IS220PHRAH1B یک ماژول ورودی/خروجی آنالوگ فعال HART® با کارایی بالا در سیستم کنترل توزیع شده Mark VIe جنرال الکتریک (GE) است. به عنوان یکی از اعضای مهم خانواده PHRA، IS220PHRAH1B برای برقراری ارتباط با کنترل کننده از طریق شبکه های اترنت ورودی/خروجی منفرد یا دوگانه در حالی که مستقیماً به یک برد ترمینال ورودی/خروجی آنالوگ (مانند SHRA) متصل می شود، طراحی شده است. 10 کانال ورودی آنالوگ با دقت بالا و 2 کانال خروجی آنالوگ برای کنترل فرآیند صنعتی ارائه می دهد. مهمترین نکته برجسته آن این است که همه 12 کانال (10 ورودی و 2 خروجی) به طور کامل از انتقال شفاف پروتکل ارتباطی HART (Transducer Remote Addressable Highway) پشتیبانی می کنند. این به سیستم کنترل اجازه میدهد تا بدون تأثیر بر سیگنالهای آنالوگ استاندارد 4-20 میلی آمپر، به صورت دیجیتالی با دستگاههای هوشمند دارای HART فعال ارتباط برقرار کند، پیکربندی پارامتر از راه دور، بازیابی دادههای تشخیصی و مدیریت سلامت دستگاه را ممکن میسازد.
این ماژول یک برد پردازنده معمولی و یک برد اختصاصی جذب آنالوگ را ادغام می کند. برد پردازنده ارتباطات اترنت، کنترل منطقی و پردازش پروتکل HART را مدیریت می کند. برد اکتساب مجهز به مبدل 16 بیتی آنالوگ به دیجیتال (A/D) و مبدل دیجیتال به آنالوگ 14 بیتی (D/A) است که دقت بسیار بالایی در تبدیل سیگنال را تضمین می کند. IS220PHRAH1B دارای طراحی جمع و جور روی سطح با ابعاد کوچک (8.26 سانتی متر در 4.19 سانتی متر در 12.1 سانتی متر) است و مستقیماً به برد ترمینال همراه متصل می شود و سیم کشی و نصب در کابینت کنترل را بسیار ساده می کند. محدوده دمای عملیاتی آن 30- تا 65 درجه سانتیگراد است که به آن امکان می دهد با محیط های صنعتی خشن از سرمای شدید تا گرمای زیاد سازگار شود.
موقعیت یابی سیستم و یکپارچه سازی معماری
در معماری شبکه سیستم کنترل Mark VIe، IS220PHRAH1B به عنوان یک جزء کلیدی از لایه ورودی/خروجی توزیع شده، بین دستگاههای میدان و کنترلکننده قرار میگیرد. حالت کار آن ساده است: ماژول مستقیماً از طریق یک کانکتور پین DC-62 در پشت خود به برد ترمینال SHRA (یا سازگار) متصل می شود و نیازی به کابل اضافی ندارد. از طریق دو پورت اترنت RJ-45 (ENET1 و ENET2) در کنار خود به شبکه اترنت ورودی/خروجی متصل میشود و دادههای بلادرنگ را با بخشهای کنترلی R، S و T کنترلکننده مبادله میکند. یک کانکتور 3 پین برق 28 ولت DC را تامین می کند.
IS220PHRAH1B فقط از عملیات سیمپلکس پشتیبانی می کند، به این معنی که یک برد ترمینال تنها به یک ماژول I/O متصل می شود. برای برنامه های کاربردی با قابلیت اطمینان بالا که به افزونگی مدولار سه گانه (TMR) نیاز دارند، می توان سه برد ترمینال SHRA و ماژول PHRA مستقل را پیکربندی کرد که هر کدام مربوط به بخش های کنترلی R، S و T هستند، با رای گیری 2 از 3 که توسط نرم افزار کاربردی انجام می شود.
