Készítette: Dr. Füvesi Viktor

Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2015. 2.

1. Előadás DCS, FCS Ajtonyi I.: Automatizálási és kommunikációs rendszerek, egyetemi tankönyv. Miskolci Egyetemi Kiadó 2003., ISBN 963 661 546 2 PLC Hodossy László: Programozott vezérlések I., 2006

o Hálózati eszközök (kis magyarázat az első óra végéhez) o Jel típusok o Távadók o Hőmérséklet mérés

o Nyomás mérés

o Repeater

o Hub

o Switch

o Bridge

o Router

o Gateway

Nyomtató Kliens Kliens Vékony ethernet Jelismétlő Vékony ethernet

Kliens Kliens

o Jellemzők: • Jelerősítő funkciót lát el • Nem végez hálózati menedzselést • Nincs protokoll átalakítási funkció • Nincs útvonalválasztás

A szervertől küldött adatcsomag eljut az összes klienshez a hub-on keresztül.

o Jellemzők: • Jelismétlő csillag topológiában • Broadcast-ot támogató eszköz, ahol egyik ad többi vesz • Nincs protokoll átalakítási funkció • Nincs útvonalválasztás

A szervertől küldött adatcsomag csak a megcélzott eszközhöz jut el.

o Jellemzők: • Elektromos kapcsolóelem • Ugyanabban a csillag vagy busz topológiában több switch is helyet kaphat • Menedzselhető • Leváltották a hubokat • Címek alapján hozza meg a döntést

Különböző csillag topológiájú szegmensek intelligens, programozható hálózati eszköze. o Feladatai: • Tanulás • Adatáramlás biztosítása • Konfigurációs lehetőség biztosítása • Szűrés – külső betörések elleni védelem • Más protokollt használó rendszerekkel is képes kommunikálni

D

„A” szegmens

E

C F

G

H

I

J o Feladatai: K • Redundancia biztosítása  A Szegm. – C – F – G – H – I – B Szegm.  Valós utak: CD; CF; CJ  Hibás út pl.:CL • útvonalválasztás • Előre programozott útvonalak kiválasztása • Bizonyos mennyiségű információ tárolására képes • Programozható • Különböző OS-ek kezelése • Menedzsment

L

„B” szegmens

o Feladatai és tulajdonságai: • Programozható • Különböző OS-ek futtathat • Különböző protokollok kezelése • Nagyobb számítógépes hálózatok összekapcsolása

Ethernet HART

Jel: valamely fizikai mennyiség (jelhordozó) egy jellemző értékének alakulása (többnyire időbeli változása).

A jelhordozó típusa lehet: • • • •

elektromos, pneumatikus, fény, stb.

A jelhordozó lehet a jel • nagysága, • frekvenciája, • fázisa, • stb. A jel által átvitt információ és a jellemző érték kapcsolatát a kódolás szabja meg. kódolás dekódolás jel kód jel (vagy információ)

A jelek csoportosítása: • analóg • digitális

AMPL. \ IDŐ

FOLYTONOS

DISZKRÉT

FOLYTONOS

T0

DISZKRÉT

T0

1

1

0

0

BINÁRIS

T0

Mérő-átalakító (érzékelő, szenzor):

A nem villamos mennyiséget érzékelve azzal arányos jelet állít elő. • mérendő jel

fizikai mennyiség

Pl.: p - I

Jelváltó: Egy fizikai mennyiséget azonos tipusú mennyiséggé alkít. • fizikai mennyiség

azonos típusú fizikai mennyiség

Pl.: erősítő, transzformátor, fogaskerék, stb.

A távadó feladata, hogy vagy a vizsgált folyamat jellemzőinek egy folytonos jeltartományát érzékeljék és feldolgozható folytonos jeltartománnyá alakítsák át, vagy kétállapotú logikai jel formájában információt közöljenek a berendezés állapotáról, helyzetéről, illetve a technológia folyamatjellemzőinek értékéről.

Analóg 4-20 mA

Jelfeldolgozó egység

Digitális digitális kommunikáció

Többparaméteres digitális kommunikáció

Kommunikációs e.

Kommunikációs e.

Mikroprocesszor

Mikroprocesszor

A/D átalakító

A/D átalakító

Jelfeldolgozó egység

AMUX

érzékelő

Érzékelő

Jelfeld. e.

Jelfeld. e.

Jelfeld. e.

