LÀM THẾ NÀO ĐỂ HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO HART?

Thiết bị  trường đo lường quá trình trong các nhà máy đang phát triển theo hướng càng ngày càng phức tạp hơn. Hầu hết các thiết bị đo lường mới hiện nay là những thiết bị đo kỹ thuật số thông minh. Một giao thức kỹ thuật số phổ biến là giao thức HART (Highway  Automated  Remote  Transducer). Nó có các đặc điểm của cả 2 hệ thống điều khiển số và tương tự.
Để thiết bị đo lường hoạt động đúng, yêu cầu cả 2 nguồn tương tự (analog) / khả năng đo và truyền thông số phải chính xác. Trước đây , hoạt động này cần đến 2 công cụ riêng biệt, một bộ hiệu chỉnh và một bộ giao tiếp.hiện nay, với các khả năng sẳn có của 1 bộ hiệu chuẩn quá trình HART duy nhất có thể giúp các kỹ thuật viên xử lý nhanh và hiệu quả công việc với thiết bị đo HART.

Giao thức HART là gì?

Giao  thức  HART  sử  dụng  trong  các  thiết  bị  trường  thông  minh  được  thiết  kế  cho  các  ứng  dụng  mà  ở  đó  dữ liệu  quá  trình  được  thu  thập  từ  các  thiết  bị  cảm  biến  và  cơ  cấu  chấp  hành  nhờ  kĩ  thuật  truyền  thông số.Các  thiết  bị  này  sẽ  được  kết  nối  trực  tiếp  với  các  bộ  PLC  và  các  máy  tính.
1.    Giới  thiệu  về  giao  thức  HART  và  sự  trang  bị  thông  minh 
Giao  thức  HART  sử  dụng  trong  các  thiết  bị  trường  thông  minh  được  thiết  kế  cho  các  ứng dụng  mà  ở  đó  dữ  liệu  quá  trình  được  thu  thập  từ  các  thiết  bị  cảm  biến  và  cơ  cấu  chấp  hành nhờ  kĩ  thuật  truyền  thông  số. Các  thiết  bị  này  sẽ  được  kết  nối  trực  tiếp  với  các  bộ  PLC  và  các máy  tính.  Giao  thức  HART  (thiết  bị  chuyển  đổi  từ  xa  theo  địa  chỉ)  là  một  kiểu  bus  trường thông  minh  điển  hình.  Nó  có  thể  hoạt  động  theo  kiểu  số  lai  4-20mA. Các  thiết  bị  trường  thông  minh  thường  đảm  nhiệm  các  chức  năng:
-  Điều  khiển  việc  chỉnh  định  range/zero/span
-  Chẩn  đoán  các  hàm  chức  năng
-  Lưu  giữ  các  thông  tin  về  cài  đặt  cấu  hình  và  các  thông  tin  về  trạng  thái.  Truy  cập  vào  các  chức  năng  này  cho  phép  thu  ở  tốc  độ  lớn  và  hiệu  quả  của  các  quá  trình  cài đặt  và  bảo  trì.
Ví  dụ,thời  gian  tiêu  thụ  dòng    4-20  mA  trong  giai  đoạn  kiểm  tra  có  thể  đạt được  trong  vài  phút,  và  các  thiết  bị  có  thể  được  sẵn  sàng  để  sử  dụng  trong  các  Quá  trình zeroing  và  điều  chỉnh  cho  bất  kỳ  khía  cạnh  kiểm  soát  khác  như  hạn  chế    giá  trị.
2.  Giao  thức  HART  

