مشکل رایج در اتوماسیون صنعتی

در اتوماسیون صنعتی، مهندسان اغلب با اختلاف بین خوانش‌های فرستنده‌های میدانی و مقادیر نمایش داده شده در سیستم‌های اتاق کنترل مانند PLC یا DCS مواجه می‌شوند. این مشکل، هرچند رایج است، می‌تواند دلایل متعددی داشته باشد. شناخت این دلایل برای حفظ کنترل دقیق فرآیند و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد سیستم ضروری است.

عدم تطابق پیکربندی بین فرستنده و DCS

یکی از شایع‌ترین دلایل اختلاف خوانش‌ها، پیکربندی نادرست بازه اندازه‌گیری است.
برای مثال، اگر فرستنده دما برای بازه ۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد کالیبره شده باشد اما بازه DCS روی ۰ تا ۲۰۰ درجه تنظیم شده باشد، نمایش اتاق کنترل مقدار نادرستی نسبت به نمایش میدانی نشان خواهد داد.

برای جلوگیری از این مشکل، همیشه اطمینان حاصل کنید که هر دو دستگاه فرستنده و کارت ورودی آنالوگ DCS یا PLC دارای تنظیمات یکسان برای مقدار حد پایین (LRV) و مقدار حد بالا (URV) باشند. پیکربندی هماهنگ بین دستگاه‌ها باعث مقیاس‌بندی دقیق و حذف رایج‌ترین منبع اختلاف می‌شود.

وقتی پیکربندی درست است اما خوانش‌ها هنوز متفاوت‌اند

گاهی حتی وقتی هر دو پیکربندی کاملاً مطابقت دارند، اختلاف‌ها ادامه دارند. این اغلب به دلیل  کاهش جریان حلقه ۴–۲۰ میلی‌آمپر—یک مشکل ظریف اما تأثیرگذار در انتقال سیگنال آنالوگ—رخ می‌دهد.

اگرچه استاندارد ۴–۲۰ میلی‌آمپر به طور نظری جریان ثابتی در کل حلقه حفظ می‌کند، شرایط عملی مانند مقاومت بالای کابل یا اتصالات نامناسب می‌تواند باعث افت‌های کوچک اما قابل اندازه‌گیری شود.

دلایل معمول کاهش جریان حلقه ۴–۲۰ میلی‌آمپر

عوامل رایج افت سیگنال عبارتند از:

• مقاومت بالا در کابل‌های اصلی یا انشعابی

• حلقه‌های زمین و محافظ‌گذاری نامناسب

• کالیبراسیون نادرست خروجی فرستنده یا کارت‌های ورودی DCS

• ماژول‌های ورودی آنالوگ با وضوح پایین یا بدون کالیبراسیون

• ترمینال‌های شل یا زنگ‌زده

• نویز الکتریکی یا نیروی محرکه الکترومغناطیسی القایی از تجهیزات مجاور

حتی یک افت کوچک—مثلاً ۰.۰۱ میلی‌آمپر—می‌تواند باعث انحراف قابل توجهی در مقادیر نمایش داده شده فرآیند شود، به ویژه در سیستم‌هایی با بازه اندازه‌گیری وسیع.

اندازه‌گیری و بررسی افت جریان حلقه

برای تشخیص اینکه آیا افت جریان منبع مشکل است، مهندسان می‌توانند مراحل زیر را دنبال کنند:

1. اندازه‌گیری جریان حلقه با استفاده از مولتی‌متر کالیبره شده که به صورت سری متصل شده است.

2. مقایسه خوانش‌ها بین مولتی‌متر و خروجی داخلی HART فرستنده.

3. ارزیابی اختلاف: اگر HART فرستنده ۶.۰۰ میلی‌آمپر و مولتی‌متر ۵.۹۹ میلی‌آمپر نشان دهد، افت حلقه ۰.۰۱ میلی‌آمپر وجود دارد.

نمایش HART دقیق باقی می‌ماند زیرا داده‌های دیجیتال را مستقیماً از پردازنده فرستنده می‌خواند و مسیر سیگنال آنالوگ را دور می‌زند. اما DCS جریان آنالوگ را دریافت می‌کند و در نتیجه در برابر افت‌های کوچک در حلقه آسیب‌پذیر است.