Érzékelő

Érzékelő

Érzékelő

 „C” generáció • Analóg működésű, szabványos (0/4-20mA, 0/2-10V) analóg áramjelű, vagy feszültségjelű távadók, végrehajtók. • Legelterjedtebb megoldás.  „D” generáció • Digitális működésű, egyen analógjelre ültetett frekvenciamodulált analógjelű (smart) távadók, végrehajtók. A szabványos egyen analógjel egy-, a frekvenciamodulált analógjel kétirányú.

±0.5mA  „E” generáció • Olyan digitális távadók, végrehajtók, amelyek jelei digitális terepi buszon közlekednek. A terepi buszon kétirányú a kapcsolat, az eszköz nem csak alapfeladatát látja el, hanem automatikusan vagy lekérdezésre az állapotáról is küld információt.

 4 vezetékes • Legelterjedtebb megoldás. • 24 Vdc v. 230 Vac távadó • 24 Vdc irányító berendezés

 3 vezetékes • Közös 24 Vdc tápellátás • Közös COM

 2 vezetékes • Irányító berendezés sorba van kötve a távadóval

elektromos áram

• 4 - 20 mA • 0 - 20 mA • 0 - 5 mA feszültség • 0 - 10 V • 0-5V

pneumatikus • 0.2 - 1 bar (3 - 15 PSI)

(digitális soros • RS-232 • RS-422 párhuzamos • IEEE-488)

 Pontosság • abszolút • relatív  Hibák: • linearitás • offszet • erősítés • nulla  Tápegység • teljesítmény felvétel • érzékenység • disszipáció

 Méréstartomány • fix • változtatható • konfigurálható  Ismétlőképesség  Érzékenység  Hőmérséklet tartomány • működési • tárolási

 Pontosság  Megbízhatóság  Ár  Gyorsaság  Méréstartomány  Alkalmazási körülmények

 Mechanikai Pozíció Sebesség Gyorsulás Erő Stressz, nyomás Nyúlás Tömeg, sűrűség Nyomaték Áramlás, áramlási sebesség Alak, érdesség, orientáció Merevség Viszkozitás Hullám terjedés

 Villamos

 Kémiai – fizikai kémiai

Töltés, áram Feszültség Vezetőképesség Amplitúdó, fázis

Koncentráció pH Összetétel

 Mágneses

 Hőmérsékleti

Mágneses mező Mágneses fluxus Permeabilitás

Hőmérséklet Hővezetés

 Radioaktív Energia Intenzitás Emisszió Reflexió Transzmisszió

Érzékelt paraméter elmozdulás nyomás áramlás tömeg, erő vegyi összetétel szint hőmérséklet nedvesség, páratartalom egyéb

% 20-28 15-20 5-15 20 17 7 6-10 2-3 2-8 Hőmérséklet Áramlás Nyomás Szint Mennyiség (tömeg, térfogat) Idő Egyebek sűrűség, nedvesség, stb.

50% 15% 10% 6% 5% 4% 6%

Mért folyamatváltozó hőmérséklet

nyomás

áramlás

Mérőberendezés ellenállás hőmérő hőelem folyadék, nyomásos hőmérők bimetál optikai pirométerek oszcilláló kvarc kristály manométer Bourdon-csöves manométer szilfon-csöves (Barton cella) nyomásmérő bélyegek mérőperem Venturi cső turbinás elektromágneses (indukciós) örvényszórásos ultrahangos rotaméter hővezető-képesség mérésen alapuló

Mért folyamatváltozó szintmérők

összetétel

Mérőberendezés lebegő úszós merülő úszós differenciál nyomás elvén alapuló hidrosztatikus kapacitás mérésen alapuló ultrahangos gammasugaras gáz-, folyadék kromatográf pH mérők vezetőképesség mérő törésmutató mérő

A mérések alapja

Hőmérsékleti skála

1064,43C – Arany dermedéspontja 0,01C – Víz hármaspontja

-218,789 C – Oxigén hármaspontja -182,962 C – Oxigén forráspontja -259,34 C – Hidrogén hármaspontja

231,9681C – Ón olvadáspontja

1539 C – Vas olvadáspontja (pontatlan) 1773 C – Platina olvadáspontja

Platina ellenállás-hőmérő

IEC 751 alapján Platina használatának okai:  Kémia ellenálló-képesség  Hőmérséklet állandója kellően nagy ahhoz, hogy mérhető ellenállás változás produkáljon a hőmérséklet változásával  Megmunkálás nem befolyásolja a próbatest ellenállását  Közel lineáris összefüggés a hőmérséklet és a ellenállás között

Rt = Ro [1 + At + Bt2 + C(t -100 oC) t3]

α

=

(R100 - Ro) 100 · Ro

értéke 0,00385 oC-1,

A = 3,9083 ·10-3 oC-1 B = - 5,775 ·10-7 oC-2 C = - 4,183 ·10-12 oC-4 R100 az ellenállás 100 oC -on, Ro az ellenállás 0 oC -on.

