Ποιοι είναι οι τύποι των οργάνων αυτοματισμού;

Πολλοί άνθρωποι που είναι νέοι στην οργανολογία αισθάνονται αποπροσανατολισμένοι όταν βλέπουν για πρώτη φορά την πληθώρα οργάνων επί τόπου.

Με ονόματα όπως μανόμετρα πίεσης, θερμόμετρα, μετρητές ροής, μετρητές στάθμης, βαλβίδες ελέγχου, πομπούς, PLC, DCS, συναγερμούς και αναλυτές, είναι εύκολο να μπερδευτεί κανείς σχετικά με το πώς να τα κατηγοριοποιήσει.

Στην πραγματικότητα, η οργανολογία αυτοματισμού δεν είναι τόσο περίπλοκη. Από την άποψη της εγκατάστασης, περιστρέφεται κυρίως γύρω από έναν ενιαίο στόχο: τη μέτρηση παραμέτρων διεργασίας, τη μετάδοσή τους, την εμφάνισή τους και τον έλεγχό τους — ενώ παρέχει επίσης συναγερμούς και προστασία εξοπλισμού όταν είναι απαραίτητο.

Με βάση τη λειτουργία, τα όργανα αυτοματισμού μπορούν γενικά να χωριστούν σε έξι κύριες κατηγορίες:

Όργανα μέτρησης πεδίου, όργανα ελέγχου πεδίου, ενεργοποιητές πεδίου, όργανα εμφάνισης και καταγραφής, όργανα ρύθμισης/ελέγχου και εξειδικευμένα όργανα μέτρησης.

I. Τι κάνουν τα όργανα αυτοματισμού;

Τα όργανα αυτοματισμού δεν είναι απλώς συσκευές για "ανάγνωση τιμών".

Σε έναν πλήρη βρόχο ελέγχου, τα όργανα μέτρησης συλλέγουν παραμέτρους πεδίου, ο ελεγκτής εκτελεί ανάλυση και υπολογισμούς, ο ενεργοποιητής εκτελεί ενέργειες και τα όργανα εμφάνισης/καταγραφής παρουσιάζουν δεδομένα στους χειριστές και τα αποθηκεύουν για το σύστημα.

Πάρτε για παράδειγμα έναν βρόχο ελέγχου θερμοκρασίας: ένα θερμοστοιχείο ή ένα αντίσταση θερμομέτρου μετρά τη θερμοκρασία. ένας πομπός θερμοκρασίας στέλνει το σήμα σε ένα PLC ή DCS. ο ελεγκτής υπολογίζει την απαιτούμενη απόκριση και εξάγει ένα σήμα. και τέλος, μια βαλβίδα ελέγχου ρυθμίζει τη ροή ατμού, ζεστού νερού ή ψυκτικού νερού.

Επομένως, τα όργανα δεν υπάρχουν απομονωμένα. Κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων επί τόπου, κανείς δεν μπορεί απλώς να επικεντρωθεί σε ένα μόνο όργανο. το όργανο πρέπει να αναλυθεί στο πλαίσιο ολόκληρου του βρόχου ελέγχου.

II. Όργανα μέτρησης πεδίου

Τα όργανα μέτρησης πεδίου χρησιμεύουν ως η πηγή δεδομένων για τα συστήματα αυτοματισμού. Εάν οι μετρήσεις είναι ανακριβείς, οι επακόλουθες λειτουργίες εμφάνισης, καταγραφής και ελέγχου θα υποβαθμιστούν.

Συνηθισμένα όργανα μέτρησης πεδίου περιλαμβάνουν αυτά για τη μέτρηση στάθμης υγρού, πίεσης, θερμοκρασίας και ροής, καθώς και όργανα ανάλυσης αερίων και υγρών.

