M0310-ACT taikymo atvejis HART komunikacijoje su elektriniais pavaros mechanizmais
1. Apžvalga
Projekto kontekstas:
Pramoninėje vietovėje yra daug elektrinių pavarų, kurios ryšiui naudoja „Modbus RTU“. Jų valdymo logika yra išvystyta, o veikimas patikimas. Tačiau aukštesnio lygio valdymo sistema kaip pagrindinį standartą naudoja HART protokolą, todėl pavarų tiesiogiai prijungti neįmanoma, todėl lauko duomenys kaupiasi labai siauroje informacijos saugykloje.
Pagrindinis tikslas:
Norint "h supakuoti esamus „Modbus“ pavaras į HART pavaras, taip užtikrinant sklandžią integraciją su HART pagrindine sistema ir atliekant ryšio atnaujinimus nekeičiant įrangos.
Projektavimo pagrindas / atitiktis standartams:
Griežtai atitinka HART 7.9 protokolo standartą ir yra suderinamas su įvairiomis HART pagrindinėmis stotimis ir AMS įrenginių valdymo sistemomis.
Klientams teikiama vertė:
Lengvas įterptųjų sistemų atnaujinimas, nesutrikdant įprastos gamybos, greitas protokolų konvertavimas ir žymiai sumažintos įrangos keitimo išlaidos.
2. Iššūkių ir reikalavimų analizė
2.1 Dabartinės objekto sąlygos
Vietoje sumontuotos elektrinės pavaros naudoja „Modbus RTU“ ryšį, atidarymo nustatymus ir paleidimo / stabdymo komandas gaudamos per registrus. Tačiau aukštesnio lygio valdymo sistema daugiausia naudoja HART, o tai reiškia, kad „Modbus“ pavaros ir HART pagrindinė stotis negali tiesiogiai bendrauti dėl kalbos barjero.
2.2 Esamos problemos
Protokolo nesuderinamumas: „Modbus“ pavaros negali tiesiogiai sąveikauti su HART valdymo sistemomis, o duomenų negalima įkelti į DCS arba AMS įrenginių valdymo sistemas.
Didelės modifikavimo išlaidos: Pakeitus originaliomis HART pavaromis, įrangos įsigijimas kainuotų daug, o gamybos prastovos – būtų labai sumažėjusios.
Duomenų neprieinamumas: Daugiakintamiai duomenys, pvz., vožtuvo padėtis ir sukimo momentas, lieka įstrigę „Modbus“ pusėje ir yra nepasiekiami aukštesnio lygio sistemoms tokiais tikslais kaip nuspėjamoji priežiūra.
2.3 Pagrindiniai reikalavimai
· Užtikrinkite dvipusį konvertavimą iš „Modbus“ pavarų į HART reikalavimus atitinkančias pavaras.
· Užtikrinti, kad modernizavimo metu nebūtų stabdoma gamyba ir nekeičiama esama įranga.
· Pagerinti bendrą sistemos prieinamumą ir suderinamumą.
3. Produkto ir technologijos pristatymas
M0310-ACT yra speciali „Microcyber“ M serijos įterptųjų modulių versija, specialiai pritaikyta HART ryšiui elektriniuose pavarose. Jo pagrindinė padėtis skirta veikti kaip dvikryptis perkėlimo tiltelis tarp „Modbus“ pavarų ir HART pagrindinių stočių. Dėl modulinės konstrukcijos jį lengva integruoti ir diegti, be to, jis palaiko pagrindines sistemas keliose platformose, įskaitant DTM, FDI, DD ir kt. Modulio matmenų brėžinys pateiktas žemiau (vienetas: mm).
Pagrindinės savybės:
Įvesties pusė:„Modbus RTU“ pagrindinė sąsaja, tiesiogiai prijungta prie pavaros pagrindinės valdymo plokštės, prisitaikanti prie esamos įrangos ryšio logikos.
Išvesties pusė:HART 7.9 pavaldinio įrenginio sąsaja, skirta prijungti prie HART pagrindinės stoties, valdymo sistemos arba AMS įrenginių valdymo sistemos.