Giao  thức  này  đã  được  phát  triển  bởi  Rosemount  và  được  coi  như  là  một  tiêu  chuẩn,  có sẵn  cho  tất  cả  các  nhà  sản  xuất.  ý  nghĩa    của  nó  là  nó  cho  phép  kỹ  sư  có  một  sự  trang  bị  có sẵn  dòng    4-20  mA  và  để  sử  dụng,  đồng  thời,  các  dây  cùng  thực  hiện  các  thông  tin    số chồng  trên  tín  hiệu  tương  tự.  Điều  này  cho  phép  hầu  hết  các  công  ty  đã    tận  dụng  đầu  tư với  trang  bị  dòng  4-20  mA  hiện  có  của  họ    và  các  hệ  thống  liên  kết  và  khả  năng  gắn  thêm các  HART đầu vào mà không mất chi phí lớn. HART  là  một  tương  lai  và  các  giao  thức  kỹ  thuật  số,    trái  ngược  với  hầu  hết  các  hệ  thống trường  Bus,đó  là  hoàn  toàn  kỹ  thuật  số .Giao  thức  HART  sử  dụng  mã  hóa  thay  đổi  tần  số(FSK)  dựa  trên  kỹ  thuật  Bell202  truyền đạt  tiêu  chuẩn.  Hai  tần  số  của  mã  hóa  FSK  là  1200  Hz  và  2200  Hz  đại  diện  cho  logic  1  và  0 tương  ứng,  được  sử  dụng. Giá  trị  trung  bình  của  sóng  sin  (ở  tần  số  1200  và  2200  Hz  ), những  tín  hiệu  được  xếp  chồng  lên  các  tín  hiệu  4-20  mA  là  bằng  không.  Do  đó,  các  thông tin  tương  tự    4-20  mA  không  bị  ảnh  hưởng  .
Giao  thức  HART  có  thể  được  sử  dụng  trong  ba  cách:
-  Cùng  với  tín  hiệu  4-20  mA  kết  nối    điểm-điểm
-  Cùng  với  các  thiết  bị  khác  trong  lĩnh  vực  chế  độ  đa  điểm
-  Trong  chế  độ  điểm-điểm  chỉ  có  một  thiết  bị  phát  sóng  trong  lĩnh  vực  chế  độ  burst  Kết  nối  điểm-điểm  vòng  sử  dụng  số  không  ,cho  địa  chỉ  thông  minh  liên  lạc.  Cài  đặt  thiết  bị thông  minh  địa  chỉ  bỏ  phiếu  cho  một  số  lớn  hơn  số  không  tạo  ra  một  vòng  lặp  đa  điểm,Các thiết  bị  thông  minh  sau  đó  đặt  ra  tín  hiệu    tương  tự  đầu  ra  là  một  dòng    4mA  và  địa  chỉ  liên lạc  số. Giao  thức  HART  có  hai  định  dạng  để  truyền  dữ  liệu  số: -  Thăm  dò  ý  kiến  phản  ứng  chế  độ -  Burst  (hoặc  phát  sóng)  chế  độ   Trong  cuộc  thăm  dò  /  chế  độ  trả  lời  cuộc  thăm  dò  từng  là  bậc  thầy  của  các  thiết  bị  chuyển đổi  từ  xa  tốc  độ  cao  theo  địa  chỉ  và  yêu  cầu  các  thông  tin  có  liên  quan.  Trong  chế  độ  burst thiết  bị  trường  liên  tục  truyền  dữ  liệu  quá  trình  mà  không  cần  đến  các  máy  chủ  để  gửi  tin nhắn  yêu  cầu.  Mặc  dù  chế  độ  này  là  khá  nhanh  (lên  đến  3,7  lần  /  giây),  nó  không  thể  được sử  dụng  trong  các  mạng  đa  điểm
3.  Lớp  vật  lý 
Các  lớp  vật  lý  của  giao  thức  HART  được  dựa  trên  hai  phương  pháp  giao  tiếp.
-  Kỹ  thuật  tương  tự  dòng  từ  4-20  mA
-  Kỹ  thuật  số  thay  đổi  tần  số  keying  (FSK)
 ƯU ĐIỂM CỦA GIAO THỨC HART:
- Được hổ trợ bởi tất cả các nhà cung cấp thiết bị trường đo lường quá trình
- Duy trì được hệ thống điều khiển hiện tại bằng cách cho phép tín hiệu analog 4-20mA truyền thống cùng tồn tại song song với tín hiệu số trên mạch vòng 2 dây hiện tại.
- Tương thích với các thiết bị tương tự( analog) truyền thống
- Có thể cung cấp các thông tin quan trọng cho quá trình lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng như tag-ID, giá trị đo, dải và dữ liệu span, thong tin sản phẩm và chẩn đoán lỗi.
- Có thể hỗ trợ tiết kiêm dây dẫn kết nối thông qua chế độ kết nối mạng đa điểm
- Giản chi phí vận hành , cải thiện quá trình quản lý và sử dụng mạng kết nối câc thiết bị đo.
LÀM THẾ NÀO ĐỂ HIỆU CHỈNH THIẾT BỊ ĐO HART
Việc hiệu chuẩn 1 bộ chuyển đổi tương tự là khá đơn giản. Sau khi kiểm định AS-FOUND test, việc điều chỉnh ZERO và SPAN có thể được sử dụng để thiết lập mối quan hệ chính xác giữa tín hiệu đầu vào và tính hiệu đầu ra 4-20mA. Kết thúc quá trình hiệu chuẩn bằng kiểm định lại AS-LEFT test.


Hiệu chỉnh một thiết bị đo HART thì phức tạp hơn, nó chia làm 3 giai đoạn riêng biệt.
Giai đoạn cảm biến đầu vào đặt mối quan hệ giữa cảm biến đầu vào và biến PV hay biến quá trình, PV được tính bằng các đơn vị vật lý như psi, °C.... giai đoạn cảm biến đầu vào này là điều chỉnh bằng cách tinh chỉnh số dùng để tinh chỉnh cảm biến ( sensor trim)
Giai đoạn thứ 2 là giai đoạn tính toán, thiết lập mối quan hệ giữa PV( biến quá trình) và PVAO (biến quá trình đầu ra tương tự). Dải đo được thu nhỏ bằng cách gán các giới hạn trên của dải ( URV) và giới hạn dưới của dải ( LRV). PVAO là giá trị số của tín hiệu đầu ra 4-20mA.
Giai đoạn cuối cùng,đầu ra của thiết bị đo, là thiết lập số với tinh chỉnh đầu ra( Output Trim). Thực hiện tinh chỉnh này và nhập URV ,LVR thường được thực hiện bằng thiết bị cấu hình HART hay thiết bị giao tiếp HART. Mọt bộ định chuẩn riêng biệt đòi hỏi cung cấp nguồn tương tự và chức năng đo có tính chính xác cao.