Τα όργανα στάθμης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση στάθμης υγρών, στάθμης υλικών ή θέσεων διεπαφής σε δεξαμενές αποθήκευσης, πύργους, αντιδραστήρες και σιλό. Συνηθισμένοι τύποι περιλαμβάνουν μαγνητικά όργανα στάθμης με πτερύγια, όργανα στάθμης τύπου πλωτήρα, μετρητές στάθμης ραντάρ, μετρητές στάθμης υπερήχων, χωρητικούς μετρητές στάθμης, μετρητές στάθμης διαφορικής πίεσης και διακόπτες στάθμης.

Τα όργανα πίεσης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση πίεσης, διαφορικής πίεσης ή επιπέδων κενού σε αγωγούς, δοχεία και εξοπλισμό. Συνηθισμένοι τύποι περιλαμβάνουν μανόμετρα πίεσης, πομπούς πίεσης, πομπούς διαφορικής πίεσης, αισθητήρες πίεσης και διακόπτες πίεσης. Τα μανόμετρα πίεσης χρησιμοποιούνται κυρίως για αναγνώσεις επί τόπου, οι πομποί πίεσης για απομακρυσμένη μετάδοση σήματος και οι διακόπτες πίεσης για συναγερμούς και λειτουργίες αλληλοσύνδεσης.

Τα όργανα θερμοκρασίας μετρούν τη θερμοκρασία ενός μέσου ή της επιφάνειας του εξοπλισμού. Συνηθισμένοι τύποι περιλαμβάνουν διμεταλλικά θερμόμετρα, γυάλινα θερμόμετρα, θερμοστοιχεία, ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης (RTD), πομπούς θερμοκρασίας, διακόπτες θερμοκρασίας και υπέρυθρα θερμόμετρα. Τα θερμοστοιχεία είναι κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, ενώ τα RTD είναι πιο κατάλληλα για μετρήσεις χαμηλής έως μέτριας θερμοκρασίας.

Τα όργανα ροής μετρούν τον ρυθμό ροής αερίων, υγρών ή ατμού. Συνηθισμένοι τύποι περιλαμβάνουν ηλεκτρομαγνητικούς, στροβιλισμού, τουρμπίνας, υπερήχων, μάζας, μετρητές ροής με πλάκα οπής και μεταβλητής περιοχής (ροτόμετρο). Η επιλογή απαιτεί προσεκτική επαλήθευση του μέσου, του εύρους ροής, της πίεσης και της θερμοκρασίας, του ιξώδους, της αγωγιμότητας και των απαιτήσεων ευθύγραμμου τμήματος αγωγού.

Τα όργανα ανάλυσης αερίων ανιχνεύουν τη σύνθεση και τη συγκέντρωση αερίων. Συνηθισμένοι τύποι στην αγορά περιλαμβάνουν αναλυτές οξυγόνου, ανιχνευτές εύφλεκτων αερίων, ανιχνευτές τοξικών αερίων, αναλυτές αερίων υπερύθρων, αναλυτές αερίων θερμικής αγωγιμότητας, αναλυτές αερίων λέιζερ και αερίους χρωματογράφους.

Τα όργανα ανάλυσης υγρών μετρούν παραμέτρους όπως pH, αγωγιμότητα, θολερότητα, συγκέντρωση, πυκνότητα, ιξώδες, διαλυμένο οξυγόνο, COD και αζωτοαμμώνιο. Αυτά τα όργανα απαιτούν σχετικά υψηλή συντήρηση. ο καθαρισμός, η βαθμονόμηση και η επιθεώρηση των γραμμών δειγματοληψίας είναι απαραίτητες εργασίες.

III. Όργανα ελέγχου πεδίου

Τα όργανα ελέγχου πεδίου είναι υπεύθυνα για την επεξεργασία σημάτων επί τόπου, τη μετατροπή σημάτων και τον τοπικό έλεγχο.

Συνηθισμένοι τύποι περιλαμβάνουν πνευματικά, ηλεκτρικά και υδραυλικά όργανα ελέγχου.