Számításoknál használjuk a pontos értéket: 0,00385055 oC-1

 Az ellenálláson átfolyó áram és a kapcsain észlelhető feszültségesés mérése (Volt-Amper mérés).

 Az ellenállás mérésére szolgáló mérőhidak használatával

 Ohmmérők ellenállásméréshez kidolgozott olyan kapcsolások, amelyekkel az ismeretlen ellenállás értéke közvetlenül a műszerről leolvasható.

 Az ellenálláson átfolyó áram és a kapcsain észlelhető feszültségesés mérése (Volt-Amper mérés).

Rt 

U 1  I 1 U / I Ru

 Az ellenállás mérésére szolgáló mérőhidak használatával

 Rt mérendő  Minden ellenállás ismert  Egyenfeszültség megtáplálás  DB pontok egyen potenciálon  G zérust mutat

Rt  RN

Rt  RN 

R1 R2

R1  2 Rv R2

 Híd kiegyenlített  Rv mérési hibát okot • vezetékek melegedése

 Az ellenállás mérésére szolgáló mérőhidak használatával – hőmérséklet kompenzálás

R1 R2  Rt  Rv RN  Rv

Rt  RN

R  R1  Rv  1  1 R2  R2 

 Rv kiesik, ha R1 és R2 egyenlő (arányellenállások)  Bekötésnél Rt és RN soros kapcsolásban

 Az ellenállás mérésére szolgáló mérőhidak használatával

 A feszültségérzékelő kapcsokon nagy belső ellenállású (Rbe107) műszerrel mérjük az Rt ellenálláson eső feszültséget.  Rv3 és Rv4 vezeték-ellenállások nem okoznak feszültségmérési hibát, mivel a rajtuk folyó áram rendkívül kicsi nA-A nagyságrendű.  Rv1 és Rv2-n eső feszültséget pedig nem mérjük, mivel a feszültségérzékelő kapcsok közvetlenül az Rt-n vannak elhelyezve.  Az Rv ellenállások értékeinek eltérése a mérés pontosságát nem befolyásolja.

 Ohmmérők ellenállásméréshez kidolgozott olyan kapcsolások, amelyekkel az ismeretlen ellenállás értéke közvetlenül a műszerről leolvasható.

Folyó áram:

U I Rb  Rt

Műszer kitérés:   kI 

Soros ohmmérő kapcsolás (állandómágneses műszer)

kU Rb  Rt

k: műszerállandó

U áll. és Rb áll.

α = f(Rt)

 Hőelem hatás – Seeback effektus Két különböző vezetőből álló áramkörben hőelektromotoros feszültség jelenik meg, ha a vezetők illesztései különböző hőmérsékleteken vannak. Hőmérséklet növekedésével különbözőképpen nő a két anyagban töltéshordozók

mozgékonysága.

Melegebből

töltéshordozók

vándorolnak a hidegebb felé.  Peltier hatás Ha a hőelemen áram folyik, hőátvitel következik be a melegebb

illesztéstől a hidegebb felé.

TC

 Csatlakoztatás  Hidegpont kompenzáció  Kompenzációs vezeték

Hidegpont termosztát

TC Ua TM

TV Ua ~ TM - TV

Cu

Jel B

Összetétel Platina-30% -Platina-6% Ródium

Hőmérséklet tartomány 0°C ... 590°C 600°C ... 1190°C 1200°C ... 1810°C

E

Chromega® - Konstantán

-260°C ... 340°C 350°C ... 990°C

J

Vas - Konstantán

-200°C ... 490°C 500°C ... 1190°C

K

Chromega® - Alomega®

-260°C ... 290°C 300°C ... 840°C 850°C ... 1370°C

N R

Nikkel króm ezüst ötv. - Nikkel ezüst ötv.

