การอภิปรายสั้นๆ เกี่ยวกับประเภทของเครื่องมือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

เนื่องจากขนาดการผลิตยังคงขยายตัวและเทคโนโลยีการผลิตก้าวหน้า ความต้องการระดับระบบอัตโนมัติของกระบวนการผลิตก็สูงขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยเหตุนี้ เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมจึงได้ผ่านเส้นทางการพัฒนาจากการไม่มี-การมีอยู่ไปสู่การดำรงอยู่ จากความเรียบง่ายไปสู่ความซับซ้อน และจากความสามารถ-ฟังก์ชันเดียวไปจนถึงฟังก์ชันหลาย- ในตอนแรก เครื่องมือถูกจำกัดไว้เพียง-การวัดในสถานที่และการแสดงพารามิเตอร์ เช่น อุณหภูมิ (เช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบแก้ว) ความดัน (เช่น แมนโนมิเตอร์ของท่อ U- การไหล (เช่น โรทามิเตอร์ของแก้ว) และระดับของเหลว (เช่น เกจวัดระดับของหลอดแก้ว) พร้อมด้วยฟังก์ชันการควบคุมเฉพาะที่ที่เรียบง่าย มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องไปสู่การส่งสัญญาณระยะไกล จอแสดงผลแบบรวมศูนย์ และความสามารถในการควบคุมระยะไกล นอกเหนือจากองค์ประกอบการตรวจจับและเครื่องมือที่หลากหลายที่เพิ่มขึ้นสำหรับการตรวจจับพารามิเตอร์ต่างๆ แล้ว เครื่องมือควบคุมกระบวนการยังก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง ได้ก้าวกระโดดจากเครื่องมือรวมหน่วยนิวแมติกและเครื่องมือรวมหน่วยไฟฟ้า ไปสู่อุปกรณ์ควบคุมแบบรวมอิเล็กทรอนิกส์และระบบควบคุมคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม

เครื่องมือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมมีความหลากหลาย ขึ้นอยู่กับกระบวนการได้มาซึ่งข้อมูล การส่งผ่าน การสะท้อน และการประมวลผล พวกมันถูกแบ่งออกเป็นห้าประเภทหลัก: (1) เครื่องมือตรวจจับ; (2) เครื่องมือแสดงผล (3) เครื่องมือควบคุม (4) ตัวกระตุ้น; (5) อุปกรณ์ตรวจสอบและควบคุมจากส่วนกลาง

เครื่องมือตรวจจับ

ในระหว่างการผลิต อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล ระดับ และปริมาณทางกายภาพอื่นๆ ของตัวกลางภายในอุปกรณ์และท่อส่งจะผันผวนอย่างต่อเนื่องและอยู่ในสถานะของการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เครื่องมือตรวจจับใช้ในการวัดค่าปัจจุบันของปริมาณทางกายภาพเหล่านี้

ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์กระบวนการเฉพาะที่วัดได้ เครื่องมือตรวจจับสามารถแบ่งประเภทได้ดังต่อไปนี้:

1. เครื่องมือวัดอุณหภูมิ:เครื่องมือวัดอุณหภูมิทั่วไป ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์แบบแก้ว เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัลลิก เทอร์โมมิเตอร์แบบแรงดัน- (กระเปาะ) สวิตช์อุณหภูมิ เทอร์โมคัปเปิล และเครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) เครื่องมือวัดอุณหภูมิประเภทรังสี-ได้แก่ ไพโรมิเตอร์แบบแผ่รังสี ไพโรมิเตอร์แบบออปติคัล และไพโรมิเตอร์แบบโฟโตอิเล็กทริก

2. เครื่องมือวัดแรงดัน:เครื่องมือวัดความดันจะตรวจจับความดัน สุญญากาศ และความดันแตกต่าง ตามหลักการปฏิบัติงาน ได้แก่: - เกจวัดแรงดันแบบยืดหยุ่น (จำแนกเพิ่มเติมตามองค์ประกอบแบบยืดหยุ่น: เกจท่อเบอร์ดอน เกจไดอะแฟรม เกจแคปซูล สวิตช์แรงดัน ฯลฯ); เกจวัดแรงดันชนิด - เซ็นเซอร์- (เช่น เกจวัดแรงดันแบบต้านทาน ตัวเก็บประจุ แบบเหนี่ยวนำ ฮอลล์-) เกจวัดแรงดันแบบคอลัมน์ของเหลว (เช่น ท่อยู- ท่อตรง- เกจวัดความดันแบบท่อเอียง) และเกจวัดแรงดันลูกสูบที่มีความแม่นยำสูง-ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้สำหรับสอบเทียบเกจวัดความดันมาตรฐาน

3. เครื่องวัดการไหล:เครื่องมือวัดการไหลมีหลายแบบ โดยอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันคืออุปกรณ์ควบคุมปริมาณที่จับคู่กับเครื่องส่งสัญญาณการไหลแบบแรงดันต่างกัน อุปกรณ์ควบคุมปริมาณทั่วไป ได้แก่ แผ่นปาก หัวฉีด และท่อ Venturi มิเตอร์วัดการไหลทั่วไปอื่น ๆ ได้แก่ มิเตอร์น้ำ, โรตามิเตอร์, มิเตอร์วัดการไหลของเฟืองวงรี, มิเตอร์วัดการไหลเป้าหมาย, มิเตอร์วัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า, มิเตอร์วัดกระแสน้ำวน, มิเตอร์วัดการไหลแบบแอนนูบาร์ และมิเตอร์วัดการไหลของมวล