توابع اصلی دقیق
1. ورودی های آنالوگ چند نوع انعطاف پذیر
IS220PHRAH1B 10 کانال ورودی آنالوگ با دقت بالا را ارائه میکند که به طور انعطافپذیری قابل تنظیم هستند تا انواع فرستندههای میدانی مختلف را در خود جای دهند:
کانال های 1 تا 8 : می توانند به طور مستقل برای ورودی ولتاژ DC ± 5 ولت یا ورودی حلقه جریان 4-20 میلی آمپر پیکربندی شوند. هنگامی که برای ورودی جریان پیکربندی می شود، یک مقاومت بار دقیق 250 Ω که روی برد ترمینال قرار دارد، سیگنال جریان را به یک سیگنال ولتاژ 1-5 ولت DC تبدیل می کند، که سپس توسط مبدل A/D 16 بیتی ماژول دریافت می شود.
کانال های 9 و 10 : می توانند برای ورودی جریان 4-20 میلی آمپر یا ورودی جریان کم ± 1 میلی آمپر پیکربندی شوند که یک روش اتصال انعطاف پذیر برای سنسورهای تخصصی ارائه می دهد.
تمام سیگنالهای ورودی آنالوگ ابتدا از یک شبکه فیلتر پایینگذر، غیرفعال و مرتبه دوم (با قطبهای 12.5 هرتز و 48.3 هرتز) عبور میکنند و به طور موثر نویز فرکانس بالا را سرکوب میکنند. علاوه بر این، کاربران می توانند به طور مستقل یک فیلتر پایین گذر دیجیتال را برای هر کانال از طریق نرم افزار ToolboxST، با فرکانس های قطع قابل انتخاب 0.75 هرتز، 1.5 هرتز، 3 هرتز، 6 هرتز، یا 12 هرتز پیکربندی کنند تا تداخل میدان را بیشتر از بین ببرد.
دقت اندازه گیری ماژول فوق العاده است: بهتر از 0.1٪ مقیاس کامل در کل محدوده دمایی 0 تا 60 درجه سانتیگراد، با دقت معمولی در 25 درجه سانتیگراد که به 0.007٪ از مقیاس کامل می رسد. نرخ نمونهبرداری مبدل A/D 200 هرتز در هر کانال (دوره اسکن 5 میلیثانیه) است که به طور کامل نیازهای زمان واقعی کنترل فرآیند را برآورده میکند. علاوه بر این، ماژول تا 60 دسی بل رد حالت مشترک AC (در 60 هرتز) و 80 دسی بل رد حالت مشترک DC، با محدوده ولتاژ حالت مشترک 5 ± ولت دارد و یکپارچگی سیگنال را حتی در محیطهایی با تداخل الکترومغناطیسی قوی حفظ میکند.
2. خروجی آنالوگ با دقت بالا دو کاناله
IS220PHRAH1B دو خروجی جریان 4-20 میلی آمپر را ارائه می دهد که توسط یک مبدل D/A 14 بیتی هدایت می شود. ولتاژ انطباق خروجی به 18 ولت با حداکثر قابلیت بارگذاری 800 Ω می رسد. مدارهای تشخیص جریان برای هر خروجی، هم داخلی ماژول و هم روی برد ترمینال، پیکربندی می شوند: حلقه تشخیص داخلی برای کنترل حلقه بسته استفاده می شود، در حالی که حلقه تشخیص روی برد ترمینال (از طریق یک مقاومت بار کوچک) برای نظارت تشخیصی وضعیت خروجی استفاده می شود. این مکانیسم حسگر دوگانه دقت جریان خروجی و کشف سریع عیب را تضمین می کند.
هر خروجی آنالوگ مجهز به 'رله خودکشی' است. اگر تشخیص سیستم یک خطای شدید را در کانال خروجی تشخیص دهد، این رله میتواند مدار خروجی را مجبور به باز شدن کند و جسم کنترلشده را به حالت ایمن برگرداند. وضعیت رله خودکشی به طور مداوم نظارت می شود. هر گونه اختلاف یک زنگ تشخیصی ایجاد می کند.
3. ارتباطات HART و مدیریت دارایی کامل
مزیت اصلی IS220PHRAH1B که آن را از ماژول های ورودی/خروجی آنالوگ معمولی متمایز می کند، پشتیبانی کامل کانال آن از پروتکل HART است. 12 کانال HART (10 ورودی و 2 خروجی) به دو مودم HART (مودم A و مودم B) اختصاص داده شده است. مودم A کانال های ورودی 1-5 و خروجی 1 را کنترل می کند. مودم B کانال های ورودی 6-10 و خروجی 2 را کنترل می کند.
