Распространённая проблема в промышленной автоматизации

В промышленной автоматизации инженеры часто сталкиваются с расхождениями между показаниями полевых передатчиков и значениями, отображаемыми на системах управления, таких как ПЛК или АСУ ТП. Эта проблема, хотя и распространённая, может иметь множество причин. Понимание этих причин необходимо для поддержания точного управления процессом и обеспечения надёжной работы системы.

Несоответствие настроек между передатчиком и АСУ ТП

Одной из самых частых причин расхождений показаний является неправильная настройка диапазона.
Например, если температурный передатчик откалиброван на 0–250 °C, а диапазон в АСУ ТП установлен на 0–200 °C, на дисплее в операторской будет отображаться неверное значение по сравнению с полевым индикатором.

Чтобы избежать этого, всегда проверяйте, что у передатчика и аналоговой входной карты АСУ ТП или ПЛК одинаково установлены значения ННЗ (нижнее значение диапазона) и ВВЗ (верхнее значение диапазона). Единая настройка устройств обеспечивает правильное масштабирование и устраняет наиболее распространённую причину расхождений.

Когда настройки верны, но показания всё равно различаются

Иногда, даже при полном совпадении настроек, расхождения сохраняются. Это часто связано с падением тока в цепи 4–20 мА — тонкой, но значимой проблемой при передаче аналогового сигнала.

Хотя стандарт 4–20 мА теоретически поддерживает постоянный ток по всей цепи, на практике такие факторы, как высокое сопротивление кабеля или плохие соединения, могут вызывать небольшие, но измеримые падения.

Типичные причины падения тока в цепи 4–20 мА

К распространённым причинам снижения сигнала относятся:

• Высокое сопротивление в основных или ответвительных кабелях

• Петли заземления и плохая экранировка

• Неправильная калибровка выходного сигнала передатчика или входных карт АСУ ТП

• Модули аналогового входа с низким разрешением или без калибровки

• Ослабленные или окисленные клеммы

• Электрические помехи или наведённые ЭДС от близлежащего оборудования

Даже небольшое падение — например, 0,01 мА — может вызвать заметные отклонения в отображаемых значениях процесса, особенно в системах с широким диапазоном измерений.

Измерение и проверка падения тока в цепи

Чтобы определить, является ли причиной проблемы падение тока, инженеры могут выполнить следующие действия:

1. Измерить ток в цепи с помощью откалиброванного мультиметра, подключённого последовательно.

2. Сравнить показания мультиметра и внутреннего HART-выхода передатчика.

3. Оценить разницу: если HART-передатчик показывает 6,00 мА, а мультиметр — 5,99 мА, то в цепи имеется потеря тока 0,01 мА.

Дисплей HART остаётся точным, так как считывает цифровые данные напрямую с процессора передатчика, минуя аналоговый путь сигнала. АСУ ТП же получает аналоговый ток, что делает его уязвимым к небольшим потерям в цепи.

Пример 1: Приложение с малым диапазоном

Рассмотрим давление передатчика с диапазоном 0–10 кг/см².
Если передатчик показывает 1,25 кг/см² в поле (соответствует 6 мА), а операторская — 1,24375 кг/см² (соответствует 5,99 мА), ошибка составит 0,00625 кг/см² или 0,06%.

В большинстве приложений с малым диапазоном такие незначительные расхождения считаются допустимыми. Класс точности системы и разрешение дисплея определяют, насколько значимы такие различия.

Пример 2: Приложение с большим диапазоном

Теперь рассмотрим передатчик расхода факела с диапазоном 0–150 000 кг/ч.
Падение тока на 0,01 мА (6,00 мА против 5,99 мА) вызывает отклонение в 93,75 кг/ч между показаниями в поле и операторской.
Хотя процентная ошибка остаётся всего 0,06%, абсолютное отклонение значительное. Для передатчиков с большим диапазоном даже небольшие потери сигнала могут влиять на расчёты материального баланса и мониторинг работы.

Почему падения тока в цепи важны

Хотя падение тока на 0,01 мА кажется незначительным, оно может привести к неэффективности процесса или неправильной интерпретации данных в критически важных приложениях, таких как учёт передачи, измерение энергии или контроль выбросов. Поэтому регулярная проверка аналоговых цепей необходима для поддержания надёжности системы.

Кроме того, с внедрением цифровых стандартов связи (например, Foundation Fieldbus, Profibus PA или систем на базе Ethernet) такие проблемы сводятся к минимуму — но многие устаревшие системы всё ещё используют аналоговые цепи, что делает эти знания важными для инженеров по приборостроению.

Мнение инженера

Исходя из практического опыта, целостность цепи следует проверять при каждом профилактическом обслуживании. Использование точных средств калибровки, обеспечение правильного заземления и замена стареющих кабелей значительно снижают проблемы с расхождениями.
Кроме того, современные интеллектуальные передатчики с диагностическими функциями могут предупреждать пользователей о возможном ухудшении состояния цепи, улучшая стратегии прогнозного обслуживания в заводской автоматизации и системах управления технологическими процессами.

Практические решения и сценарии применения

• Регулярная калибровка: Проверяйте масштабирование передатчика и АСУ ТП ежегодно.

• Управление кабелями: Используйте скрученные экранированные пары и обеспечивайте правильное заземление.

• Цифровая проверка: Применяйте диагностику HART или Fieldbus для раннего обнаружения расхождений.

• Критические приложения: Рассматривайте цифровые протоколы связи, где потери сигнала исключены.

Заключение

Расхождения показаний между полевыми передатчиками и системами операторской связаны в основном с ошибками настройки или падением тока в цепи. Даже минимальные колебания тока могут привести к заметным отклонениям значений процесса, особенно у передатчиков с широким диапазоном. Поддерживая точную калибровку, целостность цепи и периодическую проверку, инженеры могут обеспечить точные и надёжные измерения по всей сети системы управления.