Pagrindinės funkcijos:Dvikryptis protokolo vertimas – HART instrukcijos verčiamos į „Modbus“ registrų operacijas, o „Modbus“ būsenos duomenys konvertuojami į HART standartinius kintamuosius, nereikalaujant papildomo protokolų stekų kūrimo.
Pagrindiniai techniniai privalumai:
Specialus dviejų kanalų dizainas, optimizuotas pavaroms: specialiai pritaikytas elektrinėms pavaroms su dviem nepriklausomais specialiais kanalais – būsenos stebėjimo kanalu (skaito 6 įrenginio kintamuosius, įskaitant padėtį, sukimo momentą, temperatūrą ir kt.) ir komandų valdymo kanalu (tikslinės padėties nustatymas, paleidimas / stabdymas, avarinis stabdymas). Valdymo ir stebėjimo signalai yra visiškai izoliuoti, užtikrinant saugesnį veikimą.
Pilno scenarijaus protokolo suderinamumas: HART pusė griežtai atitinka HART 7.9 standartą ir palaiko 6 įrenginio kintamuosius ir 4 dinaminius kintamuosius (PV/SV/TV/QV); Modbus pusė palaiko RTU režimą ir yra suderinama su 01H/02H/03H/04H/05H/10H pilno funkcionalumo kodais, apimančiais didžiąją dalį pavarų ryšio poreikių.
Lankstus parametrų konfigūravimas: Turėdamas specialią konfigūravimo sąsają, jis palaiko laisvą perjungimą tarp dviejų tipų pavarų: jungiklio tipo ir padėties valdymo tipo. Valdymo registro adresą ir instrukcijų rašymo vertę galima pritaikyti pagal poreikį.
Pramoninės klasės aparatinės įrangos našumas: platus maitinimo įtampos diapazonas (24 V ± 10 % nuolatinės srovės), „Modbus“ ir HART sąsajos su 500 V kintamosios srovės elektros izoliacija, platus temperatūros diapazonas nuo -40 ℃ iki 85 ℃ ir įjungimo laikas ≤ 5 sekundės, atitinkantys atšiaurių pramoninės aplinkos reikalavimus.
Šio scenarijaus atitikimo taškai:
Dviejų kanalų konstrukcija užtikrina, kad valdymo komandos ir būsenos stebėjimas netrukdytų vienas kitam, taip išsprendžiant painiavos problemą tarp valdymo ir stebėjimo signalų iš lauko pavarų.
Pilnai funkcionalus kodas suderinamas su įvairių lauke naudojamų „Modbus“ pavarų ryšio reikalavimais, nereikalaujant modifikuoti originalios įrangos programos.
Jo pramoninės klasės plataus temperatūrinio veikimo ir izoliacijos konstrukcija tinka atšiaurioms elektros aplinkoms, užtikrinant ilgalaikį stabilų veikimą.
4. Bendras sprendimo projektas
4.1 Dizaino koncepcija
Remiantis „"no“ įrangos modifikavimo, gamybos pertraukimo nebuvimo ir mažų sąnaudų principais, „"“ M0310-ACT modulis yra integruotas į esamą elektrinę pavarą. Išlaikant originalią „Modbus“ valdymo logiką, prie pavaros pridedama standartinė HART ryšio sąsaja, leidžianti HART pagrindinei stočiai ją atpažinti kaip vietinį HART įrenginį valdymui ir kontrolei.
4.2 Sprendimo privalumai
Palyginimas | M0310-ACT sprendimas | Tradicinis renovacijos sprendimas |
Suderinamumas | Dvikryptis vertimas, HART pagrindinė stotis tiesiogiai valdo vietinius HART įrenginius | Reikia pakeisti originaliais HART pavaros įtaisais arba įdiegti didelius šliuzo įrenginius |
Kaina | Modulinio lygio įterptieji sprendimai kainuoja tik dalį to, kiek kainuotų pakeisti įrenginį | Įrangos keitimo išlaidos yra didelės, o prastovos lemia didžiulius nuostolius |
Statybos laikotarpis | Įterptinė integracija, „plug and play“, trumpas transformacijos ciklas | Reikalingas gamybos sustabdymas, išardymas, perjungimas, todėl projektas užtrunka ilgai |
Stabilumas | 500 VAC izoliacija, platus temperatūrų diapazonas, stipri apsauga nuo trukdžių | Naują įrangą reikia dar kartą paleisti ir išbandyti. |
5. Laukiami rezultatai ir vertės analizė
5.1 Techninio našumo patobulinimai
Ryšio sėkmės rodiklis: M0310-ACT griežtai atitinka HART 7.9 standartą, yra suderinamas su įvairiomis HART pagrindinėmis stotimis ir AMS sistemomis ir turi 100 % ryšio suderinamumą.
