Hiệu chuẩn thiết bị đo Hart như thế nào ?

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

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

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 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 .

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

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.
- Giảm chi phí vận hành, cải thiện quá trình quản lý và sử dụng mạng kết nối các 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.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

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.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

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.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

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.

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

NGUỒN: (Instrumentationtools.com)

BIÊN DỊCH VÀ TỔNG HỢP: CTV Thụy Cọt (EBOOKBKMT)