Решения Phoenix Contact для передачи и преобразования сигналов в системах автоматизации

Применение нормализаторов сигналов вносит значительный вклад в повышение качества сигнала. Компания Phoenix Contact предлагает широкий ассортимент решений для работы с непрерывными и дискретными сигналами: от ультракомпактных преобразователей и нормализаторов сигналов до устройств, сертифицированных в соответствии с уровнями функциональной безопасности SIL 2, SIL 3 и PL d, а также изделий для искробезопасных цепей, которые обеспечивают максимальный уровень защиты для всех типов потенциально взрывовоопасных газовоздушных и пылевых сред (рис. 1).

Рис. 1. Преобразователи и нормализаторы сигналов для различных приложений

Гибкое представление измеряемых величин

Рис. 2. Семейство Field Analog для гибкой визуализации и надежной передачи сигналов

Семейство продуктов Field Analog (FA) — новая серия продукции Phoenix Contact, включающая универсальные цифровые индикаторы параметров процесса FA MCR. Они сочетают в себе характеристики классических нормализаторов сигналов и преимущества гибких устройств индикации. Универсальный вход может использоваться для работы с различными аналоговыми сигналами, такими как ток, напряжение, сигналы с термопар или температурных датчиков сопротивления. При необходимости устройство способно обеспечивать питание первичного измерительного преобразователя. Два релейных выхода можно использовать для различных функций переключения предельных значений, в то время как получаемый от датчика аналоговый сигнал передается на верхний уровень через аналоговый выход. Благодаря возможности гибкой настройки индикатор FA MCR может применяться для решения широкого спектра задач. Индикацию измеренных значений можно масштабировать по желанию, а сигнал — представить в требуемом формате.

В семейство Field Analog (рис. 2) также входят новые цифровые индикаторы с поддержкой протокола HART. Они имеют пассивное исполнение, то есть питаются от выходной токовой петли 4–20 мА. При этом источник питания, которым является управляющее устройство, слабо нагружен благодаря низкому значению падения напряжения на индикаторе (< 0,9 В). Это служит решающим фактором для применения изделия в условиях взрывоопасных атмосфер: в подобных приложениях энергия должна быть ограничена, — чтобы предотвратить возможность воспламенения. Индикатор с поддержкой HART также обеспечивает гибкое представление измеренных значений для простого масштабирования и визуализации данных. Индикаторы FA MCR разработаны как устройства HART Master, что позволяет пользователю реализовать функции HART для первичных измерительных преобразователей, которые ранее не использовались: так, посредством HART-протокола могут отображаться до четырех дополнительных измеренных значений. Многофункциональные индикаторы параметров процесса, а также индикаторы, совместимые с HART, доступны в стандартном исполнении со степенью защиты IP20 (для монтажа на лицевую панель шкафа управления) или с защитой IP67 — для полевой установки.

Реализация требований  по взрывозащите и функциональной безопасности

Рис. 3. Преобразователи сигналов и барьеры искрозащиты MACX Analog с уровнем функциональной безопасности до SIL3 и максимальной взрывозащитой вида Ex [ia]

При построении системы автоматизации и управления потенциально опасными производственными процессами одной из важнейших задач является минимизация рисков нанесения вреда людям и окружающей среде. Для достижения этой цели были созданы такие стандарты, как МЭК 61511 (ГОСТ Р МЭК 61511-1-2011), МЭК 61508 (ГОСТ Р МЭК 61508-1-2012) и EN ISO 13849. Ситуация усложняется, если в дополнение к функциональной безопасности необходимо учитывать и требования по обеспечению взрыво­защиты — особенно когда речь идет об уровне полевых и исполнительных устройств. Phoenix Contact разработал семейство продуктов MACX Analog, которые предусматривают высший уровень взрывозащиты контрольно-измерительных каналов и обладают высоким уровнем функциональной безопасности (рис. 3).

