Ventilenes Verden 5:5

Positionere og feltbusser

Artikkelserien ”Ventilenes Verden” avrundes med positionere og feltbusser.

Positionere og feltbusser
(Bilde: Siemens)

Artikkelserien ”Ventilenes Verden” avrundes med positionere og feltbusser.

Ventilenes Verden

Automatiserings ”Ventilenes Verden” er utviklet i samarbeid med Arne Møen ved Skogmo vgs.

Møen er en tungvekter innen ventiler. Han har flere år i industrien bak seg, og arbeidet med ventiler hos Matek Samson Regulering fra 1994-2007. Han har også vært engasjert i Profibus Norge og NK 65, en normkomité for blant annet automatisering og industrielle feltbusser.

Det pågår kamper om tekniske løsninger på begge arenaer.

 

Vi har tidligere diskutert aktuatoren og kreftene denne trenger for å operere ventilen. I enkelte tilfeller vil det være nødvendig med lufttrykk på opp mot 6 Bar for å oppnå disse kreftene. Dette er ikke mulig ved å bruke et standard styresignal direkte på aktuatoren.

 

Vi trenger derfor en enhet som kan forsterke signalet fra et av disse standardsignalene til det nivået vi faktisk trenger i hvert enkelt tilfelle. Til denne jobben bruker vi en positioner. Denne kan kombineres med en I/P-omformer (elektrisk strøm til luft), slik at et typisk inn- og utgangssignal vil være 4 – 20 mA fra regulator/PLS/DCS og 0 – 6 Bar luft til aktuator.

 

Positionere har framtil nå vært basert på plate/dyse prinsippet. Det vil si en plate som mer eller mindre tetter for en dyse, og bygger opp eller spenner av lufttrykket som sendes til aktuatoren. Dette trykket blir forsterket opp til det nødvendige nivået for å operere aktuatoren.

 

Moderne positionere har i en periode gått litt bort fra denne løsningen, og benyttet seg isteden av to magnetventiler. Disse vil enten slippe supply-trykk inn i aktuatoren eller slippe aktuatortrykket ut etter behov. Disse prinsippene har imidlertid måtte vike plassen for det ”gammeldagse” platedyse elementet igjen, men nå i en langt mer nøyaktig utgave med innebygd mikroprosessor, og betydelig lavere luft forbruk.

 

Går digitalt

 

Ved siden av å kontrollere ventilens posisjon, tilbyr også de mikroprosessorbaserte positionerene tilleggsinformasjon om sin egen tilstand samt opplysninger om de mekaniske komponentene, som ventil og aktuator. Ved bruk av spesialsoftware fås tilgang til mer omfattende diagnose. Like fullt, den viktigste oppgaven til en positioner er fremdeles å flytte ventilen til en bestemt posisjon så raskt og nøyaktig som mulig. Analoge positionere har alltid vært gode til å gjøre dette. Men de har ikke vært i stand til å tilby verken automatisk oppstartsrutine eller funksjoner som valg av ulike karakteristikker, enkle diagnoseoppgaver, begrensning av vandring eller hastigheten til ventilen. Dette er nå mulig ved hjelp av den innebygde mikroprosessoren.

 

Den beste løsningen fås ved å benytte seg av både analog og digital signalbehandling før utgangssignalet sendes til positionerens utgangsforsterker. Med andre ord, en kombinasjon av plate/dyse element og mikroprosessor.

 

Vi har i dag to typer pneumatiske positionere;

  • ren pneumatisk
  • elektropneumatisk

Forskjellen på disse, er at den elektropneumatiske positioneren har en I/P-omformer foran plate/dyse- og forsterkerdelen. For positionere med magnetventiler, isteden for plate/dyse element, vil det kun være elektropneumatiske alternativer. Det finnes som kjent standard styresignaler i industrien, fastsatt gjennom internasjonale standardiseringsavtaler. Eksempler på dette er 4 – 20 mA (den vanligste), 0,2 – 1 Bar eller 0 – 10 V

 

Feltbussenes felttog

Eksempel på positioner montert på høyre side (Ill. Matek-Samson Regulering).
Eksempel på positioner montert på høyre side (Ill. Matek-Samson Regulering).
 

Gjennom mange år har utviklingen gått mot digitalt utstyr for prosessindustrien. Dette gjelder også positionere. Med digitaliseringen følger også behovet for nye standarder på området.

 

Dette arbeidet har vært noe broket, og på veien mot en endelig standard har det dukket opp en del avarter av ”digitalt” utstyr hvor milliampere (elektrisk strøm) fremdeles er bærende, bokstavlig talt. En av disse er HART protokollen (hartcomm.org), som har vært på markedet i mange år. Men denne, og andre lignende protokoller, kan ikke defineres som digitale feltenheter da de fremdeles benytter analoge styresignaler. HART positioneren har 4 - 20 mA styresignal med et digitalt overlagret signal som muliggjør ”digital” kommunikasjon med feltutstyret.

 

For digitale feltbusser har det de senere årene vokst fram en rekke ulike protokoller. To skiller seg hovedsaklig ut, PROFIBUS (profibus.com) og FOUNDATION FIELDBUS (fieldbus.org), ofte forkortet FF. Hovedforskjellen på disse kan vi litt forenklet si ligger i at PROFIBUS benytter seg av Master / Slave prinsippet, mens FOUNDATION FIELDBUS har mer intelligens ute i feltenhetene. Pr. i dag er PROFIBUS markedsleder med desidert flest produkter på markedet, men innen prosessindustrien (prosessinstrumenter og ventiler) står FOUNDATION FIELDBUS sterkt.

 

PROFIBUS utstyr krever en såkalt DP buss (Decentralized Peripherals) og en PA buss (Process Automation). PLS eller DCS, dvs. masteren, henger på DP bussen, mens alt av prosessutstyr, f. eks positionere, henger på PA bussen. Med prosessutstyr menes den type utstyr som tidligere benyttet 2-leder kobling 4 – 20 mA, med strømforsyning (24VDC) i sløyfen.

 

FOUNDATION FIELDBUS er svært lik PROFIBUS PA, og bygger på samme standard, IEC 61158-2. Den store forskjellen ligger i at FF kan ha PID funksjonsblokker (regulatorer) ute i feltenhetene (positionerene). En transmitter kan derfor kommunisere direkte med positioneren selv om PLS/DCS er utilgjengelig. Dette vil kunne gi større fleksibilitet og sikkerhet i anlegget. På en annen side ligger det her store utfordringer i interoperabilitet mellom de ulike produsentene. Det er problemer rundt dette som har gitt PROBIBUS det store forspranget i totalutbredelse de siste årene.

 

Utfordreren

 

Industrielt Ethernet har en enorm vekst i industrien, og strekker seg stadig lenger ut i feltet.

 

Ethernet/IP (odva.org), Modbus TCP (modbus.org) og Profinet (profibus.com) har størst utbredelse innen industrielt Ethernet. Industrielt Ethernet for ventiler og prosessinstrumenter kan være morgendagens melodi.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå