الزامات برق برای یک کنترل کننده نشانگر سطح چیست؟ راهنمای مشخصات صنعتی

مهندسان کارخانه و تیم‌های تدارکات معمولاً هنگام تعیین کنترل‌کننده‌های نشان‌دهنده سطح، نیازهای برق را نادیده می‌گیرند. این دستگاه‌ها نمایش سطح محلی، ورودی اندازه‌گیری و منطق کنترل را برای خودکارسازی توالی‌های پر کردن و تخلیه مخزن برای مایعات، پودرها و جامدات دانه‌ای ترکیب می‌کنند. منبع تغذیه را اشتباه بگیرید و با خواندن ناپایدار، خطاهای متناوب هشدار یا خرابی سخت افزاری زودرس مواجه می شوید. بسیاری از پروژه‌ها با تأخیر در راه‌اندازی صرفاً به این دلیل که بودجه برق و توپولوژی سیم‌کشی در مراحل اولیه انتخاب بررسی نشدند.

الفکنترل کننده نشان دهنده سطحسیگنال‌های ورودی را از حسگرهای سطح می‌خواند، سطح مخزن را به صورت محلی نشان می‌دهد و رله‌ها را برای کارکرد دریچه‌ها، پمپ‌ها یا آلارم‌های هشدار راه‌اندازی می‌کند. مصرف انرژی هسته به شدت به فناوری حسگر متصل، ویژگی‌های داخلی، محیط عملیاتی و معماری سیم‌کشی بستگی دارد (تغذیه‌ی 2 سیمی در مقابل منبع مستقل 4 سیمی).

توپولوژی سیم‌کشی هسته: کنترل‌کننده‌های 2 سیمی در مقابل 4 سیم

دارای حلقه 2 سیمی (4-20 میلی آمپر)

برق حلقه دو سیم رایج ترین راه اندازی در کارخانه های فرآیندی است. کنترلر و فرستنده برق DC یکسانی را روی کابل سیگنال به اشتراک می گذارند. نصب این پیکربندی ساده است و از سیم کشی میدانی کمتری استفاده می کند. اکثر سیستم های 2 سیم با ولتاژ 12 تا 28 ولت DC کار می کنند که استاندارد صنعت 24 ولت DC است.

محدودیت سختی برای توان در دسترس در طرح های لوپ وجود دارد. جریان کل در یک حلقه 4 تا 20 میلی آمپر نمی تواند از 20 میلی آمپر تجاوز کند، بنابراین مصرف برق کم می ماند. این واحدها برای نشانگرهای اولیه و آلارم‌های رله ساده به خوبی کار می‌کنند، اما نمی‌توانند از بارهای سنگین مانند صفحه‌نمایش‌های بزرگ با نور پس‌زمینه، ثبت مداوم داده‌ها یا ماژول‌های بی‌سیم پرقدرت پشتیبانی کنند. اگر توابع کمکی زیادی اضافه کنید، ولتاژ حلقه کاهش می یابد و سیستم به طور قابل اعتماد کار نمی کند.

4-سیم برق مستقل

کنترلرهای چهار سیم منبع تغذیه را از سیگنال اندازه گیری جدا می کنند. دو سیم برق اصلی یا DC را ارائه می دهند و دو سیم دیگر سیگنال اندازه گیری 4-20 میلی آمپر را حمل می کنند. این تنظیم قدرت بیشتری را برای نمایشگرهای بزرگتر، ثبت داده ها، مدباس، اترنت، Wi-Fi و خروجی های رله چندگانه می دهد.

مدل های 4 سیم می توانند ورودی 24 ولت DC یا ورودی AC جهانی (85-264 ولت AC) را بپذیرند. این گزینه ترجیحی برای پانل های کنترل مرکزی، کابینت های کنترل مزرعه مخزن و سیستم های اتوماسیون پیچیده است. معاوضه هزینه سیم کشی اضافی و الزامات حفاظتی اضافی در نواحی خطرناک است.

نیازهای برق توسط فناوری سنجش سطح

کنترل کننده های نشان دهنده سطح اولتراسونیک

کنترل‌کننده‌های اولتراسونیک پالس‌های صوتی را به سمت سطح مواد ارسال می‌کنند و فاصله را بر اساس زمان بازگشت اکو محاسبه می‌کنند. اکثر سیستم های اولتراسونیک با ولتاژ 12-24 ولت DC کار می کنند. بسیاری از واحدهای جمع و جور که در میدان نصب می شوند، با توان کم به خوبی کار می کنند، و آنها را برای مکان های راه دور که با پنل های خورشیدی و بانک های باتری قابل شارژ تغذیه می شوند، مناسب می کند.

