استاندارد کردن سطوح سیگنال 4-20 میلی آمپر بر اساس NAMUR NE43
سطوح اشباع و هشدار NAMUR
سیگنال 4…20mA بسیار زیاد در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. مثلا در اکثر ترانسمیترها یا کنترلرهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
معمولا سطح جریان 4 میلی آمپر برای محدوده پایین و 20 میلی آمپر برای محدوده بالای اندازه گیری ترانسمیترها اختصاص داده می شود. به عنوان مثال یک مخرن 10 متری داریم که توسط یک لول ترانسمیتر میزان مایع داخل آن را اندازه می گیریم. زمانی که مخزن خالی است ترانسمیتر خروجی 4 میلی آمپر و زمانی که مخزن پر است ترانسمیتر خروجی 20 میلی آمپر می دهد.
اما اگر سیال خارج از بازه اندازه گیری باشدیا سنسور خراب شود آن را چگونه مشخص می کنیم.
پاسخ توسط یک سازمان بین المللی با نام NAMUR که در سال 1949 در آلمان تاسیس شده است داده شده:
توصیه NAMUR NE43:
NAMUR NE43 توصیه ای است که در مورد این که چگونه خطای یک سنسور از طریق سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر می تواند به سیستم کنترلی نشان داده شود، راهنمایی ارائه می کند.
از اینرو دو سطح سیگنال خارج از محدوده عادی کاری را تعریف می کند:
- سطح خارج از محدوده (اشباع)
- سطح خطای سخت افزار
سطح سیگنال خارج از محدوده:
وقتی که یک تجهیز اندازه گیری، کالیبره می شود و به درستی کار می کند، تا زمانی که شرایط فرآیند عادی است، سیگنال خروجی باید بین 4 تا 20 میلی آمپر باقی بماند. اما بعضی وقت ها پیش می آید که شرایط فرآیند از شرایط عادی منحرف می شود مانند بیش از حد پر شدن یک مخزن.
در این مورد، یک ترانسمیتر مطابق با الزامات NAMUR می تواند خروجی تا حد ماکزیمم 5/20 میلی آمپر تولید کند. در اینصورت سیگنال خروجی آن خارج از محدوده می باشد و در محدوده اشباع قرار گرفته است.
دلیل دیگر اینکه چرا یک سیگنال خروجی ممکن است در ناحیه اشباع قرار بگیرد این است که سیگنال آنالوگ به مرور زمان drift داشته باشد. بعد از کالیبراسیون مقدار مینیمم فرآیند به طور طبیعی با 4 میلی آمپر متناسب است اما در طول چند سال سیگنال خروجی می تواند drift پیدا کند که منجر به تولید خروجی تنها 3.9 میلی آمپر توسط ترانسمیتر شود.
سطح سیگنال خطای سخت افزاری
تجهیزات اندازه گیری هوشمند قابلیت تشخیص خطاهای درونی مانند خرابی یک سنسور یا یک مبدل را دارند. وقتی این اتفاق رخ می دهد میکروپروسسور یک تجهیز اندازه گیری مطابق با NAMUR ، بسته به اینکه چگونه کاربر حالت fail-safe را تنظیم کرده باشد، سیگنال خروجی را به 6/3 یا 21 میلی آمپر تنظیم خواهد کرد.
بسیاری ازتجهیزات field که هوشمند هستند پارامتر حالت fail-safe دارند که به شما اجازه می دهد بین حالت خرابی مقیاس پایین و مقیاس بالا مطابق با توصیه های NAMUR NE43 انتخاب کنید.
مقیاس بالا به این معنا است که وقتی عیب یاب داخلی، خرابی را تشخیص می دهد خروجی جریانی به 21 میلی آمپر تنظیم خواهد شد.
مقیاس پایین به این معنا است که خروجی به 6/3 میلی آمپر تنظیم خواهد شد..