4. เครื่องมือวัดระดับ:เครื่องมือวัดระดับจะวัดระดับของเหลวของตัวกลางภายในหอคอย ถัง หรือภาชนะเป็นหลัก ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิดที่มีความหนาแน่นต่างกัน หรือระดับของวัสดุที่เป็นของแข็ง เกจวัดระดับของเหลวที่พบมากที่สุดคือเกจวัดระดับหลอดแก้วและเกจวัดระดับแผ่นกระจก อื่นๆ ได้แก่ เกจวัดระดับความดันแตกต่างและเกจวัดระดับ-การลอยตัว (เช่น เกจวัดระดับลูกลอย สวิตช์ระดับ เกจวัดระดับห้องลอย เกจวัดระดับทุ่น เกจวัดระดับเทปเหล็ก และอุปกรณ์ชั่งน้ำหนักระดับถัง) สำหรับการตรวจจับระดับวัสดุที่เป็นของแข็ง ตัวเลือกต่างๆ ได้แก่ เกจวัดระดับความต้านทาน เกจวัดระดับคาปาซิทีฟ สวิตช์ระดับ เครื่องตรวจจับระดับน้ำหนัก- เกจวัดระดับส้อมเสียง เกจวัดระดับอัลตราโซนิก และเกจวัดระดับกัมมันตภาพรังสี

5. เครื่องมือวิเคราะห์ส่วนประกอบ:เครื่องมือวิเคราะห์ส่วนประกอบใช้ในการตรวจสอบองค์ประกอบของตัวกลางในกระบวนการ และกำหนดเนื้อหาของส่วนประกอบเฉพาะ (หรือส่วนประกอบหลายรายการจนถึงองค์ประกอบทั้งหมด) ตามหลักการปฏิบัติงาน ประกอบด้วยเครื่องวิเคราะห์เคมีไฟฟ้า (เช่น เครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้า เครื่องวัดค่า pH ในอุตสาหกรรม เครื่องวิเคราะห์เซอร์โคเนีย) เครื่องวิเคราะห์ความร้อน (เช่น เครื่องวิเคราะห์ค่าการนำความร้อน เครื่องวิเคราะห์เทอร์โมเคมี เครื่องวิเคราะห์อินฟราเรด) เครื่องวิเคราะห์แม่เหล็ก โฟโตอิเล็กทริกคัลเลอริมิเตอร์ แมสสเปกโตรมิเตอร์ และโครมาโตกราฟีก๊าซอุตสาหกรรม

เมื่อติดตั้งเครื่องวิเคราะห์ส่วนประกอบแบบออนไลน์ โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีการปรับสภาพตัวอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น สถานะของตัวอย่าง อุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหล ตรงตามเงื่อนไขการทำงานของเครื่องมือ สิ่งนี้จำเป็นต้องมีระบบท่อที่ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น ตัวกรอง เครื่องดักฝุ่น ถังอบแห้ง เครื่องทำความเย็น โรทามิเตอร์ ซีลน้ำ วาล์ว และท่อสำหรับการปรับสภาพตัวอย่างทั่วไป สำหรับสื่อพิเศษ (เช่น ตัวอย่างก๊าซหุงต้ม ตัวอย่างก๊าซเตาอุณหภูมิสูง- การสุ่มตัวอย่างการวิเคราะห์น้ำมันหนัก การสุ่มตัวอย่างส่วนประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และการสุ่มตัวอย่างเพื่อติดตามสภาพแวดล้อม) ระบบบำบัดก่อนการสุ่มตัวอย่าง-มีความซับซ้อนมากขึ้น ระบบการบำบัดก่อน-การเก็บตัวอย่างก่อน-สำเร็จรูปดังกล่าวเรียกว่าหน่วยการบำบัดก่อนการเก็บตัวอย่าง-

นอกจากนี้ เครื่องมือวัดคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่าง-เช่น เครื่องวัดความชื้น ไฮโกรมิเตอร์ เครื่องวัดความหนาแน่น เครื่องวัดความเข้มข้น เครื่องวัดความขุ่น และเครื่องวัดความหนืด- มักถูกจัดประเภทไว้ภายใต้เครื่องมือวิเคราะห์ส่วนประกอบ

6. เครื่องมือปริมาณทางกล:เครื่องมือวัดปริมาณทางกลทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เกจวัดความหนา เครื่องตรวจจับการขยายตัวทางความร้อน เครื่องตรวจจับแรงดึง เครื่องตรวจจับการโก่งตัว รวมถึงอุปกรณ์สำหรับตรวจจับการสั่นสะเทือนของเพลา การกระจัดของเพลา และความเร็วในการหมุนในเครื่องจักรที่กำลังหมุน (เช่น กังหันไอน้ำขนาดใหญ่และคอมเพรสเซอร์) นอกจากนี้ยังรวมถึงอุปกรณ์ชั่งน้ำหนัก (เช่น เครื่องชั่งสายพานอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องตรวจจับความเบี่ยงเบนของสายพานและการเลื่อนหลุด ตัวแสดงการชั่งน้ำหนัก และระบบชั่งน้ำหนักถุง)

เครื่องมือบ่งชี้

เครื่องมือเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อเสริมเครื่องมือตรวจจับโดยการระบุหรือบันทึกค่าพารามิเตอร์ที่วัดได้ทันที ตัวอย่าง ได้แก่ ตัวบ่งชี้การเคลื่อนที่-ของคอยล์ เช่น มิเตอร์อัตราส่วนและมิลลิโวลต์มิเตอร์สำหรับวัตถุประสงค์ในการบ่งชี้ จอแสดงผลดิจิทัล และโพเทนชิโอมิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์หรือสะพานสมดุลแบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับระบุหรือบันทึกอุณหภูมิ (โพเทนชิโอมิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์และสะพานสมดุลสามารถใช้ร่วมกับตัวควบคุมไฟฟ้าหรือนิวแมติกเพื่อสร้างอุปกรณ์แบบผสมได้) นอกจากนี้ ยังรวมถึงเครื่องมือรวมที่มีความสามารถในการสะสมการไหล