مصرف برق کم است، زیرا مبدل تنها به‌جای انتقال مداوم، به صورت دوره‌ای پالس می‌کند. نوک های اصلی قدرت در طول انفجار اولتراسونیک و پردازش سیگنال اتفاق می افتد. به خاطر داشته باشید که تراکم سنگین، فوم یا گرد و غبار می تواند بار پردازش سیگنال را اندکی افزایش دهد، اگرچه رتبه بندی توان اسمی به ندرت تغییر می کند. اینها به طور گسترده برای مخازن آب، فاضلاب و مایعات بدون کف استفاده می شود.

کنترل کننده های نشان دهنده سطح رادار

ابزارهای رادار امواج رادیویی با فرکانس بالا را برای اندازه گیری سطح ساطع می کنند. برخلاف واحدهای اولتراسونیک، فرستنده‌های رادار و کنترل‌کننده‌های نشان‌دهنده تطبیق آن‌ها نیاز به توان بالاتری برای تولید سیگنال و پردازش اکو با سرعت بالا دارند. سیستم های راداری پایه FMCW معمولاً از 24 ولت DC در پیکربندی های 4 سیم استفاده می کنند. رادار با کارایی بالا برای شناورهای پرفشار یا بردهای اندازه گیری طولانی ممکن است به 24 تا 48 ولت DC پایدار یا برق AC جهانی نیاز داشته باشد.

فرستنده های رادار 2 سیمی وجود دارند، اما ویژگی های موجود کنترل کننده را محدود می کنند. اگر به صفحه نمایش محلی، رله های متعدد و ارتباط از راه دور نیاز دارید، تقریباً تمام تاسیسات رادار با دقت بالا از برق 4 سیم استفاده می کنند. پردازش سیگنال های رادیویی باعث جذب توان ثابت می شود، بنابراین ریپل منبع تغذیه و افت ولتاژ در طول کابل های بلند باید در طول طراحی به دقت محاسبه شود.

کنترل کننده های نشان دهنده سطح ظرفیت

سیستم‌های خازنی تغییرات ثابت دی الکتریک بین پروب و دیواره رگ را اندازه‌گیری می‌کنند، زیرا ماده عنصر حسگر را می‌پوشاند. وسایل الکترونیکی آنها ساده و کم مصرف است. اکثر کنترل کننده های نشانگر مبتنی بر ظرفیت با ولتاژ 12-24 ولت DC کار می کنند.

آنها برای تاسیسات محکمی که در دسترس بودن نیرو محدود است، مناسب می شوند. مصرف برق ثابت می ماند مگر اینکه پروب برای محیط های با رطوبت بالا یا متراکم شدن نیاز به گرمایش فعال داشته باشد. انواع پروب های گرم شده نیاز به برق را افزایش می دهند و معمولاً به منبع تغذیه اختصاصی 4 سیم نیاز دارند. کنترل کننده های خازنی برای پودرها، جامدات دانه ای و بسیاری از مخازن ذخیره مایع به خوبی کار می کنند.

چگونه ویژگی های Onboard مصرف برق را تغییر می دهد

نمایش محلی و نور پس زمینه

نمایشگرهای سگمنت پایه از حداقل توان استفاده می کنند. صفحه نمایش های تمام رنگی و با نور پس زمینه با روشنایی بالا جریان بیشتری را جذب می کنند. اگر کنترلر شما با انرژی خورشیدی یا باتری کار می کند، از نمایشگرهای با نور زیاد خودداری کنید، مگر اینکه اندازه باتری و آرایه خورشیدی را متناسب با بار افزایش یافته تنظیم کنید. بسیاری از مدل‌ها حالت‌های کم‌نور یا خواب را برای کاهش مصرف برق در دوره‌های بیکاری ارائه می‌کنند.

آلارم ها و خروجی های رله

رله ها سوئیچ های الکترومکانیکی هستند و در صورت روشن شدن نیاز به توان اضافی دارند. آلارم های LED ساده بصری بار بسیار کمی را اضافه می کنند. آژیرهای شنیدنی یا خروجی های بوق جریان بیشتری را جذب می کنند، به خصوص آلارم های مداوم با صدای بلند.

رله های ایمن بیش از حد بحرانی یا توقف پمپ سطح پایین به یک منبع تغذیه پایدار نیاز دارند. در سیستم های مبتنی بر حلقه، شما باید قبل از نهایی کردن طراحی خود، جریان ترکیبی تمام رله ها را محاسبه کنید. بارگذاری بیش از حد حلقه 4 تا 20 میلی آمپر یک اشتباه میدانی رایج است.