Phương pháp hiệu chuẩn cho 1 thiết bị đo HART sẽ phụ thuộc vào đầu ra của transmitter được sử dụng. Nếu chỉ sử dụng tín hiệu tương tự 4-20 mA. Nó có thể thực hiện như một bộ chuyển đổi tương tự thông thường. Sử dụng nút ấn tại chỗ ZERO và SPAN trên transmitter, hoặc kỹ thuật số để thiết lập PV LRV và PV URL, mối quan hệ chính xác giữa đầu vào cảm biến và tín hiệu tương tự đầu ra 4-20mA.
Tuy nhiên, trong trường hợp này, giai đoạn cảm biến đầu vào chưa được điều chỉnh đúng. Nếu chúng ta sử dụng một bộ giao tiếp để đọc giá trị số PV, nó có thể không chính xác mặc dù đầu ra 4-20mA vẫn chính xác.

Nếu bất kỳ tín hiêu số nào được dùng bởi hệ thống điều khiển, do đó yêu cầu trở nên khắt khe hơn.   Nếu PV được sử dụng, giai đoạn đầu vào phải được thiết lập một cách chính xác bằng cách tinh chỉnh cảm biến (Sensor Trim) . Sau đó PV LRV và PV URL nên được chỉnh định bằng kỹ thuật số, và không bao giờ được thay đổi bằng cách dùng nút ấn tại chỗ ZERO, SPAN trên thiết bị. Cuối cùng,  Tinh chỉnh đầu ra (Output  Trim) được dùng để thiết lập một cách chính xác mỗi quan hệ giữa PVAO và tín hiệu analog đầu ra 4-20mA

YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO HART

Một quan điểm sai lầm phổ biến là thiết bị đo HART có độ chính xác và ổn định thì không cần phải hiệu chỉnh .Quan niệm sai lầm khác là quá trình hiệu chuẩn có thể được hoàn thành bằng cách chỉ dùng thiết bị giao tiếp HART Để đặt lại dải đo của thiết bị trường. Ngoài ra một quan điểm sai lầm khác là hệ thống điều khiển có thể hiệu chỉnh từ xa thiết bị đo lường thông minh. Điều này là ko đúng. Tất cả tiết bị đo lường đều có độ lệch nhất định. Chỉ thay đổi dải đo với bộ giao tiếp ko phải là hiệu chuẩn. Hiệu chuẩn đòi hỏi sự chính xác và theo tiêu chuẩn nhất định. Việc kiểm định hoạt động thường xuyên với 1 bộ định chuẩn theo các tiêu chuẩn quốc tế là cần thiết vì:
1. Có sự thay đổi trong quá trình hoạt động của thiết bị đo lường điện tử theo thời gian. Do sự tiếp xúc của các thiết bị điện tử và các phần tử cảm biến sơ cấp như nhệt độ, độ ẩm, độ rung và các yếu tố khác của môi trường.
2. Các quy định về an toàn lao động, an toàn của người sử dụng và bảo vệ môi trường.
3.  Các tiêu chuẩn chất lượng như ISO 900 cho tất cả thiết bị đo ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.
 4. Các yêu cầu về tính thương mại như khối lượng, biện pháp và bảo quản trong quá trình vận chuyển. Việc hiệu chuẩn thường xuyên cũng là biện pháp giúp phát hiện những vấn đề bất thường ko phải gây ra trực tiếp bởi các thiết bị đo, như sự đông cứng hay tắc đường ống áp suất, sự lắp đặt không đúng của cặp nhiệt, các sai sót và lỗi khác.

Một thủ tục hiệu chuẩn bao gồm kiểm tra ( AS- FOUND test, điều chỉnh trong khoảng sai số chấp nhận được nếu cần thiết, và cuối cùng kiểm định lại AS-LEFT test nếu đã có sự điều chỉnh. Dữ liệu của quá trình hiệu chuẩn được ghi lại và sử dụng để hoàn thành môt bản báo cáo của qúa trình hiệu chuẩn, hồ sơ thiết bị.


Tất cả thiết bị đo lường, thậm chỉ cả thiết bị đo HART, phải được hiệu chuẩn theo một lịch trình, bảo dưỡng và kiểm thường xuyên. Khoảng thời gian hiệu chuẩn nên được đặt ngắn đủ để đảm bảo thiết bị đo lường không bao giờ bị trôi ra ngoài khoảng cho phép, nhưng cũng đủ dài để tránh việc hiệu chuẩn không cần thiết. Ngoài ra khoảng thời gian hiệu chuẩn còn phụ thuộc vào mức độ quan trọng của quá trình.

Nguồn: http://instrumentationtools.com/

Comments

Popular posts from this blog

PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN BẰNG ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF VỀ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

CÁC BƯỚC ĐỂ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỊNH LÝ NORTON (NORTON'S THEOREM)