В области промышленной автоматизации унификация стандартов сигналов имеет решающее значение. Это напрямую связано с тем, сможет ли вся система промышленного производства работать эффективно и стабильно. На заре развития промышленной автоматизации вопрос о стандартах приборных сигналов представлял собой сложную проблему, серьезно ограничивавшую дальнейшее развитие отрасли.
Вначале не существовало единого стандарта сигналов для приборов в области промышленной автоматизации. Это похоже на пребывание в городе без правил дорожного движения, где машины ездят беспорядочно и в хаосе. Стандарты сигналов приборов и измерителей, выпускаемых разными производителями, сильно различаются.
Это напрямую приводит к тому, что конструкция многих последующих устройств становится чрезвычайно сложной. Возьмем, к примеру, дизайн дисплеев. Поскольку им приходится адаптироваться к различным стандартам сигналов, инженерам приходится тратить много времени и энергии на настройку схем и оптимизацию программ. Мало того, затраты на установку и обслуживание оборудования также значительно возросли. Представьте себе, что обслуживающему персоналу необходимо освоить стандарты сигналов и методы отладки множества различных устройств. Это, несомненно, огромная проблема. Более того, проблемы совместимости между различными стандартами сигналов часто приводят к невозможности правильной связи между устройствами, что влияет на плавность всего производственного процесса.
Столкнувшись с этой проблемой, многие производители предложили свои решения. Среди множества предложений основное внимание уделяется электрическим сигналам. Были предложены различные стандарты электрических сигналов, и конкуренция между ними жесткая. Некоторые производители считают, что конкретный диапазон электрических сигналов больше подходит для нужд промышленной автоматизации, другие производители настаивают на том, что их собственные решения имеют больше преимуществ. Хотя эта ситуация, когда распускаются сотни цветов, в определенной степени способствовала технологическим инновациям, она также внесла в отрасль еще больший хаос. Все ждут появления широко признанного стандарта.
После длительного периода ожиданий и рыночных испытаний наконец появились два широко принятых стандарта сигналов. Одним из них является стандарт пневматического сигнала, выбранный в диапазоне 20–100 кПа.
Стандарты пневматических сигналов: в некоторых ситуациях с чрезвычайно высокими требованиями взрывозащиты и суровыми условиями эксплуатации пневматические сигналы все еще используются. Стандартный диапазон общего пневматического сигнала составляет 20100 кПа. Например, в некоторых опасных зонах нефтехимической и других отраслей промышленности пневматические приборы используют сжатый воздух в качестве среды передачи сигналов для передачи измеренных значений или команд управления в виде изменения давления воздуха. Преимущество этого стандарта сигнала заключается в том, что он искробезопасен и не создает опасных факторов, таких как электрические искры. Однако недостатком является то, что скорость реакции относительно низкая, а расстояние передачи сигнала ограничено, обычно в пределах десятков метров.
Пневматические сигналы имеют уникальные преимущества в некоторых конкретных промышленных сценариях. Например, в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах пневматические сигналы безопаснее и надежнее. Другой стандарт электрического сигнала: 4–20 мА стал заслуженным золотым стандартом.
Токовый сигнал 4–20 мА: это один из наиболее широко используемых стандартов аналогового сигнала в промышленности. 4 мА представляет собой нижний предел сигнала, который обычно соответствует нулевой точке измеряемой переменной; 20 мА представляет собой верхний предел сигнала, который соответствует полному диапазону измеряемой переменной. Например, при измерении температуры, если диапазон измерения составляет 0°C100°C, 4 мА может соответствовать 0°C, а 20 мА может соответствовать 100°C. Этот стандарт сигнала обладает преимуществами сильной защиты от помех и большого расстояния передачи. Общее расстояние передачи может достигать сотен или даже тысяч метров и может удовлетворить потребности в передаче сигнала между различными устройствами на большинстве промышленных объектов.
Стандарт 4–20 мА выделяется главным образом тем, что имеет множество преимуществ. Во-первых, он обладает хорошей защитой от помех. На промышленных производственных объектах возникают различные электромагнитные помехи. Если сигнал легко подвергается помехам, это приведет к увеличению ошибок измерения и контроля и повлияет на качество продукции. Сигнал 4–20 мА может оставаться относительно стабильным в сложной электромагнитной среде, обеспечивая точную передачу данных.
Во-вторых, дальность передачи относительно большая. На крупных промышленных предприятиях расстояние между устройствами может быть относительно большим, и сигналы легко затухают при передаче. Сила и характеристики сигнала 4–20 мА позволяют ему сохранять хорошие характеристики на больших расстояниях. Кроме того, этот стандарт также обеспечивает диагностику неисправностей сигналов. Когда ток сигнала равен 0 мА, это, скорее всего, указывает на неисправность в линии, что позволяет обслуживающему персоналу своевременно обнаружить и устранить проблему.
Хотя с непрерывным развитием науки и техники промышленная автоматизация постепенно переходит к цифровизации, а цифровые сигналы показали большие преимущества во многих аспектах, аналоговые передатчики сигналов все еще широко используются. Это также полностью отражает жизнеспособность стандарта 4–20 мА. Передатчики аналоговых сигналов обладают преимуществами низкой стоимости, высокой надежности и отработанной технологии. В некоторых промышленных сценариях, которые чувствительны к стоимости и не требуют особенно высокой точности сигнала, аналоговые передатчики сигналов по-прежнему являются лучшим выбором. Более того, многие существующие промышленные устройства спроектированы на основе стандарта 4–20 мА. Если все будет заменено цифровым оборудованием, не только затраты будут огромными, но и возникнет множество проблем, таких как техническая трансформация и подготовка персонала.
Унификация систем приборной сигнализации в промышленной автоматике является неизбежным требованием развития промышленности. Как стандарт электрического сигнала 4–20 мА выделяется в условиях жесткой конкуренции и по-прежнему играет важную роль в современном промышленном производстве. Поскольку технологии продолжают развиваться, они могут дополнять цифровые сигналы и совместно способствовать развитию промышленной автоматизации на более высоком уровне.
Yuyao Huangong automation instruments factory