เครื่องมือควบคุม

อุปกรณ์ควบคุมจะรับสัญญาณการวัดจากเครื่องมือตรวจจับกระบวนการและเครื่องส่งสัญญาณสำหรับการแสดงผล และออกสัญญาณควบคุมเพื่อควบคุมการทำงานของแอคทูเอเตอร์ (แอคชูเอเตอร์และวาล์วควบคุม) ทำให้เกิด-ระบบควบคุมลูปปิด

เครื่องมือควบคุมสามารถแบ่งได้กว้างๆ เป็นเครื่องมือควบคุมแบบอะนาล็อกและเครื่องมือควบคุมแบบดิจิทัลตามประเภทของสัญญาณ

1. เครื่องมือควบคุมแบบอะนาล็อกประกอบด้วยเครื่องมือที่ติดตั้งบนฐาน- เครื่องมือแบบรวมหน่วย (นิวแมติก/ไฟฟ้า) และเครื่องมือแบบโมดูลาร์

(1)เครื่องมือรวมหน่วยจะแบ่งออกเป็นหน่วยต่างๆ ตามฟังก์ชันภายในระบบควบคุม แต่ละยูนิตมีอยู่อย่างเป็นอิสระและสามารถรวมกันได้อย่างอิสระเพื่อสร้างระบบการตรวจจับและการควบคุมที่หลากหลาย นำเสนอการกำหนดค่าระบบที่ยืดหยุ่นและสะดวกสบาย การส่งสัญญาณระหว่างยูนิตใช้สัญญาณอะนาล็อกที่เป็นมาตรฐาน เครื่องดนตรีผสมหน่วยมีการใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่ทศวรรษ 1950 ถึงต้นทศวรรษ 1970 พวกมันเป็นตัวแทนของเครื่องมือที่มีการกระจายตามการใช้งานอย่างแท้จริง โดยที่เครื่องมือตัวเดียวทำหน้าที่เฉพาะที่จำเป็น

ควรสังเกตว่าหน่วยเครื่องส่งสัญญาณภายในเครื่องมือรวมหน่วย (ยกเว้นเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ) นั้นมีฟังก์ชันการทำงานอยู่ในหมวดหมู่ของเครื่องมือตรวจจับ

เครื่องมือแบบรวมหน่วยยังแบ่งประเภทเพิ่มเติมตามแหล่งพลังงานในการทำงานเป็นประเภทนิวแมติกและไฟฟ้า:

เครื่องมือรวมชุดระบบนิวเมติกส์: เครื่องมือเหล่านี้พัฒนามาจากเครื่องมือระบบนิวแมติกรุ่นก่อนๆ พวกเขาใช้อากาศอัด 0.14 MPa เป็นแหล่งพลังงานในการทำงาน และใช้อากาศอัดที่ 0.02–0.1 MPa เป็นสัญญาณมาตรฐาน เนื่องจากทั้งพลังงานในการทำงานและการส่งสัญญาณต้องใช้อากาศอัด หน่วยอุปกรณ์นิวแมติกจึงมีฟังก์ชันป้องกันการระเบิด-ในโรงงานกลั่นและการผลิตสารเคมี ข้อเสียเปรียบของพวกเขาคือการส่งสัญญาณนิวแมติกโดยทั่วไปจะจำกัดอยู่ที่ระยะทางไม่เกิน 150 เมตร; การส่งสัญญาณในระยะทางที่ไกลกว่าทำให้เกิดความล่าช้าของสัญญาณ ส่งผลต่อการตอบสนองของจอแสดงผลและการควบคุม เครื่องมือรวมหน่วยนิวแมติกประกอบด้วยเครื่องมือหน่วยต่อไปนี้:

ก. หน่วยส่งสัญญาณ (เช่น เครื่องส่งสัญญาณ) รวมถึงเครื่องส่งสัญญาณความดัน เครื่องส่งสัญญาณความดันแตกต่าง เครื่องส่งสัญญาณการไหลแบบเป้าหมาย- เครื่องส่งสัญญาณการไหลของแผ่นปากปาก-ในตัว เครื่องส่งสัญญาณความแตกต่างของหน้าแปลนเดี่ยว/คู่ (ระดับ) เครื่องส่งสัญญาณระดับลูกลอยภายใน/ภายนอก และเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ

ข. การระบุหน่วยต่างๆ เช่น ตัวบ่งชี้สี- แถบแสดง แถบแสดง เข็มหลาย- ตัวบ่งชี้เครื่องบันทึก และเครื่องรวม

ค. หน่วยควบคุมรวมถึงตัวควบคุมบ่งชี้ ตัวควบคุมการบันทึก ตัวควบคุมคาสเคด และตัวควบคุมสัดส่วน (อินทิกรัล อนุพันธ์)

ง. การคำนวณหน่วยต่างๆ เช่น ตัวบวก ตัวคูณ ตัวหาร และเครื่องคำนวณอัตราส่วน

จ. เครื่องมือหน่วยเซ็ตพอยต์: ตัวควบคุมเซ็ตพอยต์, เวลา-ตัวควบคุมเซ็ตพอยต์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ ฯลฯ

