أتمتة العمليات- إشارات التجهيزات الحقلية التمثيلية Process Automation System- Analog electronic Instrumentation Signals

 

أتمتة العمليات- إشارات التجهيزات الحقلية التمثيلية Process Automation System- Analog electronic Instrumentation Signals

1- إشارة التيار التمثيلية :4 to 20 mA analog current signals

تعتبر الإشارات التمثيلية سواء كانت تيار أم جهد تعبير عن القيمة الفيزيائية المقاسة وتشكل إشارة التيار المستمر 4 to 20 ma أشهر هذه الإشارات والتي تتناسب قيمتها مع القيمة المقاسة، عملياً ان قيمة 4ma تعني قيمة 0% من القيمة المقاسة و 20ma تعني 100% من القيمة المقاسة وقيمة تيار بين 4 و20ma تعطي قيمة متناسبة بين 0 و 100%. الجدول التالي يبين العلاقة بين قيمة التيار والنسبة المئوية للقيمة المقاسة:

يحتاج الفني ومهندس التحكم دوماً الى معايرة قيمة التيار والقيمة المقاسة المقابلة لها. فعلى سبيل المثال إذا كان لدينا حساس حرارة ثيرموكبل مجال العمل له بين 50و 250 درجة مئوية يعطي قيمة تيار مقابلة بين 4 و 20ma، تبدأ عملية التقابل من قيمة حساس الحرارة التي يمكن قياسها 50-250 درجة مئوية، بتغير قيمة درجة الحرارة تتغير قيمة الجهد المولدة من حساس الثيرموكبل والتي تتراوح تقريبا بين 2 و 13mv والتي تكون دخل للمرسل Transmitter الذي يعمل على تحويل خرج الثيرموكبل الى قيمة تيار 4-20ma ثم عن طريق المقاومة 250 اوم يتم الحصول على قيمة جهد كهربائي بين 1-5 فولت والتي تغير اتجاه مؤشر المقياس ليدل على القيمة المقابلة للحرارة. يمكن ملاحظة أن مجال خرج كل مرحلة هو مجال دخل للمرحلة اللاحقة لها، وهذا الترتيب لا يحدث بشكل تلقائي انما عن طريق مهندس التجهيزات والتحكم الذي يعمل على مواءمة مجالات كل مرحلة.

 

يمكن أيضاً لإشارة التيار أن تستخدم كإشارة تحكم بالخرج أيضاً كالتحكم بمقدار فتحة صمام والتحكم بسرعة محرك وهنا أيضاً قيمة 4ma وقيمة 20ma تعبر عن المجال المراد التحكم به وتختلف من حالة الى أخرى.

 الشكل التالي يبين دورة التحكم والقياس من خلال إشارة التيار 4-20ma

بالنظر الى الشكل السابق فان العلاقة بين قيمة الدخل PV واشارة الخرج MV تعتمد على خوارزمية البرمجة المخزنة ضمن المتحكم والتي تتأثر بمقدار تغير استجابة منظومة التحكم Process لقيمة إشارة الخرج. فعلى سبيل المثال إذا كانت القيمة الواردة من الحساس تعبر عن قيمة سرعة وهي PV=4-20ma فان قيمة الخرج MV=4-20ma تعتمد على قيمة السرعة المطلوبة والمضبوطة مسبقا ضمن المتحكم. فاذا كانت قيمة إشارة السرعة المقروءةPV أعلى من القيمة المطلوبة فان إشارة الخرج تعطي إشارة خرج MV أقل من القيمة السابقة من أجل تقليل السرعة وهكذا حتى الوصول الى القيمة المطلوبة.

ان العلاقة بين مجال قياس إشارة التيار ومجال القيمة الفيزيائية المقاسة خطي بشكل كامل، فاذا افترضنا أن مجال القيمة المقاسة تم تقييسيه من 0-100% وقيمة التيار المقابلة لها بشكل خطي هي 4-20ma فان العلاقة تكون بينهما كما في الشكل التالي:

ان الشكل التالي يحقق المعادلة التالية:  Y=mX+b حيث

y: تمثل قيمة الخرج الواردة من الحساس.      X: تمثل القيمة الفيزيائية الواردة الى الحساس.

m: تمثل قيمة الميل.                         b: تمثل الانزياح الصفري من مجال قراءة الحساس.

ان هذا الأمر ضروري من أجل مقارنة ومعرقة وضبط قراءة الحساس ومقارنتها مع قيمة التيار المقروءة وكذلك لمقارنة قيمة التيار الصادرة الى الصمام ومقارنتها مع مقدار فتحة الصمام.

لحل هذه المعادلة يجب تحديد قيمة m, b. من الشكل السابق يظهر

لحساب قيمة b يمكن تعويض أي قيمة ل x ومقابلها y نجد

وبالتالي تصبح المعادلة

فاذا افترضنا أن القيمة المقيًسة الواردة من الحساس 34.7% فان قيمة التيار المقاسة المقابلة y=9.552ma 

- مثال آخر نستخدم به مبدل تيار الى ضغط I/P transducer يكون دخل هذا المبدل إشارة تيار بين 4-20ma واشارة الخرج بين 15 to 3 PSI بشكل معكوس، بحيث عندما ترد إشارة تيار ذات قيمة 4ma فان خرج هذا المبدل 15PSI وهكذا.  فاذا كانت قيمة خرج هذا المبدل 12.7PSI فما هي قيمة تيار الدخل؟

إذا أردنا رسم العلاقة بين الضغط والتيار في هذه الحالة يكون لدينا الشكل التالي

وتكون عندها المعادلة لها الشكل التالي

عند حل هذه المعادلة نجد أن قيمة b=24، وبالتالي تصبح المعادلة لها الشكل التالي

وبالتالي عند قيمة ضغط x=12.7 PSI  تكون قيمة التيار y=7.07ma.