Johdanto
Magneettiset tasomittaritovat kaikkialla prosessisäiliöissä. Operaattorit luottavat niihin selkeän, välittömän paikallistason näkyvyyden saamiseksi, mutta automaatiotiimit törmäävät usein pulmiin, kun ne siirtävät saman tason tiedot takaisin PLC-, DCS- tai SCADA-järjestelmään. Useimmissa hyllyssä olevissa magneettisissa tasomittareissa on vain visuaalinen näyttö. Suuri osakepaketti, jossa on vain 4–20 mA analogiset tai yksinkertaiset reed-kytkimen hälytyslähdöt, mikä tarkoittaa, että sinun on suunniteltava digitaalinen yhteyspolku ennen johdotuksen aloittamista.
Modbus ja Profibus hallitsevat kenttäväyläasennuksia tämän tyyppisissä säiliöinstrumenteissa. Modbus on yksinkertainen, edullinen ja helppo rullata käyttöön jälkiasennuksille tai pienikokoisille liuskoille. Profibus, erityisesti Profibus DP, on laajalti nähtävissä eurooppalaisissa jatkuvatoimisissa tuotantolaitoksissa, joissa johdonmukaisella, ennustettavalla väylän ajoituksella on merkitystä. Tässä viestissä käydään läpi käytettävissä olevat integrointireitit, laitteistovalinnat, konfigurointityönkulut ja yleiset käyttöönoton aikana ilmenevät päänsäryt. Käsittelemme sisäänrakennetut digitaaliset lähettimet, yhdyskäytävämuunnokset, johdotuksen parhaat käytännöt, rekisterikartoitukset ja asetukset sovittamaan asetukset jo olemassa olevaan ohjausarkkitehtuuriin.
Ensin: Tarkista, mitä magneettinen tasomittarisi todella tukee
Alkuperäinen digitaalinen lähetin vs erillinen protokollamuunninMagneettinen perustason mittarisiinä on uimuri ja tähtäin, ja siinä kaikki. Se näyttää tasoa paikallisesti ilman alkuperäistä digitaalilähtöä. Jos tarvitset bussiliikennettä, sinulla on kaksi käytännön tapaa edetä.
Puhtaampi lähestymistapa on tilata mittari valmiiksi integroidulla etälähetinmoduulilla. Tämä kiinnitetään suoraan mittarikammioon, seuraa kellunta-asentoa ja voidaan pyynnöstä konfiguroida tehtaalla Modbus RTU:lle, Modbus TCP:lle tai Profibus PA/DP:lle. Tämä vähentää kaapelointia ja vähentää ylimääräisiä laitteistopisteitä, jotka voivat epäonnistua.
Toinen menetelmä käyttää itsenäistä muuntajaa tai yhdyskäytävää. Tämä on sinun tapasi, kun sinulla on jo asennettu mittarit, jotka lähettävät vain 4–20 mA analogista signaalia. Syötät analogisen signaalin protokollayhdyskäytävään, joka muuntaa sen Modbus- tai Profibus-sähkeiksi ohjausjärjestelmääsi varten. Tämä jälkiasennuspolku toimii hyvin hylätyillä alueilla, mutta se lisää toisen laitteen, joka sinun on kalibroitava, validoitava ja ylläpidettävä ajan myötä.
Tunne ero Modbus RTU:n, Modbus TCP:n, Profibus DP:n ja Profibus PA:n välillä Modbus RTU toimii suojatun RS-485 kierretyn parin yli. Se käyttää master-slave -kyselymallia, ja lähes kaikki keskitason PLC- ja käyttöliittymät tukevat sitä heti. Se sopii hyvin säiliötiloihin, pienieräaluksille ja hajallaan oleviin etäsäiliöihin, vaikka kaapelin pituus ja väylän kuorma vaativat huolellista suunnittelua. Modbus TCP käyttää samaa Modbus-rekisterirakennetta Ethernetin kautta, mikä on järkevää, kun teollisuus-Ethernet-runkoverkko on jo lähellä säiliöaluettasi.
Profibus jakautuu kahteen yleiseen muunnelmaan prosessityötä varten. Profibus DP hoitaa nopean tiedonsiirron PLC I/O- ja kenttälaitteiden kanssa, tyypillisesti tuotantolinjoille ja pakattuille prosessilaitteille. Profibus PA on rakennettu vaarallisille prosessialueille ja väyläkäyttöinen luonnostaan turvallinen toiminta. Profibus PA -yhteensopiva magneettinen tasomittari voi jakaa saman kenttäväyläsegmentin muiden prosessilähettimien kanssa, mikä on suuri etu luokiteltuilla räjähdysalueilla.