ฉ. อุปกรณ์หน่วยเสริม: แอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติก (ชนิด Q- แอคทูเอเตอร์เปลี่ยนเกียร์แบบแมนนวล/อัตโนมัติ ตัวเลือกค่าสูง (ต่ำ) รีเลย์ สวิตช์เปลี่ยนเกียร์ ลิมิตเตอร์ ตัวควบคุมอัตราส่วน ตัวจ่ายโหลด วาล์วควบคุมการไหล-ตัวกรองการไหลสูง- ฯลฯ

เครื่องมือรวมยูนิตไฟฟ้า: เครื่องมือรวมยูนิตไฟฟ้าทำงานโดยใช้ไฟ DC เครื่องมือเหล่านี้ผ่านการพัฒนาสามขั้นตอน-ประเภทที่ 1 (วงจรหลอดสุญญากาศ), ประเภทที่ 2 (วงจรทรานซิสเตอร์) และประเภทที่ 3 (วงจรรวมเชิงเส้น)-เนื่องมาจากความก้าวหน้าในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นพื้นฐาน ปัจจุบันประเภท I และ II ล้าสมัยและไม่มีการใช้งานอีกต่อไป เครื่องมือประเภทที่ 3 ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานกลั่นปิโตรเลียมและโรงงานผลิตสารเคมี เครื่องมือรวมหน่วยไฟฟ้าที่กล่าวถึงในที่นี้อ้างอิงถึงประเภท III เท่านั้น เครื่องมือประเภทที่ 3 ทำงานโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ DC 24V การส่งสัญญาณระหว่างอุปกรณ์แต่ละตัวภายในห้องควบคุมจะใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้า DC 1–5V ในขณะที่การสื่อสารระหว่างเครื่องมือในห้องควบคุมกับ-เครื่องส่ง วาล์วควบคุม และแอคทูเอเตอร์ที่ติดตั้งในภาคสนามจะใช้สัญญาณกระแส DC 4–20mA เพื่อให้เป็นไปตาม-ข้อกำหนดในการป้องกันการระเบิดที่หลากหลาย -เครื่องส่งสัญญาณที่ติดตั้งภาคสนามและหน่วยอินพุต/เอาต์พุตของห้องควบคุมที่เกี่ยวข้อง (เช่น อุปกรณ์ป้องกันและแผงกั้นด้านความปลอดภัย) ได้รับการจัดประเภทเป็นประเภทที่ป้องกันไฟหรือแบบปลอดภัยจากภายใน นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการควบคุมคอมพิวเตอร์ทางอุตสาหกรรม อุปกรณ์อัจฉริยะที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์-จึงถือกำเนิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเป็นตัวแทนของอุปกรณ์ไฟฟ้าเจเนอเรชันใหม่

เครื่องมือรวมหน่วยไฟฟ้าประกอบด้วยหน่วยต่อไปนี้:

ก. หน่วยเครื่องส่งสัญญาณ (เช่น เครื่องส่งสัญญาณ) ประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณแรงดัน เครื่องส่งสัญญาณความดันแตกต่าง เครื่องส่งสัญญาณการไหลแบบเป้าหมาย- เครื่องส่งสัญญาณการไหลของแผ่นปาก-ในตัว เครื่องส่งสัญญาณความแตกต่างของความดัน (ระดับ) หน้าแปลนเดี่ยว/คู่ เครื่องส่งสัญญาณระดับลูกลอยภายใน/ภายนอก เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ (ส่วนต่างของอุณหภูมิ) เครื่องส่งสัญญาณความดันอัจฉริยะ และเครื่องส่งสัญญาณความดันแตกต่างอัจฉริยะ

ข. หน่วยแสดงผล เช่น ตัวบ่งชี้ตัวชี้เดี่ยว (คู่) ตัวบ่งชี้แถบสี สัญญาณเตือนตัวชี้เดี่ยว (คู่) เครื่องบันทึกด้วยปากกาเดี่ยว (คู่) เครื่องบันทึกตัวบ่งชี้หลาย- เครื่องบันทึกตัวบ่งชี้จุด เครื่องคำนวณผลรวมตามสัดส่วน (รากที่สอง) เป็นต้น

ค. อุปกรณ์ควบคุมประกอบด้วยตัวควบคุมบ่งชี้ ตัวควบคุมสำรอง SPC/DDC ตัวควบคุมการติดตามตำแหน่งของวาล์วหลาย- ตัวควบคุมฟังก์ชันพิเศษ ตัวรวมระบบ ตัวสร้างความแตกต่าง ฯลฯ

ง. เครื่องมือหน่วยการคำนวณ เช่น ตัวบวก ตัวคูณ ตัวหาร เครื่องคำนวณรากที่สอง เป็นต้น

จ. เครื่องมือหน่วยการแปลงประกอบด้วยตัวแปลงสัญญาณปัจจุบัน ตัวแปลงพัลส์/แรงดันไฟฟ้า ตัวแปลงความถี่/กระแส ตัวแปลงอิมพีแดนซ์ ตัวแปลงฟังก์ชัน ตัวแปลงไฟฟ้า/นิวแมติก และตัวแปลงนิวแมติก/ไฟฟ้า

ฉ. เครื่องมือหน่วยเซ็ตพอยต์ประกอบด้วยตัวตั้งค่ากระแสคงที่ ตัวตั้งค่าอัตราส่วน ตัวตั้งค่าเปอร์เซ็นต์ ตัวตั้งค่าสัญญาณเตือน ตัวตั้งค่าโปรแกรมพารามิเตอร์ และผู้ตั้งค่าโปรแกรมเวลา