Sistemos suderinamumas: HART sistema gali atpažinti esamus „Modbus“ pavaros mechanizmus kaip vietinius HART įrenginius be jokių programinės ar aparatinės įrangos modifikacijų.
Duomenų dimensijos išplėtimas: palaiko 6 įrenginio kintamųjų ir 4 dinaminių kintamųjų įkėlimą, panaikinant tradicinio 4–20 mA vieno kintamojo perdavimo apribojimus.
5.2 Ekonominė ir valdymo nauda
Įrangos keitimo išlaidų taupymas: esamus „Modbus“ pavaros mechanizmus galima ir toliau naudoti nereikalaujant įsigyti originalių HART pavarų, o tai ypač ekonomiška didelio masto modernizavimo atveju.
Gamybos prastovų nuostolių vengimas: M0310-ACT naudoja integruotą sprendimą, o transformacijos procesas neturi įtakos įprastai gamybai ir nereikalauja išjungimo, todėl iš esmės išvengiama gamybos pajėgumų nuostolių, kuriuos sukelia tradicinės transformacijos dėl gamybos sustabdymų.
Sumažinkite investicijas į mokslinius tyrimus ir plėtrą bei sutrumpinkite produktų paleidimo ciklą: pavarų gamintojams M0310-ACT suteikia visapusišką „Modbus“ ir HART ryšio sprendimą. Nereikia kurti specialios komandos, kuri kurtų HART protokolų rinkinį ir projektuotų aparatinę įrangą. Jį galima tiesiogiai integruoti į esamus produktus, o tai labai sumažina mokslinių tyrimų ir plėtros išlaidas bei techninę riziką ir pagreitina HART suderinamų pavarų pateikimą į rinką.
Produkto stabilumo bandymų ir sertifikavimo pastangų panaikinimas: M0310-ACT buvo kruopščiai patikrintas pramoninėje aplinkoje ir griežtai atitinka HART 7.9 standartą. Šio modulio integravimas panaikina poreikį papildomai investuoti į protokolo atitikties bandymus, elektromagnetinio suderinamumo bandymus ir ilgalaikio stabilumo patikrą. Modulio brandą galima tiesiogiai pakartotinai panaudoti, efektyviai išvengiant galimų problemų, tokių kaip ryšio nestabilumas ir prastas protokolo suderinamumas, kurios gali kilti naudojant savarankiškai sukurtus sprendimus.
Duomenų vertės atrakinimas: pavaros veikimo būsenos duomenys (vožtuvo padėtis, sukimo momentas, temperatūra ir kt.) realiuoju laiku įkeliami į AMS įrangos valdymo sistemą per HART protokolą, taip sukuriant duomenų pagrindą nuspėjamajai priežiūrai, įrangos būklės vertinimui ir viso gyvavimo ciklo valdymui bei padedant įmonėms vykdyti skaitmeninę transformaciją.
6. Įgyvendinimo procesas
Standartizacijos įgyvendinimo žingsniai:
1.) Apklausa vietoje:Patvirtinkite pavaros modelį ir „Modbus“ ryšio parametrus (duomenų perdavimo spartą, lyginumo metodą, registrų adresų susiejimo lentelę).
2.) Modulių integravimas:Modulis M0310-ACT yra įmontuotas pavaros viduje, prijungtas prie pagrindinės valdymo plokštės per „Modbus“ sąsają, o HART sąsaja išvedama į magistralę.
3.) Parametrų konfigūracija:Norėdami nustatyti „Modbus“ ryšio parametrus, pavaros tipą (įjungimo/išjungimo arba padėties valdymo), valdymo registrų adresus ir komandų susiejimo vertes, naudokite specialią konfigūravimo programinę įrangą HART MPT.