Семейство MACX Analog состоит из одно- и двухканальных разделительных усилителей и преобразователей сигналов шириной всего 12,5 мм. Они позволяют подключить искробезопасные цепи полевых устройств, установленных вплоть до  Зоны 0 (с опасностью взрыва по газу) или Зоны 20 (с опасностью взрыва по пыли). Также они повышают качество передачи аналоговых и дискретных сигналов за счет обеспечения точного преобразования, гальванической развязки, фильтрации и усиления по каждому из каналов. Устройства легко конфигурируются с помощью DIP-переключателей, расположенных на передней панели, или посредством интерфейса для программирования. Отдельно стоит отметить, что программное обеспечение (ПО) позволяет производить быструю и простую настройку устройства и осуществлять онлайн-мониторинг измеряемых значений. Благодаря светодиодам состояния на каждом модуле и возможности организации групповой сигнализации об ошибках достигается высокая эксплуатационная готовность системы. Разъемы для установки на DIN-рейку, которые обеспечивают питание и передачу сигналов об ошибках для модулей MACX, позволяют не только реализовать быструю разводку питания и гибкость диспетчеризации, но и упростить замену модуля во время работы в случае выхода его из строя. При эксплуатации и пуско-наладке также часто возникает задача отключения каналов без отсоединения отдельных проводников: для ее решения устройства семейства MACX Analog оснащены съемными клеммными колодками, имеющими механическую кодировку и дающими возможность быстрого и безошибочного подключения.

Рис. 4. Простая настройка устройств серии MINI Analog Pro посредством NFC-интерфейса

DIP-переключатели, ПО или приложение для смартфона?

Для приложений, которые не требуют обеспечения функциональной безопасности, но при этом предполагают установку оборудования во взрывоопасной Зоне 2, оптимальным решением является семейство ультракомпактных преобразователей и нормализаторов сигналов MINI Analog Pro. Современная технология преобразования и высокий уровень гальванической развязки (с испытательным напряжением 3 кВ и номинальным напряжением изоляции 300 В) обусловливают хорошее качество сигнала. Устройства по умолчанию имеют рабочую температуру –40…+70 °C и диапазон напряжения питания 9,6–30 В DC. Доступные точки подключения на базе запатентованных разъемов FASTCON Pro обеспечивают быстрые установку, запуск и техническое обслуживание. Встроенные поворотные размыкатели при необходимости дают возможность отключить цепи питания или измерительные каналы устройства, а специально интегрированные в разъем точки измерения — производить измерение тока в петле без ее разрыва.

Преобразователи сигналов MINI Analog Pro и устройства MACX снабжены DIP-переключателями для быстрой базовой конфигурации. Более тонкая настройка осуществляется посредством бесплатного ПО. Кроме того, все изделия семейства MINI Analog Pro имеют встроенный беспроводной интерфейс NFC. При техническом обслуживании устройства можно настроить локально через соответствующее мобильное приложение. Приложение также можно использовать для получения информации о модуле и настройках DIP-переключателя и для онлайн-мониторинга измеряемого сигнала многофункциональных устройств (рис. 4).

Интеграция сигналов в системы управления и диспетчеризации

Объединение сигналов, полученных с преобразователей и барьеров искрозащиты, для их последующей консолидированной передачи на уровень управления стало уже, по сути, стандартом в приложениях, где важна скорость и безошибочность монтажа. Классическая концепция решения представляет собой базовую плату, монтируемую на DIN-рейку и имеющую в своем составе объединенный разъем для шлейфового подключения кабеля к системе управления. При этом решение, предлагаемое Phoenix Contact (рис. 5) на базе объединительных плат серии TC, выгодно отличается от аналогов на базе материнских печатных плат за счет прочного, устойчивого к вибрациям (до 2g) и ударам (до 15g) алюминиевого профиля, который механически отделен от установленных на него интерфейсных устройств. Это позволяет достичь высокой надежности системы.

Новой ветвью развития подобного подхода стало решение на базе шлюзов для семейства MINI Analog Pro, которые объединяют до восьми полевых сигналов любого типа и обеспечивают их последующую передачу в промышленные сети, при этом экономя пространство и надежно изолируя каждый канал. Фактически такие шлюзы позволяют отказаться от применения дорого­стоящих модулей ввода/вывода, исключить затраты на кабель и в итоге уменьшить стоимость канала. В настоящее время доступны шлюзы с наиболее популярными промышленными протоколами передачи данных: Modbus TCP, Modbus RTU и PROFIBUS DP.

Рис. 5. Решения по интеграции сигналов в системы управления и диспетчеризации от Phoenix Contact