Älä sekoita näitä satunnaisesti. Profibus DP -isäntä ei puhu suoraan Modbus RTU -slaveelle ja päinvastoin, ellet lisää yhdyskäytävän käännöskerrosta.
Integrointipolku 1: Modbus-asetukset magneettisia tasomittareita varten
Modbus RTU:n laitteisto ja johdotus Jos lähetin tukee Modbus RTU:ta, käytä suojattua RS-485 kierrettyä paria. Tarkista A- ja B-signaalien napaisuus - käännetyt A/B-linjat ovat yksi yleisimmistä syistä käyttöönottoon pysähtymiseen. Asenna 120 ohmin päätevastukset vain väylän rungon kahteen fyysiseen päätepisteeseen, älä jokaiseen yksittäiseen laitteeseen. Ylimääräiset päätteet vetävät väylän jännitettä alas ja luovat satunnaisia, ajoittaisia katkeamisia, joita on painajainen toistaa testauksen aikana.
Reititä Modbus-kaapelit pois VFD-johdotuksista, suurvirtamoottorin syötöistä ja hitsauspiireistä aina kun mahdollista. Maapotentiaalierot säiliön liitoskohdan ja valvomon maan välillä aiheuttavat myös outoja, arvaamattomia lukuvirheitä. Galvaaninen eristys lähettimen tai yhdyskäytävän puolella korjaa usein tämän ilman, että koko paikan maadoitusjärjestelmää revitään ja muokataan uudelleen.
Modbus-konfigurointi ja rekisterikartoitus Aseta orjaosoite, tiedonsiirtonopeus, pariteetti ja stop-bitit vastaamaan Modbus-isäntätasi. Jokainen toimittaja asettaa rekisterit eri tavalla, joten tartu lähettimen käsikirjaan ennen PLC-tunnisteluettelon rakentamista. Useimmat magneettiset tasolähettimet asettavat ensisijaisen tason lukeman yhteen tai kahteen pitorekisteriin. Monet lähettävät myös lisätietoja: säiliön lämpötila, diagnostiikkatila, kelluvia vikalippuja ja kyllästyshälytyksiä.
Käytä toimintokoodia 03, kun haluat lukea pitorekistereitä useimmissa tapauksissa. Skaalaa raaka kokonaislukuarvo PLC:ssä tai käyttöliittymässä. Lähetin palauttaa joko 16-bittisen tai 32-bittisen raakaluvun, ja käytät skaalauslogiikkaa muuntaaksesi tämän raakaluvun millimetreiksi, metreiksi tai säiliön täyttöprosentteiksi. Vältä skaalauksen lukitsemista yhdyskäytävän sisällä, elleivät sivustosi standardit sitä vaadi. Skaalauksen pitäminen PLC:n sisällä tekee tulevista lähettimien vaihdoista paljon yksinkertaisempaa.
Modbus TCP -huomautuksia kaappiin asennetuista verkoista Modbus TCP poistaa solmumäärän ja kaapelietäisyyden RS-485-rajoitukset, mutta tarvitset silti vankkaa teollisuusverkkohygieniaa. Määritä staattiset IP-osoitteet lähettimille ja yhdyskäytäville, dokumentoi aliverkon reititys ja käytä hallittuja kytkimiä prosessien VLAN-erottelulla. Pidä skannausnopeudet kohtuullisina. Säiliön taso muuttuu hitaasti, joten 500 ms:n - yhden sekunnin kyselyväli on enemmän kuin riittävä. Nopeampi äänestys vain kasaa tarpeetonta verkkoliikennettä ilman, että mittaus parantuu.
Integrointipolku 2: Profibus-integraatio magneettisille tasomittareille
Profibus PA- tai DP-lähettimet Kun sinunmagneettinen tasomittarin lähetintoimitetaan alkuperäisellä Profibus-tuella, toimittaja toimittaa GSD-tiedoston. Tämä tiedosto määrittelee laitteen identiteetin, käytettävissä olevat prosessidataobjektit, diagnostiikkakanavat ja sen tukemat DP- tai PA-profiilit. Tuo GSD PLC-suunnittelutyökaluun - esimerkiksi TIA Portaliin tai SIMATIC Manageriin - ennen kuin yrität kartoittaa laitteistoa.