Τα πνευματικά όργανα ελέγχου χρησιμοποιούν πεπιεσμένο αέρα ως πηγή ενέργειας. έχουν σχετικά απλές δομές και παραμένουν πολύτιμα σε εφαρμογές ανθεκτικές σε εκρήξεις. Τα ηλεκτρικά όργανα ελέγχου χρησιμοποιούν ηλεκτρικά σήματα, καθιστώντας τα ευκολότερα στην ενσωμάτωση με PLC, DCS και υπολογιστές εποπτείας. Τα υδραυλικά όργανα ελέγχου παρέχουν υψηλή δύναμη εξόδου και συνήθως χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές βαρέως φορτίου ή υψηλής ώθησης.

Βασικοί παράγοντες κατά την επιλογή αυτών των οργάνων περιλαμβάνουν σήματα εισόδου/εξόδου, ακρίβεια ελέγχου, ταχύτητα απόκρισης, συνθήκες τροφοδοσίας, βαθμολογίες αντοχής σε εκρήξεις, το περιβάλλον πεδίου και τις διεπαφές συστήματος.

IV. Ενεργοποιητές πεδίου

Οι ενεργοποιητές πεδίου είναι τα εξαρτήματα σε έναν βρόχο ελέγχου που εκτελούν πραγματικά τη φυσική ενέργεια.

Αφού το σύστημα ελέγχου εκδώσει μια εντολή, ο ενεργοποιητής την εκτελεί ρυθμίζοντας βαλβίδες, αποσβεστήρες, θυροφράγματα ή άλλες μηχανικές δομές για να αλλάξει τις συνθήκες διεργασίας όπως ο ρυθμός ροής, η πίεση, η στάθμη υγρού ή η θερμοκρασία. Συνηθισμένες συσκευές ενεργοποίησης περιλαμβάνουν πνευματικές, ηλεκτρικές και υδραυλικές βαλβίδες ελέγχου. βαλβίδες διακοπής. βαλβίδες πεταλούδας. σφαιρικές βαλβίδες. πύλινες βαλβίδες. ενεργοποιητές. τοποθετητές βαλβίδων. και έξυπνους τοποθετητές βαλβίδων.

Κατά τη συντήρηση πεδίου, πρέπει κανείς να κοιτάζει πέρα από το αν ο ενεργοποιητής μπορεί απλώς να ανοίξει και να κλείσει. Είναι επίσης απαραίτητο να ελέγχεται η ομαλή λειτουργία, η ακριβής τοποθέτηση, τα κανονικά σήματα ανάδρασης, οι κατάλληλοι χρόνοι απόκρισης και εάν η ασφαλής θέση πληροί τις απαιτήσεις της διεργασίας.

Πολλές διακυμάνσεις ελέγχου προκύπτουν όχι από τις ρυθμίσεις παραμέτρων του ελεγκτή, αλλά από προβλήματα όπως η κόλληση βαλβίδας, οι ανακριβείς τοποθετητές, η ασταθής πίεση παροχής αέρα ή η αργή απόκριση του ενεργοποιητή.

V. Όργανα εμφάνισης και καταγραφής

Τα όργανα εμφάνισης και καταγραφής δείχνουν παραμέτρους πεδίου, την κατάσταση του εξοπλισμού και πληροφορίες συναγερμού, ενώ αποθηκεύουν επίσης κρίσιμα δεδομένα.

Συνηθισμένα παραδείγματα περιλαμβάνουν ψηφιακές οθόνες, αναλογικές οθόνες, οθόνες-ελεγκτές, πολυσημειακούς σαρωτές, καταγραφείς χάρτινης μορφής, καταγραφείς χωρίς χαρτί, οθόνες αφής HMI, τερματικά σταθμών χειριστή και ηχητικές/οπτικές συσκευές συναγερμού.