-260°C ... 490°C

Platina-13% Ródium - Platina

-40°C ... 540°C

500°C ... 1290°C 550°C ... 1140°C 1150°C ... 1760°C

S

Platina-10% Ródium - Platina

-40°C ... 540°C 550°C ... 1140°C 1150°C ... 1760°C

T

Réz - Konstantán

-260°C ... 390°C

SITRANS TR200 DIN rail változat  Méréstartomány RTD: -200 °C…850 °C, Hőelem: -200 °C…1820 °C mV: -1…+1000,  Érzékelő

RTD vagy hőelem  Kimenet 4-20 mA (Zöld/piros LED)  Hidegpont kompenzáció

0, 20, 50, 60, 70 °C  Pontosság tip. 0,25 %  Alkalmazási terület Univerzális alkalmazás

SITRANS TR300 DIN rail változat  Méréstartomány RTD: -200 °C…850 °C, Hőelem: -200 °C…1820 °C mV: -1…+1000,  Érzékelő

RTD vagy hőelem  Kimenet 4-20 mA (Zöld/piros LED), HART  Hidegpont kompenzáció

0, 20, 50, 60, 70 °C  Pontosság tip. 0,25 %  Alkalmazási terület Univerzális alkalmazás

 Méréstartomány RTD: -200 °C…850 °C, Hőelem: -200 °C…1820 °C mV: -1…+1000, A/mA: -12 A…1000 mA  Érzékelő RTD PT100 (IEC 60751)

SITRANS TH TH100 – RTD érzékelőhöz

 Mérés Két, három vagy négyvezetékes RTD csatlakoztatással  Kimenet 4-20 mA kétvezetékes kimenet  Pontosság tip. 0,1%  Alkalmazási terület távadó – Zone2, Zone1,

érzékelő – Zone2, Zone1, Zone0  Robbanás védett kivitel II 1G EEx ia IIC T6/T4, PTB 05 ATEX 2049X

 Méréstartomány érzékelőtől függő

SITRANS TH TH200/TH300

 Érzékelő RTD: Pt25, Pt50, Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000

TC: B, C, D, E, J, K, L, N, R, S, T, U  Mérés RTD 2, 3, 4 vezetékes, hőelem, mV mérés  Kimenet 4-20 mA kétvezetékes kimenet, (TH300 – HART)  Pontosság tip. 0,1%,  Alkalmazási terület távadó – Zone2, Zone1,

érzékelő – Zone2, Zone1, Zone0  Robbanás védett kivitel II 1G EEx ia IIC T6/T4, PTB 05 ATEX 2040X, II 2G EEx ia/ib IIC T6/T4

Két különböző hőtágulási együtthatóval rendelkező fém összefogva (pl. acél/réz) Alkalmazás: általában védelemként (pl. túlmelegedés ellen)

Legfontosabb jellemzők  Mértékegységek Pa=N/m2, 1 bar=105 Pa, psi – pound/inch2, 14,5 psi=1 bar Pa, MPa, Kpa, bar, torr, atm, psi, g/cm2, inH2O, mmH2O, ftH2O, inHg, mmHg  Nyomás, nyomáskülönbség, vákuum relatív – gauge és abszolút nyomástávadók  Közvetlen nyomásmérők (múlt és jelen) U csöves manométer, ferdecsöves manométer merülőharangos, billenőgyűrűs, dugattyús  Indirekt nyomásmérők (távadó alapelvek) Bourdon csöves, csőmembrános, diafragma típusú mérőeszközök

Távadók, átalakítók  Kapacitív nyomástávadó Egy elektródás, két elektródás  Induktív nyomástávadó Linear Variable Differential Transducer

 Rezisztív típusú nyomástávadó Nyúlásmérő bélyeges, piezorezisztív  Nyomáskülönbség mérők Felépítés, jellemzők  Nyomás és nyomáskülönbség mérők beépítési lehetőségei Gőz, gáz és folyadék mérése, csaptelepek használata

Átszámítási táblázat

Siemens DS III érzékelő Si membrán

Piezorezisztív érzékelő

P Tartó cső Si hordozó

Hőmérséklet érzékelő

Piezorezisztivitásnak nevezzük azt a jelenséget, amikor a vezető vagy félvezető anyag mechanikai deformációk hatására megváltoztatja elektromos ellenállását.