Profibus PA -laitteet liitetään luonnostaan turvalliseen PA-segmenttiin PA-kytkimen kautta. Tämä kytkin siltaa PA-väylän takaisin Profibus DP-isäntälaitteeseen. Tämä on standardiasetelma kemikaali- ja öljy- ja kaasusäiliötiloilla vaarallisilla alueilla. Jos valitset sen sijaan Profibus DP -lähettimen, se liitetään suoraan DP-runkoon tavallisella Profibus RS-485 -kaapelilla.
Yhdyskäytäväpohjainen Profibus-integraatio vain Modbus-lähettimille Monet magneettiset tasolähettimet tarjoavat vain Modbus RTU:ta. Jos laitoksessasi on Profibus DP -ohjausverkko, lisää Modbus RTU Profibus DP -yhdyskäytävään. Modbus-puolella yhdyskäytävä toimii isäntänä, pollaen tasomittaria. Profibus-puolella se näkyy PLC:n tavallisena DP-orjana.
Yhdyskäytävän sisällä oleva datakartoitus on paikka, jossa useimmat integraattorit leikkaavat kulmat. Voit määrittää tarkalleen, mitkä Modbus rekisteröivät tasomittarin syötöstä mihin Profibus-tulotavuihin yhdyskäytävän I/O-lohkossa. Sekoita tavu tai rekisteröi tilaus täällä, ja PLC sylkee roskat liukulukuarvot, vaikka väylän tilavalo näyttää terveeltä. Tarkista aina lukemat väylävalvontatyökalulla ennen luovutusta.
Profibus-johdotus- ja päätesäännöt Käytä oikeaa violettia Profibus-kaapelia DP-segmenteille. Käännä sisäänrakennettu päätekytkin päälle vain kunkin väyläsegmentin molemmissa päissä. Pidä tyngät lyhyinä; pitkät kosketusviivat heijastavat signaalia. Kiinnitä kaapelin suojus kunnolla valvomon päähän noudattaen sivustosi potentiaalintasaussuunnitelmaa. Huono suojaus ja kelluvat mahdollisuudet luovat klassisia ajoittaisia väylävikoja, jotka syövät tuntikausia vianetsintäaikaa.
Vaiheittainen käyttöönotto Työnkulku Bench-testi aina kun voit.
Kytke lähettimeen virta itsenäisesti, liitä kannettava tietokone toimittajan konfigurointiohjelmistolla tai Modbus-kyselytyökalulla ja vahvista vakaat tasolukemat ennen sen asentamista säiliöön. Tämä havaitsee virheelliset osoitteet, yhteensopimattomat baudiasetukset tai DOA-laitteiston ennen kuin kiipeät säiliöön tai vedät uusia kaapelihyllyjä.
Kun se on asennettu fyysisesti, lukitse kaikki väyläparametrit: orjaosoite, baudi, pariteetti, Profibus-aseman numero ja vahtikoiran aikakatkaisut. Lataa Profibus-laitteiston GSD-tiedosto ja käännä laitteistokokoonpano. Lataa PLC:hen ja pidä silmällä väylän diagnostiikkalaskureita. Tarkkaile uudelleenyrityksiä, kehysvirheitä tai pudonneita orjalaitteita ennen kuin otat automaattisen pumpun tai venttiilin ohjauslogiikan käyttöön.
Kalibroi tasoväli säiliön geometrian mukaan. Jopa täysin digitaalisessa lähetyksessä huolimaton kalibrointi antaa väärän käyttäjän näytön ja huonot ohjaustoiminnot.
Tuo lopuksi diagnostiikkatunnisteet SCADA-hälytyspinoosi. Instrumenttivika, kelluvat liput ja bussin vahtikoiran tila ansaitsevat kaikki hälytyspisteet. Magneettinen tasomittari voi menettää seurannan, jos kelluke tarttuu kiinni, ja väylä palauttaa onnellisesti viimeisen voimassa olevan lukeman, ellei lähetin lähetä vikabittiä.
Yleisiä integraation sudenkuoppia, jotka on vältettävä
- Ensinnäkin, älä oleta, että jokaisella magneettisella tasomittarilla on digitaalinen lähtö. Vakioyksiköt antavat vain paikalliset näkö- ja reed-kytkinhälytyspisteet. Sinun on määritettävä digitaalinen lähetinvaihtoehto tilaushetkellä tai muunnin budjetti myöhemmin.