ก. อุปกรณ์หน่วยเสริม ได้แก่ แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า (ชนิด D- แอคชูเอเตอร์ DDC ตัวยึดความปลอดภัย แผงกั้นความปลอดภัย ตัวจ่ายไฟ กล่องแรงดันไฟฟ้า ตัวเลือกสัญญาณ ตัวแยกวงจร อินเวอร์เตอร์ ลิฟต์ ตัวหน่วงสัญญาณ ตัวกลับสัญญาณ ตัวจำกัดสัญญาณ และ-ตัวเลือกการเปลี่ยนแปลง-

(2) เครื่องมือควบคุมแบบรวมโมดูลาร์

สิ่งนี้แสดงถึงซีรีส์ใหม่ในวิวัฒนาการของเครื่องมือควบคุมกระบวนการ หรือที่เรียกว่าหน่วยควบคุมแบบบูรณาการแบบโมดูลาร์ ด้วยโครงสร้างการประกอบแบบแยกส่วน ช่วยให้การกำหนดค่าระบบควบคุมกระบวนการมีความยืดหยุ่น ภายใน ใช้ระบบสัญญาณแรงดันไฟฟ้า 0-10V DC และสามารถรับสัญญาณนิวแมติกและสัญญาณไฟฟ้าต่างๆ (รวมถึงกระแส แรงดันไฟฟ้า หน้าสัมผัส พัลส์ ความถี่ และตัวเข้ารหัส) จากเครื่องมือตรวจจับภาคสนามและองค์ประกอบการตรวจจับ

หน่วยควบคุมแบบรวมโมดูลประกอบด้วยเครื่องมือและส่วนประกอบดังต่อไปนี้:

ก. ส่วนประกอบอินพุต/เอาต์พุต: โมดูลการแปลงอินพุต, โมดูลการแปลงเอาต์พุต, โมดูลการแปลงพัลส์, โมดูลการแปลง mV/V, โมดูลการแปลง P/E, โมดูลตัวขับพลังงานสะสม ฯลฯ

ข. ส่วนประกอบการประมวลผลสัญญาณ: ส่วนประกอบบัฟเฟอร์สัญญาณ ส่วนประกอบบัฟเฟอร์รีเลย์ ส่วนประกอบการสร้างสัญญาณ (ส่วนประกอบการสร้างความลาดชัน ส่วนประกอบไทม์มิ่ง ฯลฯ) ส่วนประกอบการคำนวณแบบอะนาล็อก (ส่วนประกอบการคูณ/การหาร ส่วนประกอบรากที่สอง ส่วนประกอบเพิ่มเติม ส่วนประกอบฟังก์ชัน ส่วนประกอบจำกัด ส่วนประกอบการเลือกสัญญาณ ฯลฯ) ส่วนประกอบการรวมผล ส่วนประกอบสัญญาณเตือน ส่วนประกอบลอจิก

ค. ส่วนประกอบการควบคุม: ส่วนประกอบ PID (ส่วนประกอบตามสัดส่วน, อินทิกรัล, อนุพันธ์), ส่วนประกอบการชดเชยแบบไดนามิก, ส่วนประกอบการติดตาม, ส่วนประกอบอินเทอร์เฟซเอาต์พุตหลาย-, ส่วนประกอบการควบคุมด้วยภาพ-แบบได้ยิน

ง. ส่วนประกอบเสริมและส่วนประกอบอื่นๆ: ส่วนประกอบการกระจายกำลัง ส่วนประกอบการกระจายสัญญาณ ส่วนประกอบสวิตชิ่ง ส่วนประกอบเซ็ตพอยต์ ส่วนประกอบรีเลย์ ส่วนประกอบการตรวจสอบ

จ. เครื่องมือแสดงผลและการทำงาน: ตัวบ่งชี้ตัวชี้เดี่ยว (คู่) เครื่องบันทึกด้วยปากกาเดี่ยว (คู่) เครื่องบันทึกด้วยปากกาสาม (สี่เท่า) เครื่องบันทึกแนวโน้ม ตัวควบคุมมือถือ ผู้ควบคุมจอแสดงผล

(3) อุปกรณ์ควบคุมแบบติดตั้งที่ฐาน-

ในระหว่างการพัฒนาเครื่องมือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมตั้งแต่การตรวจจับและการแสดงผลในพื้นที่ไปจนถึงการควบคุมแบบรวมศูนย์ เครื่องมือประเภทหนึ่งที่รวมฟังก์ชันการวัด การแสดงผล และการควบคุมได้ถือกำเนิดขึ้น เราเรียกสิ่งนี้ว่าเป็นเครื่องมือควบคุมแบบยึดฐาน- หรือเรียกง่ายๆ ว่าเครื่องมือควบคุมแบบยึดฐาน- ตัวอย่างรวมถึงการระบุ-ตัวควบคุมการบันทึกด้วยตัวควบคุมนิวแมติก และตัวควบคุมท้องถิ่นบางตัวที่มีตัวควบคุมฟังก์ชันเดียว- (เช่น ตัวควบคุมอุณหภูมิ ตัวควบคุมความดัน ตัวปรับแรงดันต่าง ตัวควบคุมการไหล) อุปกรณ์ควบคุมที่ติดตั้งที่ฐาน-ยังแบ่งประเภทเพิ่มเติมตามแหล่งพลังงานออกเป็นประเภทนิวแมติกและไฟฟ้า