هر کانال HART می تواند به طور همزمان سیگنال آنالوگ استاندارد 4-20 میلی آمپر و سیگنال دیجیتالی فرکانس شیفت (FSK) را که روی آن قرار گرفته است، ارسال کند. سیستم کنترل میتواند از راه دور دادههای HART را از دستگاههای میدانی از طریق اترنت و نرمافزار ToolboxST بخواند - از جمله شناسه سازنده دستگاه، نوع دستگاه، ویرایش نرمافزار/سختافزار، بایتهای وضعیت توسعهیافته و حداکثر چهار متغیر پویا (PV، SV، TV، FV). به طور همزمان، یک سیستم مدیریت دارایی (AMS) می تواند اطلاعات تشخیصی دستگاه را در همان مسیر در زمان واقعی جمع آوری کند و تعمیر و نگهداری پیش بینی را امکان پذیر می کند.
نرخ به روز رسانی داده های HART به تعداد کانال های فعال در هر مودم بستگی دارد: اگر فقط یک کانال در حال استفاده باشد، داده ها تقریباً یک بار در ثانیه به روز می شوند. اگر هر شش کانال در حال ارتباط هستند، تقریباً هشت ثانیه برای تکمیل یک چرخه نظرسنجی کامل از همه کانال ها لازم است. برای سیگنال های کنترل بلادرنگ بحرانی، اولویت و حالت ارتباط HART را می توان به طور انعطاف پذیر از طریق نرم افزار ToolboxST پیکربندی کرد تا اطمینان حاصل شود که پاسخ طبیعی سیگنال آنالوگ تحت تأثیر قرار نمی گیرد.
4. تشخیص جامع و توابع خودآزمایی
IS220PHRAH1B عملکردهای گسترده روشن و تشخیص آنلاین را ارائه می دهد و اطمینان می دهد که هر گونه خطای احتمالی به موقع شناسایی و گزارش می شود:
خودآزمایی پاور : در هر بار روشن شدن، ماژول به طور خودکار یک بررسی جامع از رم، حافظه فلش، پورت های اترنت و سخت افزار برد پردازنده را انجام می دهد.
نظارت مداوم برق : ولتاژ داخلی منبع تغذیه 18 ولت و 28 ولت را در زمان واقعی نظارت می کند. هر گونه ناهنجاری بلافاصله گزارش می شود.
تأیید شناسه الکترونیکی : هنگام روشن شدن، اطلاعات شناسه الکترونیکی را از برد ترمینال، برد جذب و برد پردازنده می خواند تا مطابقت مجموعه سخت افزاری را تأیید کند و بررسی می کند که کد برنامه بارگیری شده از حافظه فلش برای مجموعه سخت افزاری صحیح است.
بررسی محدودیت سخت افزار ورودی آنالوگ : هر نوع پیکربندی دارای محدودیت های سخت افزاری بالا/پایین از پیش تعیین شده است. اگر سیگنال ورودی از این محدوده فراتر رود، کانال مربوطه بلافاصله از دنباله اسکن حذف میشود و یک هشدار تشخیصی ترکیبی برای کل برد (L3DIAG_PHRA) تولید میشود.
بررسی محدودیت سیستم ورودی آنالوگ : کاربران میتوانند آزادانه محدودیتهای آلارم بالا/پایین را از طریق ToolboxST تنظیم کنند و انتخاب کنند که آیا قفل شوند یا خیر. تجاوز از حد مجاز باعث ایجاد زنگ هشدار می شود.
بررسی سلامت مبدل A/D : ولتاژهای مرجع دقیق در هر اسکن گنجانده شده است. مقادیر اندازه گیری شده با مقادیر مورد انتظار برای تایید سلامت مدارهای مبدل آنالوگ به دیجیتال مقایسه می شوند.
