Что такое опциональные платы SFC3000?
Шасси вычислителя расхода комплектуется сменными платами, подобранными под конкретную задачу. Эти платы делятся на две основные группы: платы ввода/вывода линии, которые читают сигналы измерительной линии с объекта и выдают командные сигналы, и платы связи, которые подключают прибор к системам верхнего уровня, к принтеру и к другим средствам измерений.
Каждая плата имеет собственный 32-разрядный процессор и выполняет функции измерения, связи и ввода/вывода на самой плате. Благодаря такой распределённой структуре нагрузка на центральный процессор не растёт пропорционально числу линий. В шасси размещается до шести пользовательских плат; поскольку при коммерческом учёте на каждую линию приходится одна плата линии, распределение плат планируют в начале проекта.
Платы подбирают не только по текущему перечню сигналов, но и с учётом клапанов, аварийных сигналов и каналов связи, которые появятся позже. Например, работа с поверочной установкой требует множества сигналов от клапанов — в этом случае выбирают коммутационную плату линии с повышенной ёмкостью дискретного ввода/вывода.
Роль плат в составе системы
Платы образуют интерфейс между объектом и расчётом:
1. Чтение сигналов: Импульсные и частотные входы читают сигналы счётчика, контуры HART (Highway Addressable Remote Transducer) и аналоговые входы — давление, температуру и перепад давления, вход ТС — термопреобразователь сопротивления.
2. Обмен с приборами по последовательному каналу: Последовательный порт платы линии устанавливает обмен Modbus в режиме ведущего и ведомого устройства с ультразвуковыми и кориолисовыми счётчиками, хроматографами, влагомерами и энкодерами турбинных счётчиков.
3. Командные и телеметрические выходы: Дискретные выходы используются для аварийных сигналов, телеметрии и команд клапанам; аналоговые выходы — для телеметрии или ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциального).
4. Подключение верхнего уровня: Платы связи через последовательные порты и Ethernet подключаются к системам SCADA, РСУ (DCS) и контроллерам телемеханики (RTU), к сетевому принтеру и к другим вычислителям расхода.
Платы ввода/вывода линии
Доступны четыре варианта плат линии. Дискретная плата линии (3000-314) — базовая плата для линий с преобладанием импульсных сигналов; дискретная плата на две линии (3000-319) даёт больше дискретных и аналоговых выходов; аналоговая плата линии (3000-316) предназначена для линий, где нужны входы 4–20 мА; коммутационная плата линии (3000-317) даёт конфигурируемые каналы для применений с большим числом клапанов и сигналов состояния. Число импульсных (частотных) входов у всех четырёх плат равно трём; различия проявляются в количестве контуров HART, аналоговых входов и выходов.
Платы связи
Плата связи (3000-305) несёт три последовательных порта и один порт Ethernet; последовательные порты конфигурируются как RS232 или RS485, содержат согласующую сеть RS485 и гальваническую изоляцию, используют разъём RJ45 и работают со скоростью до 38400 бод. Один из портов может применяться для последовательного принтера с квитированием. Порт Ethernet обеспечивает подключение к локальной сети 10/100, обмен Modbus по TCP/IP в режиме ведущего и ведомого устройства, дистанционную эксплуатацию и диагностику, функции веб-сервера, протокол сетевого времени (NTP), объединение в сеть с другими приборами SFC3000 и средствами измерений, а также печать на сетевом принтере. Плата с двумя сетевыми портами (3000-318) при тех же свойствах даёт два порта Ethernet.
Планирование слотов
Шесть слотов шасси распределяются между платами линий и платами связи. Если на узле с пятью коммерческими линиями заняты пять плат линий, остаётся один слот — тогда потребность в связи должна закрываться одной платой. Если нужны дополнительные последовательные порты или второй порт Ethernet, следует найти баланс между числом линий и числом плат связи либо предусмотреть второй прибор.