ثبت داده ها و ارتباطات

ثبت داده ها از انرژی برای تراشه های حافظه و نمونه برداری مداوم استفاده می کند. تأثیر بیشتر از رابط های ارتباطی حاصل می شود. بلوتوث تقاضای برق کمی دارد. Modbus RS485 بار متوسطی را اضافه می کند. Wi-Fi و Ethernet به طور قابل توجهی انرژی بیشتری مصرف می کنند و تقریباً همیشه به منبع تغذیه 4 سیم نیاز دارند.

برای سایت‌های مخزن از راه دور که از ماژول‌های IoT سلولی استفاده می‌کنند، حداکثر مصرف انرژی در طول انتقال اتفاق می‌افتد. منبع تغذیه و بانک باتری شما باید این نوسانات جریان کوتاه را کنترل کند، نه فقط مصرف متوسط.

عوامل محیطی که نیازهای برق را تغییر می دهند

دمای محیط بر رفتار قطعات الکترونیکی تأثیر می گذارد. در دماهای بسیار پایین، برخی مدارها کمی جریان بیشتری می کشند و نمایشگرهای LCD کند می شوند. کنترل‌کننده‌های درجه‌بندی‌شده برای سرویس سرد ممکن است شامل عناصر گرمایش داخلی باشند که به طور قابل‌توجهی مصرف کل برق را افزایش می‌دهند.

رطوبت بالا، جوهای خورنده و ارتعاش مستقیماً مصرف برق را افزایش نمی دهند، اما حفاظت بهتری از منبع تغذیه را می طلبند. حفاظت از نویز، فیلترهای نویز و ماژول های قدرت ایزوله برای جلوگیری از آسیب ناشی از گذرگاه های الکتریکی در خطوط برق صنعتی ضروری هستند.

برای مناطق طبقه بندی شده مواد منفجره، نیرو باید با استانداردهای ایمنی ذاتی مطابقت داشته باشد. طرح‌های ذاتا ایمن ولتاژ و جریان موجود را محدود می‌کنند، که ویژگی‌هایی را که می‌توانید اضافه کنید محدود می‌کند. شما نمی توانید ارتباطات پرقدرت یا بارهای رله بزرگ را بدون گواهی ایمنی مناسب وصل کنید.

گزینه‌های منبع تغذیه موجود برای کنترل‌کننده‌های نشان‌دهنده سطح

باتری و انرژی خورشیدی برای سایت های از راه دور

برق باتری برای کنترلرهای 2 سیم با کشش کم در مکان‌های بدون برق شبکه کار می‌کند. باتری های قابل شارژ جفت شده با پنل های خورشیدی کوچک یک راه حل استاندارد برای مخازن چاه از راه دور، ذخیره آب روستایی و سطل های فله خارج از شبکه هستند.

همیشه باتری را برای بدترین فصل، مانند ساعات کوتاه روز در زمستان، اندازه بگیرید. در صورت استفاده از انتقال داده بی‌سیم، ترسیم خط پایه کنترل‌کننده به‌علاوه جهش‌های انتقال دوره‌ای را در نظر بگیرید.

آداپتورهای برق DC و منابع DC صنعتی

منبع تغذیه صنعتی 24 ولت DC رایج ترین انتخاب برای کنترلرهای نصب شده روی پنل است. این واحدها ولتاژ DC تمیز و تنظیم شده را با حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه ارائه می دهند. از آداپتورهای ارزان قیمت مصرف کننده خودداری کنید. منبع تغذیه صنعتی نوسانات ولتاژ و نویز الکتریکی را در کف کارخانه کنترل می کند.

برق AC جهانی

ورودی AC جهانی (85-264 V AC) برای کنترلرهای 4 سیمی نصب شده در کابینت معمولی است. این گزینه زمانی مناسب است که برق را در نزدیکی کنترل پنل دارید. این به طور گسترده در کارخانه های تصفیه آب، ساختمان های پردازش شیمیایی و اتاق های کنترل مزرعه مخازن دائمی استفاده می شود.

ملاحظات قدرت برای مانیتورهای سمت مخزن

مانیتورهای سمت مخزن اغلب با کنترل‌کننده‌های نشان‌دهنده سطح جفت می‌شوند تا خوانش‌های سطح را درست در کنار کشتی نشان دهند. برای کسب اطلاعات بیشتر از این صفحه دیدن کنید: /display-controller/tank-side-monitor.html. نمایشگرهای سمت مخزن معمولاً با ولتاژ 12 تا 24 ولت DC کار می‌کنند و مانند کنترل‌کننده‌های اصلی نشان‌دهنده توان مصرفی کمی دارند.