تنها 2/0 میلی آمپر بین سطح سیگنال خطای مقیاس پایین (6/3 میلی آمپر) و 8/3 میلی آمپر که مقدار ابتدایی محدوده اشباع پایینی است فاصله وجود دارد، چرا که ترانسمیتر 2 سیمه از جریان زیر 6/3 میلی آمپر برای عملکرد مناسب خود استفاده می کند. بعضی از سازنده ها همچنین تجیهیزات اندازه گیری دارند که کمتر از 3.6 میلی آمپر مصرف می کند.
اگر شما از ترانسمیترهای 2 سیمه استفاده می کنید، در اینصورت توصیه می شود جهت اجتناب از مشکلات بهره برداری از دستگاه ها در جریان خیلی کم سطح سیگنال خطای سخت افزاری را به 21 میلی آمپر تنظیم کنید.
برای ترانسمیترهای 4 سیمه، تنظیم سطح سیگنال خرابی به 6/3 میلی آمپر مساله ای به وجود نمی آورد چرا که آن ها loop-power (تغذیه از طریق حلقه انجام نمی گیرد و مجزا است) نیستند.
تفسیر سطوح آستانه هشدار توسط سیستم کنترلی
در حالت ایده آل، کنترلر دریافت کننده باید ماژول ورودی داشته باشد با بلوک نرم افزاری مناسب که بتواند سیگنال ورودی در محدوده جریانی بین 0 تا 22 میلی آمپر را تفسیر کند.
با تعریف NAMUR، سیگنال های بین 6/3 و 8/3 میلی آمپر همچنین بین 5/20 و 0/21 میلی آمپر نمی تواند اتفاق بیافتد (محدوده های سفید رنگ در دیاگرام بالا را مشاهده فرمایید). اما اگر برای دلایلی اتفاق بیفتد، سیستم کنترلی باید آن ها را سیگنال اندازه گیری تفسیر کند تا سیگنال خرابی.
به این شکل، سیگنال جریانی کمتر از 6/3 میلی آمپر و بالاتر از 21 میلی آمپر به عنوان خرابی سخت افزاری ترانسمیتر تفسیر می شود.
به منظور جلوگیری از هشدارهای نادرست، سیگنال خرابی سخت افزاری باید برای حداقل 4 ثانیه و حداقل 2 scan cycle حاضر باشد تا به عنوان یک خرابی سنسور تفسیر شود.
اگر از سطح آستانه هشدار عبور صورت گیرد، سیستم کنترلی می تواند به آن با یکی از اقدامات زیر پاسخ دهد:
- تنظیم یا توقف تولید برای اجتناب از، از دست رفتن تولید یا تولید محصولاتی بدون مشخصات لازم
- به صورت خودکار یک تکنسین تعمیر نگهداری برای تعمیر یا جایگزینی ترانسمیتر خراب شده در جریان قرار بگیرد
- سوئیچ کردن حلقه کنترلی به حالت دستی
- …
سطوح سیگنال fail-safe مختص سازنده ها
تمامی سازندگان مو به مو از توصیه های NAMUR NE43 پیروی نکرده اند. ترانسمیترهای مطابق با NAMUR آن ها از مقادیر انحرافی برای سطوح سیگنال خرابی سخت افزار استفاده می کنند که توسط خود آن ها تعریف شده است.
سطوح سیگنال خطای سخت افزاری مطابق با نوع ترانسمیتر می تواند متفاوت باشد حتی وقتی که این ترانسمیترها توسط سازندگان مشابهی ساخته شده باشند. برای مثال این موضوع در مورد Rosemount صادق می باشد که حالت خرابی مقیاس بالا برای تجهیز اندازه گیری فشار با تجهیز اندازه گیری دما، مطابق با جدول زیر متفاوت است.
مثال هایی برای سطوح آستانه هشدار برای سازندگان متفاوت:
| سطوح آستانه هشدار | ||
| سازنده | حالت خرابی مقیاس پایین | حالت خرابی مقیاس بالا |
| Rosemount 3051S | 3.6 mA≥ | 22.5 mA≤ |
| Rosemount 3144P | 3.6 mA≥ | 21.5 mA≤I≥23 mA |
| ABB | 3.7 mA≥ | 22 mA≤ |
| Yokogawa | 3.2 mA≥ | 21.6 mA≤ |