بررسی سلامت مبدل D/A : جریان خروجی روی برد ترمینال توسط یک مقاومت حسی کوچک به ولتاژ تبدیل میشود و توسط ماژول بازخوانی میشود. این با جریان فرمان برای تایید سلامت مبدل دیجیتال به آنالوگ و مدار خروجی مقایسه می شود.
نظارت بر وضعیت رله خودکشی : به طور مداوم وضعیت فرمان رله خودکشی را با نشانه بازخورد آن مقایسه می کند. هر گونه عدم تطابق یک خطا را اعلام می کند.
نظارت بر وضعیت ارتباط HART : هر کانال HART یک سیگنال وضعیت ارتباطی (CommStat) و یک سیگنال وضعیت دستگاه (DevStat) ارائه میکند، که خطاهای جمعبندی کنترلی، خطاهای کادربندی، خطاهای بیش از حد، و خطاهای سمت دستگاه را با جزئیات ثبت میکند.
همه سیگنال های تشخیصی را می توان به صورت جداگانه قفل کرد و پس از رفع خطا از طریق سیگنال RSTDIAG بازنشانی کرد.
5. نصب و پیکربندی راحت
نصب IS220PHRAH1B بسیار ساده است. ابتدا، برد ترمینال SHRA (یا سازگار) را به طور ایمن روی ریل DIN یا پانل کابینت نصب کنید. سپس، کانکتور پین DC-62 ماژول IS220PHRAH1B را مستقیماً با کانکتور روی برد ترمینال تراز کنید و آن را وصل کنید. در نهایت، ماژول را با استفاده از ناودانی های رزوه دار مجاور درگاه های اترنت و همراه با براکت نصب عرضه شده با برد ترمینال محکم کنید و مطمئن شوید که هیچ نیرویی به کانکتور وارد نمی شود. این تنظیم معمولاً فقط یک بار در طول عمر محصول مورد نیاز است. یک یا دو کابل اترنت را وصل کنید (برای پیکربندی اضافی، روش استاندارد اتصال ENET1 به شبکه مرتبط با کنترلکننده R است)، و کانکتور برق را وصل کنید (گرم اتصال پشتیبانی میشود؛ ماژول دارای قابلیت شروع نرم است). سپس نصب سخت افزار کامل می شود.
ماژول به هیچ پرش سخت افزاری یا تنظیمات سوئیچ نیاز ندارد. تمام تنظیمات از طریق نرم افزار کاربردی ToolboxST GE انجام می شود. در ویرایشگر مؤلفه ToolboxST، کاربر می تواند نوع ورودی، محدوده، تبدیل واحد مهندسی، فرکانس فیلتر نرم افزار و پارامترهای دستگاه HART را برای هر کانال تنظیم کند. هنگامی که پیکربندی اصلاح شده در کنترلر دانلود شد، بلافاصله اعمال می شود.
سناریوهای کاربردی معمولی
IS220PHRAH1B به طور گسترده در سناریوهای مختلف تولید برق و کنترل صنعتی فرآیند کاربرد دارد، مانند:
توربین بخار و کنترل تجهیزات کمکی : برای دمای روغن روان کننده، ارتعاش یاتاقان، فشار بخار، بازخورد موقعیت سوپاپ و غیره به فرستنده های 4-20 میلی آمپر متصل می شود، در حالی که سیگنال های کنترلی 4-20 میلی آمپر را به موقعیت دهنده های سوپاپ ارسال می کند.
کنترل سوخت توربین گاز : سیگنالهای جریان، فشار و دما گاز/سوخت مایع را دریافت میکند و جریان کنترل را به شیر کنترل سوخت ارسال میکند.
نظارت بر متغیر فرآیند متمرکز : همه فرستندههای فعال HART (دما، فشار، سطح، جریان) میتوانند پارامترهای خود را از راه دور از راه دور از طریق این ماژول مدیریت کنند و نیاز به مالتی پلکسرهای اضافی یا ارتباطات دستی را از بین ببرند.
مدیریت دارایی : با نرم افزار AMS کار می کند تا کدهای خطا، وضعیت سایش، رانش کالیبراسیون و سایر اطلاعات را از هر دستگاه در زمان واقعی ضبط کند و امکان ارتقاء از تعمیر و نگهداری پیشگیرانه به پیش بینی را فراهم کند.