ตัวควบคุมที่ดำเนินการเอง-เป็นเครื่องมือควบคุมในพื้นที่อีกประเภทหนึ่ง พวกมันได้ชื่อมาจากการพึ่งพาตัวกลางที่วัดได้เป็นแหล่งพลังงานในการทำงาน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าตัวควบคุมที่ออกฤทธิ์โดยตรง- นอกจากนี้ เนื่องจากมีการรวมเข้ากับวาล์วควบคุม ตัวควบคุม-ที่ทำงานด้วยตนเองจึงเรียกว่า-วาล์วควบคุมที่ทำงานด้วยตนเอง อุปกรณ์ควบคุม-ที่ทำงานด้วยตนเองทั่วไป ได้แก่-อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิที่ทำงานด้วยตนเอง -อุปกรณ์ควบคุมแรงดันที่ทำงานด้วยตนเอง และ-อุปกรณ์ควบคุมการไหลที่ทำงานด้วยตนเอง

2. เครื่องมือควบคุมแบบดิจิทัล

เครื่องมือควบคุมดิจิทัลประกอบด้วยระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) คอมพิวเตอร์ควบคุมทางอุตสาหกรรม (IPC) และระบบควบคุมความปลอดภัย (FSC)

ในทศวรรษ 1960 เนื่องจากกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ-ในขนาดและซับซ้อน ระบบควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการจัดการกับข้อมูลจำนวนมหาศาล ทำการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ขั้นสูง อำนวยความสะดวกในการสื่อสารข้อมูล ทำให้สามารถแสดงผลและดำเนินการแบบรวมศูนย์ บรรลุการควบคุม-ในระดับที่สูงขึ้น และเพิ่มความแม่นยำในการควบคุม เครื่องมือแอนะล็อกแบบเดิมๆ เพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้อีกต่อไป ซึ่งนำไปสู่การนำระบบควบคุมที่ใช้คอมพิวเตอร์-มาใช้ ซึ่งยกระดับการควบคุมกระบวนการแบบผสมผสานอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม ฟังก์ชั่นการควบคุมที่มีความเข้มข้นสูงยังรวมเอาความเสี่ยงของการเกิดอุบัติเหตุไว้ด้วย หากระบบควบคุมคอมพิวเตอร์ล้มเหลว การควบคุม การตรวจสอบ และการดำเนินการจะหยุดลง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อการผลิตและอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงทั้งระบบ-

หลังทศวรรษ 1970 การเกิดขึ้นของ-วงจรรวมและไมโครโปรเซสเซอร์ขนาดใหญ่ ควบคู่ไปกับความก้าวหน้าเพิ่มเติมในเทคโนโลยีการควบคุม เทคโนโลยีการแสดงผล เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีการสื่อสาร นำไปสู่การพัฒนาระบบควบคุมกระบวนการใหม่ที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอมพิวเตอร์ เช่น ระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) DCS สืบทอดข้อดีของเครื่องมืออะนาล็อกทั่วไปและระบบควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ในขณะที่ยังคงรักษาการแสดงผลและการดำเนินงานแบบรวมศูนย์ไว้พร้อมกับการจัดการแบบรวมศูนย์ จะกระจายอำนาจการควบคุมออกไป จึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบควบคุม ซึ่งทำได้โดยการกระจายไมโครโปรเซสเซอร์ตามฟังก์ชันหรือโซนควบคุม สถานีควบคุมที่ติดตั้งไมโครโปรเซสเซอร์-แต่ละตัวสามารถจัดการลูปได้หลายสิบลูป มีการรวมสถานีควบคุมหลายแห่งเข้าด้วยกันเพื่อดูแลกระบวนการผลิตทั้งหมด จึงทำให้มีการควบคุมแบบกระจายอำนาจและกระจายความเสี่ยง จากสิ่งนี้ ข้อมูลจำนวนมหาศาลจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลสื่อสารข้อมูลไปยังจอแสดงผล CRT ที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์-และสถานีปฏิบัติการในห้องควบคุมกลาง ซึ่งข้อมูลนี้จะถูกแสดงหรือบันทึกจากส่วนกลาง ในขณะเดียวกัน ในการประสานงานกับคอมพิวเตอร์ระดับสูงกว่า- (คอมพิวเตอร์การจัดการกระบวนการและคอมพิวเตอร์การจัดการการผลิต) การตรวจสอบแบบรวมศูนย์และการจัดการกระบวนการผลิตก็ถูกนำมาใช้

ระบบควบคุมแบบกระจายช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างต่อเนื่อง การควบคุมเป็นชุด (ไม่ต่อเนื่อง) การควบคุมตามลำดับ การได้มาและประมวลผลข้อมูล ตลอดจนการควบคุมขั้นสูง บูรณาการการจัดการการปฏิบัติงานเข้ากับกระบวนการผลิตอย่างใกล้ชิด ระบบเหล่านี้ยังมีความสามารถในการ-วินิจฉัยตนเอง ซึ่งสามารถตรวจสอบส่วนประกอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ได้ เมื่อตรวจพบข้อผิดพลาด ระบบจะส่งสัญญาณเตือนทั้งภาพและเสียงพร้อมแสดงตำแหน่งที่แน่นอนของความผิดปกติ

ระบบควบคุมแบบกระจายทั่วไปประกอบด้วยสถานีควบคุมภาคสนาม สถานีควบคุมจอแสดงผล CRT เครือข่ายการสื่อสาร และอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น เครื่องพิมพ์