Коды плат следует проверять при заказе: коды на актуальной странице изделия у производителя и коды в более ранних печатных материалах могут различаться.
Ключевые особенности семейств плат
· Три импульсных (частотных) входа: На всех платах линии — три входа подсчёта импульсов и измерения частоты от постоянного тока до 5 кГц; подходят для турбинных, роторных и объёмных счётчиков, а также для плотномеров и измерителей относительной плотности.
· Контуры HART: На дискретных платах — два контура HART, до трёх датчиков в каждом контуре. Подключаются датчики давления, температуры, перепада давления или многопараметрические датчики.
· Прямой вход ТС (PRT): На дискретной и аналоговой платах линии — прямой четырёхпроводной вход ТС для подключения термопреобразователя сопротивления.
· Вариант с аналоговыми входами: На аналоговой плате линии — три входа 4–20 мА и один конфигурируемый канал: вход 4–20 мА либо дискретный выход.
· Дискретные выходы: Выходы с открытым коллектором и оптической изоляцией, до 30 В и 10 мА; применяются для аварийных сигналов, телеметрии и команд клапанам.
· Аналоговые выходы: 0–20 мА или 4–20 мА, разрешение 16 бит, погрешность не более 0,15 %; для телеметрии или ПИД-регулирования.
· Выходная частота поверочной установки: На платах линии первый дискретный выход может передавать выходную частоту поверочной установки.
· Интеграция приборов по последовательному каналу: Последовательный порт платы даёт подключение по Modbus к ультразвуковым и кориолисовым счётчикам, хроматографам, влагомерам и энкодерам турбинных счётчиков.
· Конфигурируемые каналы: На коммутационной плате линии шесть каналов настраиваются как дискретные входы состояния или дискретные выходы.
· Изолированные последовательные порты: На плате связи — гальваническая изоляция, согласующая сеть RS485 и разъёмы RJ45.
Таблица сравнения плат
Ниже сопоставлена ёмкость плат по вводу/выводу; на всех платах линии число импульсных (частотных) входов равно трём.
Параметр | Значение |
Дискретная плата линии (3000-314) | 3 импульсных (частотных) входа (от постоянного тока до 5 кГц), 2 входа состояния, 2 контура HART (до 3 датчиков на контур), 1 прямой вход ТС (4-проводный), 5 дискретных выходов (оптически изолированные, 30 В / 10 мА), 2 аналоговых выхода (0–20 мА или 4–20 мА, 16 бит, погрешность не более 0,15 %), 1 последовательный порт (RS232/RS485, до 38400 бод) |
Дискретная плата на 2 линии (3000-319) | 3 импульсных (частотных) входа, 1 вход состояния, 2 контура HART, 6 дискретных выходов, 4 аналоговых выхода, 1 последовательный порт |
Аналоговая плата линии (3000-316) | 3 импульсных (частотных) входа, 2 входа состояния, 1 контур HART, 3 входа 4–20 мА и 1 конфигурируемый вход 4–20 мА либо дискретный выход, 1 прямой вход ТС, 3 дискретных выхода, 2 аналоговых выхода и 1 конфигурируемый аналоговый или дискретный выход, 1 последовательный порт |
Коммутационная плата линии (3000-317) | 3 импульсных (частотных) входа, 3 входа состояния, 6 дискретных выходов, 6 конфигурируемых каналов (дискретный вход или выход), 1 последовательный порт |
Плата связи (3000-305) | 3 последовательных порта (RS232 или RS485, до 38400 бод, согласующая сеть RS485, гальваническая изоляция, RJ45), 1 порт Ethernet (локальная сеть 10/100, RJ45, с индикаторами) |
Плата с двумя сетевыми портами (3000-318) | 3 последовательных порта и 2 порта Ethernet; остальные свойства совпадают с платой связи |
Стандарт импульсного входа | ISO 6551 или API, глава 5.5 |
Обмен по последовательному каналу | Modbus в режиме ведущего и ведомого устройства, ASCII или RTU; подключение ультразвуковых и кориолисовых счётчиков, хроматографа, влагомера и энкодера турбинного счётчика |
Функции Ethernet | Modbus по TCP/IP в режиме ведущего и ведомого устройства, дистанционная эксплуатация и диагностика, веб-сервер, протокол сетевого времени (NTP), объединение приборов в сеть, сетевой принтер |
Поддержка принтера | Один из последовательных портов платы связи может использоваться для последовательного принтера с квитированием |
Слоты плат | До 6 пользовательских плат в шасси; при коммерческом учёте — одна плата линии на линию |
Основные преимущества
· Масштабирование под задачу: При изменении перечня сигналов меняется плата, а не прибор, — вложения сохраняются.