مثال ۱: کاربرد با بازه پایین

فرستنده فشار با بازه ۰ تا ۱۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع را در نظر بگیرید.
اگر فرستنده در میدان مقدار ۱.۲۵ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع (معادل ۶ میلی‌آمپر) را نشان دهد، اما اتاق کنترل مقدار ۱.۲۴۳۷۵ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع (معادل ۵.۹۹ میلی‌آمپر) را نمایش دهد، خطا ۰.۰۰۶۲۵ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع یا ۰.۰۶٪ است.

در بیشتر کاربردهای با بازه پایین، چنین اختلافات جزئی قابل قبول است. کلاس دقت سیستم و وضوح نمایش تعیین می‌کند که آیا این تفاوت‌ها معنی‌دار هستند یا خیر.

مثال ۲: کاربرد با بازه بالا

اکنون فرستنده جریان مشعل با بازه ۰ تا ۱۵۰,۰۰۰ کیلوگرم در ساعت را در نظر بگیرید.
افت ۰.۰۱ میلی‌آمپر (۶.۰۰ میلی‌آمپر در مقابل ۵.۹۹ میلی‌آمپر) باعث انحراف ۹۳.۷۵ کیلوگرم در ساعت بین خوانش‌های میدانی و اتاق کنترل می‌شود.
اگرچه درصد خطا تنها ۰.۰۶٪ است، اختلاف مطلق قابل توجه است. برای فرستنده‌های با بازه بزرگ، حتی افت‌های کوچک سیگنال می‌تواند بر محاسبات تراز جرم و پایش عملکرد تأثیر بگذارد.

چرا افت جریان حلقه اهمیت دارد

اگرچه افت ۰.۰۱ میلی‌آمپر ممکن است ناچیز به نظر برسد، می‌تواند منجر به ناکارآمدی فرآیند یا برداشت نادرست در کاربردهای حساس مانند انتقال مالکیت، اندازه‌گیری انرژی یا پایش آلاینده‌ها شود. بنابراین بازرسی منظم حلقه‌های آنالوگ برای حفظ اطمینان سیستم ضروری است.

علاوه بر این، با پذیرش  استانداردهای ارتباط دیجیتال مانند Foundation Fieldbus، Profibus PA یا سیستم‌های مبتنی بر اترنت، این مشکلات کاهش یافته‌اند—اما بسیاری از سیستم‌های قدیمی هنوز به حلقه‌های آنالوگ وابسته‌اند که این دانش برای مهندسان ابزار دقیق حیاتی است.

دیدگاه مهندس

بر اساس تجربه میدانی، صحت حلقه باید در هر دوره نگهداری پیشگیرانه بررسی شود. استفاده از ابزارهای کالیبراسیون دقیق، اطمینان از اتصال زمین مناسب و تعویض کابل‌های فرسوده می‌تواند به طور چشمگیری مشکلات اختلاف خوانش را کاهش دهد.
علاوه بر این، فرستنده‌های هوشمند مدرن با قابلیت‌های تشخیصی می‌توانند کاربران را نسبت به کاهش کیفیت جریان حلقه هشدار دهند و استراتژی‌های نگهداری پیش‌بینی‌کننده را در  اتوماسیون کارخانه و  سیستم‌های کنترل فرآیند بهبود بخشند.

راهکارهای عملی و سناریوهای کاربردی

• کالیبراسیون منظم: هر سال مقیاس‌بندی فرستنده و DCS را بررسی کنید.

• مدیریت کابل: از زوج‌های تابیده و محافظ‌دار استفاده کرده و اتصال زمین مناسب را حفظ کنید.

• تأیید دیجیتال: از تشخیص‌های HART یا فیلدباس برای شناسایی زودهنگام اختلاف‌ها بهره ببرید.

• کاربردهای حساس: در نظر داشته باشید که از پروتکل‌های ارتباط دیجیتال استفاده کنید که افت سیگنال را حذف می‌کنند.

نتیجه‌گیری

اختلاف خوانش بین فرستنده‌های میدانی و سیستم‌های اتاق کنترل عمدتاً ناشی از خطاهای پیکربندی یا افت جریان حلقه است. حتی تغییرات کوچک جریان می‌تواند باعث انحراف قابل توجه در مقادیر فرآیندی شود، به ویژه در فرستنده‌های با بازه وسیع. با حفظ کالیبراسیون دقیق، اطمینان از صحت حلقه و بررسی دوره‌ای، مهندسان می‌توانند اندازه‌گیری دقیق و قابل اعتماد را در سراسر شبکه سیستم کنترل تضمین کنند.