Οι ψηφιακές οθόνες είναι κατάλληλες για παρακολούθηση παραμέτρων ενός σημείου. Οι οθόνες-ελεγκτές μπορούν να ενσωματώνουν λειτουργίες συναγερμού και βασικού ελέγχου. Οι καταγραφείς χωρίς χαρτί είναι ιδανικοί για την παρακολούθηση τάσεων σε παραμέτρους όπως θερμοκρασία, πίεση, ροή και στάθμη. Τα HMI και οι σταθμοί χειριστή χρησιμοποιούνται για οπτικές διεπαφές, διαμόρφωση παραμέτρων, παρακολούθηση συναγερμών και λειτουργία εξοπλισμού.

Βασικά κριτήρια επιλογής περιλαμβάνουν σήματα εισόδου, μεθόδους εμφάνισης, διαστήματα καταγραφής, χωρητικότητα αποθήκευσης, διεπαφές επικοινωνίας, εξόδους συναγερμού και προστασία από απώλεια τροφοδοσίας.

VI. Όργανα ρύθμισης και ελέγχου

Τα όργανα ρύθμισης και ελέγχου λειτουργούν ως ο "εγκέφαλος" του συστήματος αυτοματισμού, χειριζόμενα αυτόματη ρύθμιση, λογικό έλεγχο, έλεγχο ακολουθίας και προστασία ασφαλείας.

Συνηθισμένες συσκευές πεδίου περιλαμβάνουν ελεγκτές PID, ρυθμιστές ενός βρόχου και πολλαπλών βρόχων, PLC, DCS, FCS, ESD, SIS και βιομηχανικούς υπολογιστές.

Οι ελεγκτές PID χρησιμοποιούνται συνήθως για τη ρύθμιση συνεχών παραμέτρων όπως θερμοκρασία, πίεση, ροή και στάθμη. Τα PLC χρησιμοποιούνται συνήθως για λειτουργίες εκκίνησης/διακοπής εξοπλισμού, έλεγχο ακολουθίας, προστασία αλληλοσύνδεσης και επεξεργασία διακριτών σημάτων (on/off). Τα DCS είναι κατάλληλα για την κεντρική παρακολούθηση και τον κατανεμημένο έλεγχο μονάδων συνεχούς παραγωγής μεγάλης κλίμακας. Τα SIS και ESD χρησιμοποιούνται κυρίως για αλληλοσύνδεση ασφαλείας και έκτακτες διακοπές λειτουργίας. δεν πρέπει να αντιμετωπίζονται απλώς ως τυπικά συστήματα ελέγχου.

Οι παράγοντες επιλογής περιλαμβάνουν την ελεγχόμενη διεργασία, τον αριθμό σημείων I/O, τη στρατηγική ελέγχου, τα πρωτόκολλα επικοινωνίας, τις απαιτήσεις πλεονασμού, τα επίπεδα ακεραιότητας ασφαλείας (SIL), τη διαχείριση συναγερμών και τις μακροπρόθεσμες δυνατότητες συντήρησης.

VII. Εξειδικευμένα όργανα μέτρησης

Τα εξειδικευμένα όργανα μέτρησης χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση μοναδικών παραμέτρων, την παρακολούθηση της υγείας του εξοπλισμού και την εκτέλεση βαθμονόμησης πεδίου. Συνηθισμένα παραδείγματα περιλαμβάνουν οργάνους παρακολούθησης δονήσεων άξονα, οργάνους παρακολούθησης μετατόπισης άξονα, ταχύμετρα, όργανα ζύγισης, μετρητές πάχους, βαθμονομητές σήματος, ανιχνευτές φλόγας, αναλυτές υγρασίας σε απευθείας σύνδεση, μετρητές πυκνότητας σε απευθείας σύνδεση και όργανα παρακολούθησης κατάστασης εξοπλισμού.