· Распределённая вычислительная мощность: Отдельный процессор на каждой плате сохраняет производительность расчёта при увеличении числа линий.
· Поддержка смешанных сигналов: Импульсные, HART, аналоговые и последовательные сигналы обслуживаются одним семейством плат — промежуточные преобразователи нужны реже.
· Совместимость с поверочной установкой: Высокая ёмкость дискретного ввода/вывода и выходная частота поверочной установки обеспечивают работу циклов контроля счётчиков.
· Гибкость связи: Последовательные и Ethernet-варианты, а также плата с двумя портами, подходят для резервированных или разделённых сетевых топологий.
· Простая замена на объекте: Структура на сменных платах вместе с запасом плат на складе сокращает время простоя при отказе.
Сценарии применения
Выбор платы меняется в зависимости от состава сигналов линии.
Газовая линия с импульсным счётчиком
На газовых линиях с турбинным или роторным счётчиком применяется дискретная плата линии; датчики давления и температуры читаются по контурам HART, а дискретные выходы используются для аварийных сигналов и телеметрии.
Линия жидкости с преобладанием аналоговых сигналов
На линиях жидкости, где преобладают датчики с сигналом 4–20 мА, применяется аналоговая плата линии; остаток сигналов закрывается конфигурируемым каналом ввода/вывода.
Применения с поверочной установкой и множеством клапанов
Когда в цикле контроля требуется много сигналов клапанов и состояния, выбирают коммутационную плату линии; шесть конфигурируемых каналов используются как входы или как выходы.
Связь с несколькими системами
На узлах, где одновременно работают SCADA, РСУ (DCS) и локальный принтер, применяется плата связи; при необходимости разделения сетевых сегментов выбирают плату с двумя сетевыми портами.
Критерии подбора плат
Комбинация плат определяется совместной оценкой перечня сигналов и топологии связи.
Перечень сигналов
· Число импульсных (частотных) входов на линию
· Число контуров HART и датчиков
· Потребность в прямом входе ТС (PRT)
· Число входов 4–20 мА
· Число дискретных выходов для аварийных сигналов, телеметрии и клапанов
· Число аналоговых выходов для ПИД-регулирования или телеметрии
Топология связи
· Число систем верхнего уровня и применяемые протоколы
· Длина последовательной линии и потребность в согласовании RS485
· Потребность в одном или двух портах Ethernet
· Печать отчётов на принтер и передача по сети
· Интеграция приборов по последовательному каналу: ультразвуковой счётчик, хроматограф, влагомер
Резервирование и расширение
· Оставление свободного слота
· Запас плат на складе
· Число линий, которые планируется добавить позже
· Потребность в разделённой сети или во втором канале связи
Подбирать платы без составленного перечня сигналов не следует: нехватка одного дискретного выхода или одного контура HART приводит к дополнительной плате и переработке кабельных связей уже на этапе пусконаладки.
Стандарты сигналов и соответствие
Обработка сигналов и функции связи плат опираются на следующие документы и решения:
· ISO 6551 / API, глава 5.5: Стандарты сигналов, применяемые для входов подсчёта импульсов и измерения частоты.
