандарта на интерфейс EIA RS-485. ППМ применяется для связи пневматических аналоговых приборов и устройств со средствами ВТ (ПЛК, персональными ПЭВМ и т. п.), а также он может использоваться в качестве устройства нижнего уровня при построении локальных и распределенных автоматизированных систем управления, учета и контроля в тех случаях, когда в целях обеспечения пожаро- и взрывобезопасности на управляемом объекте применяются пневматические сигналы.

В отличие от аналоговых пневмоэлектрических преобразователей, ППМ имеет 12 каналов в одном корпусе, и при этом его габаритные размеры в одноместном каркасе ЕШ21 составляют всего 260х160х130 (имеется вариант размещения в каркасе 3U 19&& - габариты 364х483х130 - до 5 ППМ, т.е. 60 каналов). Выпускается он в двух вариантах исполнения: основная приведенная погрешность составляет 0,5 % и 0,25 %, что значительно выделяет второй вариант исполнения на фоне аналогичных преобразователей, как высокоточный преобразователь.

При этом необходимо отметить, что цена за канал у первого имеет порядок как у аналоговых пневмопреобразователей с токовым выходом, а у второго всего на 15-20 % выше. Диапазон рабочих температур 5:45 °С, степень защиты IP20, средняя наработка на отказ 75000 ч. Потребляемая мощность 3 ВЧА. Принцип действия прибора основан на преобразовании давления входных пневматических сигналов с помощью тензопреобразователей в электрический сигнал милливольтового диапазона. Далее сигналы тензопреобразователей поступают на вход АЦП с программируемым коэффициентом усиления. С выхода АЦП 16-и битные коды считываются микро-ЭВМ, которая осуществляет компенсацию дополнительной температурной погрешности, вызываемой отклонением температуры воздуха в корпусе прибора от нормальной (25 °С). Для определения температуры воздуха в корпусе прибора установлен миниатюрный датчик.

Откорректированные значения измеренного давления выдаются далее (по запросу вышестоящей системы управления) в линию связи интерфейса RS-485. Индивидуальные константы для всех датчиков хранятся во флэш-памяти преобразователя. На основе интерфейса RS-485 преобразователи могут быть объединены в локальную сеть магистрального типа с одним мастером. В качестве физической среды для линии связи рекомендуется использовать витую пару в экране. Длина линии связи может достигать 1000 м. Количество абонентов в сети - до 32. Один из абонентов сети должен быть активным, т.е. посылать запросы пассивным абонентам и получать от них ответы.

Функцию активного абонента может выполнять ПЛК, ПЭВМ и т.п. В качестве пассивных абонентов в сети используются преобразователи, которые отличаются друг от друга уникальным системным адресом, устанавливаемым физически с помощью переключателей на каждом преобразователе. Также возможно включение ППМ в ПТК "КРУГ-2000". Для этого необходимо проинсталлировать драйвер связи, который предназначен для организации опроса ППМ через интерфейс RS-485 и передачи в БД эмулятора интеллектуального устройства связи с объектом текущих значений и диагностических признаков по параметрам, измеряемым данным УСО, и выполнить некоторые настройки в самом ПТК "КРУГ-2000".

Необходимо отметить, что ППМ выпускается уже с 1999 г., имеет сертификат Госстандарта РФ и за это время успел зарекомендовать себя как надежный высокоточный прибор в различных отраслях промышленности на более чем 20 предприятиях. В частности, можно отметить его успешный запуск и работу в условиях агрессивных сред (испарения хлора и соляной кислоты) в специальном исполнении (коррозийно-стойком, пыле- и влагозащищенном корпусе); при повышенной температуре (на юге страны) и при пониженной температуре окружающей среды (5:15 °С), что подтверждается многими положительными отзывами от предприятий заказчиков о стабильности и точности показаний ППМ независимо от условий эксплуатации.

В заключение, на основании приведенных данных, можно сделать вывод, что многоканальный пневопреобразователь является наиболее оптимальным вариантом при работе с пневмосигналами и построении на его базе различных АСУТП, как с точки зрения экономии денежных средств (экономия средств может достигать до 1,5 - 2 раз по отношению к аналогам), так и с точки зрения технического исполнения (высокая точность, цифровой выход RS-485, возможность включения в различные АСУТП, надежность, простота в обслуживании, малые габаритные размеры).