Τα όργανα για τη μέτρηση δονήσεων άξονα, μετατόπισης άξονα και ταχύτητας περιστροφής χρησιμοποιούνται συνήθως σε περιστρεφόμενο εξοπλισμό όπως συμπιεστές, ατμοστρόβιλους, ανεμιστήρες και αντλίες. Τα όργανα ζύγισης χρησιμοποιούνται σε σιλό, ζυγούς ιμάντων και συστήματα δοσομέτρησης ή συσκευασίας. Οι μετρητές πάχους χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του πάχους πλακών, σωλήνων και τοιχωμάτων δοχείων, καθώς και του πάχους επικάλυψης. Οι ανιχνευτές φλόγας χρησιμοποιούνται συνήθως για προστασία καύσης σε λέβητες, φούρνους θέρμανσης και αποτεφρωτήρες.

Η επιλογή αυτών των οργάνων απαιτεί την εξέταση παραγόντων όπως ο τύπος του εξοπλισμού, η παράμετρος που μετράται, η θέση εγκατάστασης, η ταχύτητα απόκρισης, τα σήματα εξόδου και οι απαιτήσεις προστασίας.

VIII. Βασικά σημεία για επιλογή και χρήση επί τόπου

Κατά την επιλογή οργάνων αυτοματισμού, κανείς δεν πρέπει να επικεντρώνεται μόνο στον αριθμό μοντέλου και την τιμή.

Πρώτον, προσδιορίστε την παράμετρο που πρέπει να μετρηθεί. στη συνέχεια, καθορίστε το εύρος μέτρησης, την ακρίβεια, τα υλικά κατασκευής, τη μέθοδο εγκατάστασης, την τροφοδοσία και το σήμα εξόδου.

Εάν το μέσο είναι διαβρωτικό, τα υγρά μέρη πρέπει να είναι κατασκευασμένα από το κατάλληλο υλικό. Για μέσα υψηλής θερμοκρασίας, εξετάστε τη διάχυση θερμότητας, τη συμπύκνωση, την απομόνωση και τα θερμοσωλήνες. Εάν το μέσο είναι επιρρεπές σε κρυστάλλωση ή απόφραξη, ή περιέχει ακαθαρσίες, εξετάστε τη χρήση διαφραγμάτων, εξαερισμού, έκπλυσης ή προεπεξεργασίας δείγματος. Σε περιοχές με σημαντικές δονήσεις, εξετάστε τη στήριξη με βραχίονα και τη θέση εγκατάστασης.

Μόλις τεθεί σε λειτουργία το όργανο, ελέγχετε τακτικά το σημείο μηδέν, το εύρος, την καλωδίωση, την τροφοδοσία, τη γείωση, την επικοινωνία, τις εξόδους συναγερμού και την κατάσταση αλληλοσύνδεσης.

Κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων επί τόπου, ακολουθήστε αυτήν την ακολουθία: ελέγξτε την τροφοδοσία, στη συνέχεια το σήμα, στη συνέχεια την καλωδίωση, στη συνέχεια τις ρυθμίσεις παραμέτρων και τέλος το αισθητήριο στοιχείο και τις συνθήκες διεργασίας.

Σύνοψη

Η ταξινόμηση των οργάνων αυτοματισμού δεν είναι δύσκολο να απομνημονευθεί, καθώς κάθε τύπος εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία.

Για παράδειγμα, τα όργανα μέτρησης συλλέγουν δεδομένα. τα όργανα ελέγχου χειρίζονται την επεξεργασία σημάτων. οι ενεργοποιητές εκτελούν φυσικές ενέργειες στο πεδίο. τα όργανα εμφάνισης και καταγραφής εμφανίζουν και αποθηκεύουν δεδομένα. τα όργανα ρύθμισης και ελέγχου διαχειρίζονται τον έλεγχο και τις αλληλοσυνδέσεις. και τα εξειδικευμένα όργανα μέτρησης ανιχνεύουν μοναδικές παραμέτρους.

Όταν βρίσκεστε πραγματικά επί τόπου, μην βλέπετε ένα όργανο ως απομονωμένη συσκευή. Εξετάστε το στο πλαίσιο ολόκληρου του βρόχου ελέγχου, και πολλά προβλήματα θα γίνουν ευκολότερα στη διάγνωση.