· HART: Цифровой обмен в контурах датчиков; до трёх датчиков на контур.
· Modbus: ASCII или RTU по последовательным линиям и TCP/IP по Ethernet, в режиме ведущего и ведомого устройства.
· Протокол сетевого времени (NTP): Синхронизация часов через порт Ethernet; важна для согласованности отметок времени при коммерческом учёте.
· Гальваническая изоляция: Изоляция последовательных портов платы связи и согласующая сеть RS485.
Поддержка TLY Enerji при конфигурировании
Подбор плат связан не столько с выбором позиции из перечня, сколько с корректным составлением перечня сигналов. TLY Enerji исходит из проектных данных: готовит перечень ввода/вывода по каждой линии, определяет комбинацию плат и планирует остающиеся слоты под линии, которые будут добавлены позже.
По части связи оцениваются топология узла, протоколы верхнего уровня и длины кабельных линий, на основании чего определяется потребность в платах последовательных интерфейсов и Ethernet. Схема клеммников в щите, клеммный (breakout) модуль и выбор кабелей рассматриваются совместно; при пусконаладке выполняются проверки сигналов и обмена данными.
В период эксплуатации обеспечиваются план резервных плат, резервные копии конфигурации и техническая поддержка для быстрой замены при отказе.
· Составление перечня сигналов и перечня ввода/вывода
· Определение комбинации плат и планирование слотов
· Архитектура связи и рекомендации по кабельным связям
· Проверки сигналов и обмена данными при пусконаладке
· План резервных плат и технического обслуживания
Часто задаваемые вопросы
Какие варианты плат линии доступны?
Доступны четыре платы линии: дискретная плата линии (3000-314), дискретная плата на две линии (3000-319), аналоговая плата линии (3000-316) и коммутационная плата линии (3000-317). У всех четырёх по три импульсных (частотных) входа; различия — в количестве контуров HART, аналоговых входов и дискретных или аналоговых выходов.
Чем дискретная плата отличается от аналоговой?
Дискретная плата линии даёт два контура HART и пять дискретных выходов и не содержит отдельных входов для аналоговых измерительных сигналов. На аналоговой плате линии наряду с одним контуром HART есть три входа 4–20 мА и один конфигурируемый канал: вход 4–20 мА либо дискретный выход. На линиях, где преобладают датчики с аналоговым сигналом, выбирают аналоговую плату.
Какая плата подходит для работы с поверочной установкой?
В циклах контроля счётчиков требуется много сигналов клапанов и состояния. Коммутационная плата линии даёт три входа состояния, шесть дискретных выходов и шесть конфигурируемых каналов, настраиваемых как входы или выходы, поэтому в таких применениях она добавляет нужную ёмкость. Первый дискретный выход плат линии может передавать выходную частоту поверочной установки.
Сколько датчиков HART можно подключить?
На дискретных платах линии есть два контура HART, и в каждом контуре читается до трёх датчиков. Можно подключать датчики давления, температуры и перепада давления по отдельности либо применять многопараметрические датчики. На аналоговой плате линии предусмотрен один контур HART.
Что даёт подключение по Ethernet?
Порт Ethernet 10/100 на плате связи обеспечивает обмен Modbus по TCP/IP в режиме ведущего и ведомого устройства, дистанционную эксплуатацию и диагностику, функции веб-сервера, синхронизацию часов по протоколу сетевого времени (NTP), объединение в сеть с другими приборами и печать по сети. Когда нужны две отдельные сети, применяют плату с двумя сетевыми портами.
Почему коды плат могут выглядеть по-разному?
Коды плат на актуальной странице изделия у производителя и коды в более ранних печатных материалах могут не совпадать. Перед заказом рекомендуется подтвердить код платы и её ёмкость по актуальному документу производителя; TLY Enerji выполняет такое подтверждение на этапе подготовки предложения.