ในระหว่างการพัฒนาในเวลาต่อมา ความสามารถในการควบคุมและการสื่อสารของระบบควบคุมแบบกระจายได้รับการปรับปรุงและเป็นมาตรฐานมากขึ้น จากฟังก์ชันการควบคุมหลัก ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) เกิดขึ้นจากระบบ DCS-ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การควบคุมลูป-เป็นอุปกรณ์พิเศษที่เน้นการควบคุมตามลำดับ เดิมทีออกแบบมาเพื่อแทนที่ระบบสัญญาณเตือนแบบประสาน-แบบเดิม โดย PLC จะจัดการทั้งสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตเป็นสัญญาณสวิตช์ พวกเขาดำเนินการฟังก์ชันลอจิก ลำดับ เวลา การนับ และเลขคณิตผ่านการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์ ทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน คุณลักษณะที่กำหนดของ PLC คือแผนการควบคุม "ความสามารถในการตั้งโปรแกรม"- สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายๆ โดยการปรับเปลี่ยนโปรแกรม ความน่าเชื่อถือ ความยืดหยุ่น ความเร็วในการทำงาน และความจุสำหรับแผนการควบคุมที่ซับซ้อนนั้นเหนือกว่าวงจรรีเลย์มาก

PLC มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยผสมผสานความสามารถในการควบคุมแบบอะนาล็อก ฟังก์ชันการคำนวณ และแม้แต่คุณลักษณะต่างๆ เช่น จอแสดงผลกราฟิกไดนามิก CRT การจัดการฐานข้อมูล และการสร้างไฟล์ ในขณะเดียวกัน ระบบ DCS ได้นำคุณลักษณะทางเทคนิคของ PLC มาใช้ ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงการประมวลผลแบบกลุ่มและฟังก์ชันการควบคุมตามลำดับ การบรรจบกันของฟังก์ชันนี้ทำให้ความแตกต่างระหว่าง DCS และ PLC แคบลง และทำให้ขอบเขตของทั้งสองเบลอลง เนื่องจากระบบควบคุมแบบกระจายยังคงพัฒนาต่อไป-โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการย่อขนาดระบบ เครื่องส่งสัญญาณภาคสนามอัจฉริยะ ฟิลด์บัสที่ได้มาตรฐาน เครือข่ายการสื่อสารที่เป็นมาตรฐาน การบูรณาการร่วมกันของ DCS และ PLC การรวมคอมพิวเตอร์และพีซีที่ตรวจสอบเข้ากับระบบ DCS และการปรับแต่งซอฟต์แวร์ระบบเพิ่มเติม- สิ่งเหล่านี้จะปรับให้เข้ากับข้อกำหนดในการควบคุมกระบวนการที่หลากหลายได้ดีขึ้น และบรรลุผลประโยชน์ด้านเทคนิคและเศรษฐกิจที่เหนือกว่า

Fieldbus (FCS) เป็นบัสข้อมูลแบบดิจิทัล อนุกรม หลายจุด สองทิศทาง ที่ติดตั้งระหว่างอุปกรณ์ภาคสนามและอุปกรณ์อัตโนมัติของห้องควบคุม แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวข้องกับการขจัดการเชื่อมต่อโดยตรง-ถึง-การเชื่อมต่อระหว่างสถานี DCS/PLC ของห้องควบคุม ตัวควบคุมอัจฉริยะ และอุปกรณ์ภาคสนาม (เช่น เครื่องส่ง วาล์วควบคุม สวิตช์) ผ่านช่อง I/O เฉพาะ แต่อุปกรณ์เหล่านี้จะเชื่อมต่อกับช่องสัญญาณความเร็วสูง H2- ของฟิลด์บัสผ่านอินเทอร์เฟซแบบอนุกรม จากนั้นจะเชื่อมโยงกับฟิลด์บัส H1 ผ่านบริดจ์คอนเวอร์ชัน H2/H1 ซึ่งช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างเครื่องมือภาคสนาม H1 และ H2 สำหรับการตรวจสอบและตรวจจับกระบวนการ

เนื่องจากฟิลด์บัสประกอบด้วยอุปกรณ์ภาคสนามที่เชื่อมต่อเครือข่ายการสื่อสารระดับต่ำสุด- (รวมถึงอุปกรณ์ภาคสนามและเครื่องมือภาคสนาม) ซึ่งบูรณาการทั้งการควบคุมภาคสนามและฟังก์ชันการสื่อสารภาคสนาม โหนดจึงประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ (ครอบคลุมอุณหภูมิ ความดัน การไหล ระดับ เครื่องวิเคราะห์กระบวนการ ฯลฯ) และแอคชูเอเตอร์อัจฉริยะ

คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมแบ่งประเภทตามฟังก์ชันการควบคุมและการจัดการเป็นอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติพื้นฐานและคอมพิวเตอร์การจัดการ อุปกรณ์อัตโนมัติขั้นพื้นฐานถือเป็นระดับแรกของระบบควบคุมหลาย-ระดับ รวมถึงระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS), ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC), อุปกรณ์ควบคุมแบบดิจิทัลโดยตรง (DDC) และระบบควบคุมฟิลด์บัส (FCS) คอมพิวเตอร์การจัดการกระบวนการทำหน้าที่เป็นเครื่องจักรระดับบน-สำหรับอุปกรณ์อัตโนมัติขั้นพื้นฐาน ซึ่งแสดงถึงการควบคุมหลายระดับ-ในระดับที่สอง คอมพิวเตอร์การจัดการการผลิตใช้ได้กับการควบคุมหลายระดับ-ระดับที่สามถึงห้า