Konkretūs įrangos parametrai ir konfigūracijos parametrai pateikti toliau pateiktoje lentelėje:
Konfigūracijos elementai | Registracijos adresas | Duomenų tipai |
Taikinio atidarymas | 3 | Float1032 |
Vožtuvo grįžtamasis ryšys | 7 | Float1032 |
Sukimo momento grįžtamasis ryšys | 9 | Float1032 |
Kaip parodyta aukščiau esančioje diagramoje, pavaros registras sukonfigūruotas adresu 3, o duomenų tipas pasirinktas kaip „Float1032“. Šis registras atitinka pavaros tikslinio atidarymo nustatymo vertę. Tuo pačiu metu įrenginio kintamasis 0 sukonfigūruotas vožtuvo grįžtamajam ryšiui, o įrenginio kintamasis 1 – sukimo momento grįžtamajam ryšiui. Kiekvienas parametras vienas su vienu atitinka aukščiau esančioje lentelėje aprašytą registro adresą ir duomenų tipą, užtikrinant, kad modulis tiksliai analizuotų ir konvertuotų dvikrypčius duomenis.
Stabilumo bandymas:Nuolatinio veikimo bandymas, stebėkite LED indikatoriaus būseną, kad įsitikintumėte, jog nėra HART ir Modbus ryšio sutrikimų.
Pristatymas ir priėmimas:Prijunkite prie HART pagrindinės stoties / DCS / AMS sistemos ir užbaikite viso ryšio jungčių derinimą ir priėmimą.
7. Funkcionalumo įgyvendinimas
Po atnaujinimo originali „Modbus“ pavara turės visas HART įrenginio funkcijas:
Duomenų rinkimas realiuoju laiku: keli kintamieji, tokie kaip vožtuvo padėtis, sukimo momentas ir temperatūra, įkeliami realiuoju laiku per HART dinaminius kintamuosius (PV/SV/TV/QV).
Parametrų skaitymas ir rašymas: HART pagrindinė stotis / AMS sistema gali nuskaityti ir įrašyti vykdytojo parametrų nustatymus naudodama standartines HART komandas.
8. Taikomi scenarijai
1 scenarijus: Senose dirbtuvėse kelių prekių ženklų pavaros naudojamos pakaitomis, todėl centralizuotas duomenų stebėjimas neįmanomas.
Apdorojimo pramonėje yra daug elektrinių pavarų, naudojančių „Modbus RTU“ ryšį, tačiau aukštesnio lygio valdymo sistemose daugiausia naudojamas HART, todėl duomenys negali būti įkeliami į DCS. M0310-ACT gali šiuos pavarus sujungti kaip HART įrenginius, suteikdamas vieningą prieigą nereikalaujant keisti įrangos.
2 scenarijus: Įterptųjų integracijų kūrimas, kurį atlieka pavarų gamintojai
Mes teikiame pavarų gamintojams standartizuotus HART ryšio integravimo sprendimus, sutrumpindami mokslinių tyrimų ir plėtros ciklą, sudarydami sąlygas greitam gaminių HART suderinamumo atnaujinimui ir didindami gaminių konkurencingumą.
9. Sprendimo santrauka
Įterptinis „Microcyber M0310-ACT Modbus-HART“ pavarų modulis pasižymi lengvu dizainu, dideliu pritaikomumu ir lengvu diegimu – pagrindiniais privalumais. Jis specialiai sukurtas siekiant išspręsti kalbos barjero problemą tarp „Modbus“ pavarų ir HART sistemų procesų pramonės objektuose.
Šis sprendimas nereikalauja keisti esamos įrangos ar sustabdyti gamybos dėl modifikavimo. Esamus „Modbus“ pavaros gali būti tiesiog integruotos į standartinius HART pavaros elementus, taip užtikrinant protokolų atnaujinimus ir duomenų sąveiką itin mažomis sąnaudomis. Modulis griežtai atitinka HART 7.9 standartą, turi pramoninės klasės platų temperatūrų diapazoną ir izoliacijos apsaugą, todėl tinka įvairioms atšiaurioms eksploatavimo sąlygoms, todėl tai yra ekonomiškas ir labai patikimas pasirinkimas išmaniųjų pavarų atnaujinimui.