- Toiseksi, katso bussin latausta. RS-485 Modbus-segmenteillä on kovat rajoitukset solmujen määrälle ja kaapelin pituudelle, ja nämä rajat kutistuvat suuremmilla siirtonopeuksilla. Rungon ylikuormittaminen liian monella lähettimellä, virtausmittareilla ja lämpötila-antureilla luo epävakaata tiedonsiirtoa.
- Kolmanneksi tavu- ja sanajärjestys katkaisee liukulukurekisterin lukemisen jatkuvasti. Myyjät yhdistävät big endian ja little endian rekisteripakkauksia. Jos arvosi hyppää satunnaisesti tai lukee järjettömänä negatiivisena numerona, testaa tavujen vaihtoa ennen laitteiston vaihtamista.
- Neljänneksi, älä unohda vaarallisten alueiden noudattamista. Jos säiliö on Ex-vyöhykkeen sisällä, lähetin, yhdyskäytävä, kaapelit ja virtalähde tarvitsevat kaikki vastaavat hyväksynnät. Yleinen RS-485-yhdyskäytävä ilman sopivaa sertifikaattia ei voi elää luokitellun alueen sisällä.
Kuinka valita Modbusin ja Profibusin välillä projektiisi
Valitse Modbus RTU tai Modbus TCP jälkiasennuksiin, pieniin säiliötiloihin, vedenkäsittelyalustaan tai kustannusherkkään rakentamiseen. Se maksaa vähemmän, toimii lähes kaikkien työkalusarjojen kanssa, ja useimmat järjestelmäintegraattorit voivat tehdä vianmäärityksen nopeasti.
Valitse Profibus, kun sivustosi nykyinen DCS- tai PLC-standardi on Profibus DP/PA, tarvitset PA:n luontaisen turvallisuuden luokiteltuille prosessialueille tai loppukäyttäjä vaatii determinististä väyläajoitusta jatkuvaan prosessinhallintaan. Profibus-laitteisto ja suunnittelu ovat yleensä kalliimpia, mutta ne sopivat siististi vakiintuneisiin eurooppalaisiin prosessilaitosarkkitehtuureihin.
Jos käytät sekajärjestelmää, yhdyskäytävän muunnos toimii, mutta merkitse tämä käännöspiste selkeästi sähköpiirustuksiin. Jokaisesta yhdyskäytävästä tulee yksi vikapiste, joten keskustele redundanssivaatimuksista loppukäyttäjän kanssa turvallisuuskriittisten säiliöiden osalta.
Loppuajattelua
Magneettiset tasomittarittarjoavat kiinteän paikallisen visuaalisen ilmaisun, ja ne integroituvat sulavasti digitaalisiin ohjausjärjestelmiin, jos kartoitat yhteyspolun etukäteen. Ydinpäätös on, määritätkö alkuperäisen digitaalisen lähettimen tilauksen yhteydessä vai lisäätkö yhdyskäytävän myöhemmin olemassa oleville jälkiasennuksille. Modbus on joustava, laajasti tuettu oletus. Profibus sopii toimipaikoille, jotka jo käyttävät tätä kenttäväylästandardia, erityisesti vaarallisilla prosessialueilla.
Varaa aikaa penkkitestaukseen, noudata tarkasti johdotus- ja päätesääntöjä, dokumenttirekisterikartoitus ja vedä diagnostiikkavikabitit ohjausjärjestelmääsi. Tämä pieni ylimääräinen huolenpito estää yksinkertaiset linja-auto-ongelmat lumipallosta suunnittelemattomiin tankkitason seisokkeihin. Kun määrität uutta mittaria, jaa PLC-protokollastandardi toimittajan kanssa ajoissa. Tällä tavalla yksikkö toimitetaan valmiiksi määritettynä ja valmiina laskeutumaan suoraan linja-autoverkkoosi.
Viitteet
- IEC 61158, Digitaalinen tietoliikenne mittausta ja ohjausta varten – Kenttäväylä käytettäväksi teollisuuden ohjausjärjestelmissä (Profibus-standardi)
- Modbus-organisaatio, Modbus-sovellusprotokollamäärittely V1.1b3
- IEC 61326-1, Sähkölaitteet mittaus-, ohjaus- ja laboratoriokäyttöön – EMC-vaatimukset
- PROFIBUS International, PROFIBUS PA Asennus- ja käyttöönottoohje
- ISA-50.02, Fieldbus Standard for Measurement and Control