érzékelő

_

elválasztó membrán

+

membrán

dP 0…100%

túlterhelés

elválasztó membrán

P+

mérő membrán

érzékelő

P-

P

Kompakt sorozat

P200 sorozat

DP250

DS III sorozat

P280 sorozat

P300 sorozat

SITRANS P200  Méréstartomány 1…60 bar relatív, 1…16 bar abszolút nyomás  Érzékelő P<1bar: piezorezisztív (SS membrán) P>1 bar: vékonyréteg nyúlásmérő bélyeg (SS membrán)  Kimenet 4-20 mA, két vezetékes, vagy 0-10 V, 3 vezetékes (7 mA)  Pontosság

tip. 0,25 %, max. 0,5 %  Alkalmazási terület energiaipar, gépgyártás, vegyipar, vízművek, hajóipar  Robbanásvédett kivitel

EX II 1/2 G EEx ia IIC T4  Feléledési idő (response time) < 0,005 s

SITRANS P210  Méréstartomány 100…600 mbar relatív nyomás  Érzékelő piezorezisztív (SS membrán)  Kimenet 4-20 mA, két vezetékes, vagy 0-10 V, 3 vezetékes  Pontosság tip. 0,25 %, max. 0,5 %  Alkalmazási terület energiaipar, gépgyártás, vegyipar, vízművek, hajóipar  Technológiai csatlakozás

G½” male, ¼”-18 NPT male (female), M20x1,5 male, special version

 Méréstartomány

SITRANS P220

2,5…600 bar relatív nyomás

 Kimenet 4-20 mA, két vezetékes, vagy 0-10 V, 3 vezetékes  Pontosság tip. 0,25 %, max. 0,5 %

 Alkalmazási terület energiaipar, gépgyártás, vegyipar, vízművek, hajóipar  Robbanás védett kivitel EX II 1/2 G EEx ia IIC T4

 Méréstartomány

SITRANS P250

0…100 mbar (0-40 inchH2O) …. 0-25 bar (0-363 psi)  Érzékelő

piezorezisztív (kerámia diafragma), 1.4305 acél membránnal  Kimenet 4-20 mA két vezetékes, 0-5 V, 0-10 V feszültség kimenet (< 5 mA)  Pontosság

 1%  Alkalmazási terület folyadékok és (természetes) gázok mérése, Gyártásautomatizálás, épület automatika, vízipar  Robbanás védett kivitel EX II 1/2 G EEx d IIC T4/T6, PTB 99 ATEX 1160 EX II 1/2 G EEx ia/ib IIC T4/T6, PTB 98 ATEX 2003

Alkalmazás: szűrő eltömődés figyelése szivattyú üzem figyelése

SITRANS P250

MPS Series  Méréstartomány 0-2 … 0-20 mH2O,  Érzékelő piezorezisztív, SS membránnal  Kimenet 4-20 mA  Pontosság tip.  0,3 %

 Alkalmazási terület olaj és gázipar, hajóipar, vízművek (ivóvizes engedély, OTH engedély)  Robbanásvédett kivitel

EX II 1 G EEx ia IIC T4  Védettség IP68

Compact Sorozat  Méréstartomány 0…160 mbar… 0…40 bar relatív és abszolút nyomás

 Érzékelő piezorezisztív, SS membránnal, vákuum védett  Kimenet 4-20 mA két vezetékes, 0-20 mA három vezetékes  Pontosság tip. 0,2 %  Alkalmazási terület élelmiszeripar, gyógyszeripar, biotechnológia (higiéniai követelményeknek megfelelő)

 Robbanás védett kivitel EX II 2G EEx ib IIC T6

Lehetőségek  Technológia: max. 200 °C  Mérőrendszer vákuum védett  IP65 védettség  Beszerelés: bármilyen helyzetű lehet

P300 Series  Méréstartomány

4…400 bar (OR: 600) relatív nyomás, 1…30 bar (100 bar) abszolút nyomás

SITRANS P500  Alkalmazási terület: nyomáskülönbség, áramlás

szintmérés.  Méréstartomány 1,25…250 – 6,25…1250 mbar, Pstat: 160 bar  Egyéb jellemzők A DSIII adataival megegyező

Felhasználási terület

 Hőmérséklet magasabb, mint a távadó specifikációja  A közeg korrozív  A közeg viszkozitása, vagy a szilárd anyag tartalma magas  A közeg pulzál  A közeg polimerizálódik, vagy kristályosodik mérés közben  A folyamat érdekében tisztán kell tartani az érzékelési helyet (gyógyszeripar)

 Relatív nyomás

MK II, P300, DS III, DS III PA  Abszolút nyomás

P300, DS III, DS III PA, DS IIFF  Nyomáskülönbség és áramlás

DS III, DS III PA, DS IIFF

gáz, gőz folyadék

dp folyadék