هنگامی که چندین نمایشگر سمت مخزن را زنجیره ای می زنید، جریان کل اضافه می شود. منبع تغذیه اصلی باید بار ترکیبی کنترلر به علاوه تمام مانیتورهای کنار مخزن از راه دور را پشتیبانی کند. کابل کشی طولانی همچنین باعث افت ولتاژ می شود که باید آن را محاسبه کنید تا هر نمایشگر در ولتاژ کاری نامی خود بماند.

مسائل میدانی رایج مرتبط با قدرت

منابع تغذیه کم حجم و افت بیش از حد ولتاژ روی کابل‌های طولانی، خوانش‌های ناپایدار ایجاد می‌کنند. هنگامی که ولتاژ از حداقل آستانه عملیاتی کنترلر پایین می آید، واحد می تواند به طور تصادفی تنظیم مجدد شود یا مقادیر سطح نامنظم را نشان دهد.

نویز الکتریکی از موتورهای مجاور و درایوهای فرکانس متغیر می تواند با منابع DC ولتاژ پایین تداخل ایجاد کند. در این محیط ها از کابل شیلددار، اتصال زمین مناسب و منبع تغذیه ایزوله استفاده کنید.

یکی دیگر از خطاهای متداول، تلاش برای جا دادن ویژگی‌های پرمصرف مانند Wi-Fi یا چندین رله سنگین روی یک کنترلر 2 سیمه است. حلقه نمی تواند جریان کافی را ارائه دهد، که منجر به خطاهای متناوب می شود که عیب یابی آنها دشوار است.

چک لیست انتخاب برای نیازهای برق

توپولوژی سیم کشی را تأیید کنید: منبع تغذیه 2 سیمی یا 4 سیمی مستقل.

فناوری سنسور سطح متصل و رتبه قدرت آن را شناسایی کنید.

لیست تمام ویژگی های مورد نیاز: نوع نمایش، رله، ورود به سیستم، پروتکل های ارتباطی.

طول کابل را اندازه بگیرید و افت ولتاژ را در سیم کشی میدان محاسبه کنید.

دمای محیط را بررسی کنید؛ تعیین کنید که آیا گرمایش داخلی مورد نیاز است یا خیر.

طبقه بندی مناطق خطرناک و محدودیت های ایمنی ذاتی را بررسی کنید.

منبع برق موجود در سایت را تأیید کنید: خورشیدی/باتری، 24 ولت DC، یا شبکه AC.

نتیجه گیری

برق مورد نیاز برای کنترل کننده نشان دهنده سطحیک اندازه برای همه نیستند. متغیرهای کلیدی عبارتند از معماری 2 سیم در مقابل 4 سیم، فناوری سنجش، عملکردهای اختیاری و شرایط عملیاتی سایت. سیستم‌های اولتراسونیک و ظرفیت خازنی معمولاً با توان کم 12 تا 24 ولت DC کار می‌کنند. رادار و کنترلرهای دارای بی سیم، ثبت داده یا رله های چندگانه معمولاً به منبع تغذیه 4 سیم با ظرفیت توان بالاتر نیاز دارند.

سایت‌های خارج از شبکه از راه دور می‌توانند از راه‌اندازی‌های خورشیدی و باتری استفاده کنند، در حالی که تأسیسات اتاق کنترل معمولاً از منابع 24 ولت DC تنظیم‌شده یا منابع AC جهانی استفاده می‌کنند. بسیاری از خطاهای راه اندازی قابل اجتناب ناشی از نادیده گرفتن بودجه برق و محاسبات افت ولتاژ قبل از خرید است.

اگر برای کاربرد مخزن خود یک کنترل کننده نشان دهنده سطح مشخص می کنید، نوع سنسور، خروجی های مورد نیاز، طول کابل و توان سایت موجود را به اشتراک بگذارید. تیم مهندسی ما می‌تواند بودجه برق را تأیید کند و پیکربندی صحیح کنترلر و منبع تغذیه را توصیه کند. برای پشتیبانی فنی و کمک در انتخاب محصول در هر زمان تماس بگیرید.

مراجع

• IEC 60546-1، کنترل کننده های اندازه گیری و کنترل فرآیندهای صنعتی - روش های تست عملکرد
• ANSI/ISA-50.00.01، سازگاری سیگنال های آنالوگ برای ابزارهای فرآیند الکترونیکی صنعتی
• IEC 60654-2، تجهیزات اندازه گیری و کنترل فرآیندهای صنعتی - شرایط عملیاتی، منبع تغذیه
• راهنمای عملیات سازنده برای کنترل کننده های نشانگر سطح و فرستنده های سطح
• ISA عملی را برای توزیع توان و سیم کشی در سیستم های اندازه گیری فرآیند توصیه می کند