แอคทูเอเตอร์

แอคทูเอเตอร์หรือที่เรียกว่าวาล์วควบคุมประกอบด้วยกลไกแอคทูเอเตอร์และตัววาล์ว ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานของแอคชูเอเตอร์ พวกมันแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก ๆ ได้แก่ วาล์วควบคุมแบบนิวแมติก วาล์วควบคุมไฟฟ้า วาล์วควบคุมไฮดรอลิก และวาล์วควบคุมแบบไฮบริด วาล์วควบคุมแบบนิวแมติกยังแบ่งประเภทเพิ่มเติมตามประเภทของตัวกระตุ้นเป็นวาล์วควบคุมแบบไดอะแฟรม- วาล์วควบคุมแบบลูกสูบ- และวาล์วควบคุมระยะชัก-แบบยาว

อุปกรณ์ตรวจสอบและควบคุมจากส่วนกลาง

อุปกรณ์ตรวจจับแบบรวมศูนย์ใช้องค์ประกอบการตรวจจับหรือเครื่องตรวจจับเพื่อแสดงตัวแปรที่วัดได้หรือสัญญาณหน้าสัมผัสสัญญาณเตือนจากส่วนกลาง อุปกรณ์ควบคุมแบบรวมศูนย์จัดการแอคทูเอเตอร์ตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ล่วงหน้าโดยการรวมชุดสัญญาณตัวแปรที่วัดได้ ระบบเหล่านี้ประกอบด้วยหน่วยเก็บข้อมูลต่างๆ ระบบตรวจจับสายตรวจ อุปกรณ์แจ้งเตือนสัญญาณ อุปกรณ์ตรวจสอบความปลอดภัย ระบบโทรทัศน์อุตสาหกรรม อุปกรณ์ตรวจสอบระยะไกล และหน่วยควบคุมซีเควนซ์ โดยทั่วไประบบติดตามและควบคุมแบบรวมศูนย์จะแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้

1. อุปกรณ์ตรวจสอบความปลอดภัย: ได้แก่ ระบบตรวจจับและแจ้งเตือนก๊าซที่ติดไฟได้ ระบบตรวจจับและแจ้งเตือนก๊าซพิษ อุปกรณ์ติดตามเปลวไฟ ระบบจุดระเบิดอัตโนมัติ อุปกรณ์ป้องกันความปลอดภัยจากการเผาไหม้ ระบบตรวจจับการรั่วไหลของน้ำมัน และอุปกรณ์ตรวจจับความต้านทานสูง-

2. ระบบโทรทัศน์อุตสาหกรรม: ประกอบด้วยกล้องและอุปกรณ์เสริม (อุปกรณ์ส่องสว่าง อุปกรณ์ล้าง อุปกรณ์ทำความเย็น และแท่นหมุนแบบใช้มอเตอร์) จอแสดงผล และอุปกรณ์เสริม (ผู้ปฏิบัติงาน ผู้จัดจำหน่าย ตัวชดเชย และเครื่องสลับ)

3. อุปกรณ์บ่งชี้และควบคุมระยะไกล (RIC) จะรับสัญญาณตัวแปรอินพุต ข้อมูลการประมวลผล แสดงการแจ้งเตือนด้วยภาพ และสัญญาณควบคุมเอาต์พุตไปยังส่วนควบคุม

4. อุปกรณ์แจ้งเตือนสัญญาณครอบคลุมหลายประเภท เช่น สัญญาณแจ้งเตือนแบบกะพริบ อุปกรณ์เตือนแบบกะพริบอัจฉริยะ และระบบเตือนวงจรรีเลย์

5. อุปกรณ์ควบคุมตามลำดับ ได้แก่ ระบบป้องกันการเชื่อมต่อรีเลย์ อุปกรณ์ตรวจสอบลอจิก ตัวควบคุมลำดับ และตัวควบคุมลำดับอัจฉริยะ

6. อุปกรณ์แจ้งเตือนการเก็บข้อมูลและการตรวจจับลูปประกอบด้วยหน่วยเก็บข้อมูลและเครื่องมือเตือนการตรวจจับลูป

อุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติอื่นๆ

หมวดหมู่นี้ประกอบด้วยแผงหน้าปัดประเภทต่างๆ เป็นหลัก (ประเภทช่อง- ประเภทตู้- ประเภทเฟรม- ประเภทแผง-) กรอบอุปกรณ์ คอนโซลควบคุมเครื่อง กล่องหุ้มฉนวน (ป้องกัน) กล่องจ่ายไฟ ฯลฯ

วัสดุอัตโนมัติ

วัสดุอัตโนมัติหมายถึงส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งเครื่องมือ ครอบคลุมหลายประเภท เช่น ท่อแรงดัน (ท่อเหล็กไร้ตะเข็บ ท่อสแตนเลส ท่อแรงดันสูง-) ท่อจ่ายอากาศ (ท่อเหล็กชุบสังกะสี ท่อทองเหลือง) ท่อสัญญาณนิวแมติก (ท่อทองแดง เคเบิลท่อทองแดง เคเบิลท่อไนลอน การเชื่อมต่อ กล่อง) วัสดุท่อร้อยสายไฟฟ้า (ท่อเหล็กเชื่อม ท่อเหล็กชุบสังกะสี) วาล์ว หน้าแปลน และข้อต่อสำหรับระบบท่อต่างๆ วัสดุอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับระบบอัตโนมัติ (สายเคเบิล สายไฟ กล่องรวมสัญญาณ อุปกรณ์ไฟฟ้าและส่วนประกอบ) ถาดวางสายเคเบิลเครื่องมือ วัสดุเหล็กโครงสร้าง เช่น เหล็กฉากและเหล็กรางน้ำสำหรับผลิตฉากยึดและส่วนรองรับอุปกรณ์เครื่องมือ วัสดุฉนวนติดตามความร้อน และ วัสดุเคลือบป้องกันการกัดกร่อน-