Lehet-e erről a témáról úgy beszélni, hogy műszaki kérdések fel sem merülnek? A cikksorozat első részében erre teszek kísérletet, döntsék el Önök, mekkora sikerrel. Előre kell bocsájtanom, szubjektív leszek. A Foundation Fieldbus e cikk írásának perceire számomra nem biteket, milliampereket fog jelenteni, hanem dollárokat. Meg fogják érteni.
Globalizáció. Azt (is) jelenti, a tőke határok nélkül vándorol országokon és iparágakon keresztül, mindig oda, ahol a legnagyobb profitot képes produkálni. A vándorlás sebessége az Internet korszakban félelmetesen megnőtt. Országok, komplett iparágak emelkedhetnek fel néhány év alatt, és ugyanilyen gyorsan süllyedhetnek el. Örökre. A világ tőzsdéinek mindegyike olyan, mint egy rosszul beállított PID szabályzó:
Az erősítést feltekerték, ráadásul még a differenciáló taggal is babrálnak állandóan. Így aztán nem csoda, ha a rendszer beleng, és csak nagy áldozatok árán lehet újra stabil helyzetbe hozni.
Napjaink vezető irányítástechnikai cégei (nem mondok neveket) szinte kivétel nélkül pénzügyi befektetők tulajdonában vannak. Ez azt jelenti, akkora profitot kell termelniük mint a kólagyártóknak vagy éppen a plüssmaci iparnak. Ha erre képtelenek, tulajdonosaik rövid távon megválnak részvényeiktől, mert egy belengésbe a cég belehalhat, de a menedzsment biztos, hogy repül.
A versenytársakat immár nem választják el a távolságok és határok, az USA-ban is lehet gyártani és eladni japán autókat. A német autó Spanyolországban készül, a belga sör Borsodban. A védővámok rendszerét a nemzetközi nagytőke folyamatosan bontja le, a verseny egyre keményebb.
Ebben a környezetben kell az irányítástechnikai cégeknek megállni helyüket. Vannak, akik azt az utat járják, hogy termelési költségeiket és profitjukat szorítják le, hogy pozícióikat megtartsák. Egyre többet termelnek ugyanazért a profitért.
Aki teheti, nem ezt teszi, hanem előre menekül. Olyan termékekkel jelenik meg, mellyel versenytársai nem, vagy csak néhányan képesek megjelenni. Így csökken a versenytársak száma, nagyobb árrés érhető el. Nyilvánvaló, hogy ez a technika csak akkor működik, ha a vevők az új terméket preferálják a régihez képest.
Mikor preferálják? Ha a gyártó - minden marketing eszközt bevetve - meggyőzi őket az új termékelőnyeiről, pl:
- Olcsóbb beruházás - Gyorsabb üzemindulás - Olcsóbb üzemvitel - Cégfüggetlenség
Bocsássa meg nékem az irányítástechnikusok védőszentje - Szent Piddius - de én azt gondolom, a Foundation Fieldbus szüleinek ezek - és nem a bitek, bájtok - voltak a központi gondolatai anno..
A Fieldbus Foundation születése:
A szenzorbuszok sikere adta az ötletet egy olyan busz létrehozásához, melyre távadókat és szabályzó szelepeket lehet felfűzni. A nagy gyártók, okulva a HART esetéből, nem álltak neki külön-külön buszok fejlesztésének, hanem a legnagyobb felhasználókat bevonva létrehozták a Terepi Busz Alapítványt, angolul Fieldbus Foundation-t. E szervezet feladata, hogy koordinálja a folyamatirányítás terepi buszának fejlesztését. Az alapítványhoz hamarosan a legtöbb jelentős gyártó csatlakozott. Az alapítvány 1995-ben megkezdte tényleges működését. Ez 6 éve történt...
Kezdjük az ismerkedést a FFB-on való kommunikáció fizikai szintjével!
A FFB-on a terepi eszközök 2 vezetéken, (sodrott, árnyékolt érpáron) villamos szempontból párhuzamosan kapcsolva csücsülnek. (1. ábra:)
A helyzet hasonlatos a HART multidrop-jához. (2. ábra)
A két rendszer kommunikációja eltérő, ezért a HART-os távadó nem köthető a FFB-ra, a FFB távadó nem képes HART-osként viselkedni. Mik az azonosságok? - Az eszközök kétvezetékesek - Nincs busz redundancia - DC táplálás, a buszon keresztül - A kommunikáció tisztán digitális - Távkalibrálás, távdiagnosztika Mik a különbségek: - A HART master-slave, a FFB peer to peer elvű (azonnal ismertetjük) - A HART 9.600 Kbps sebességű, a FFB 31.25 Kbps. - A HART max. 15 eszközt tud egy érpáron, a FFB 32-t. - A HART-nál nincs kontroll a terepi eszközben, FFB-nél lehet. - A HART távadó 4 mA-t fogyaszt multidrop-ban, a FFB-os minimum 10-et. A FFB kommunikáció: A legnagyobb újdonsága a FFB-nak, hogy a buszra kötött eszközök egymással is képesek kommunikálni (peer to peer):
Szabályzókör a FFB-on
A szelep pozícionálóba be van ültetve a PID (mint PID.hu) szabályozó algoritmus, és rendszeres időközönként képes megkérdezni a távadótól a nyomást. Tehát a szabályozáshoz első közelítésben nem kell PLC, DCS, illetve másféle irányító rendszer. (Később látni fogjuk, a helyzet nem ilyen egyszerű.) Azon - egyszerűbb - szabályzó algoritmusokat, melyeket eddig a PLC-ben, DCS-ben futtatunk, FFB esetén a terepi eszközökben is futtathatjuk.
Sokaknak feltűnik a FFB eszközök viszonylag nagy, 10 mA-t meghaladó fogyasztása.
Ennek okai a következők:
1. Zavarvédettség:
Mivel a FFB ipari környezetben kell hogy működjön, nagy EM és RF zavarvédettséget kell biztosítania. Ennek egyik módja, hogy az impedanciákat alacsonyra, a jelszinteket nagyra méretezzük.
2. Kommunikáció elve:
A FFB-os eszközök áramfelvételük modulálásával kommunikálnak. Nézzük ezt részletesebben:
A legfontosabb ezen a képen az, hogy az eszközöket nem a FFB kártya, hanem külön tápegység látja el energiával. Fontos észrevenni a busz két végét lezáró RC-tagokat is. Ezekre a 31.25 Kbps sebesség miatt feltétlenül szükség van. A tápegységnél igen fontos, hogy nagy frekvenciásan áramgenerátoros jellegről van szó. Ezt azért kell hangsúlyozni, mert ha feszültséggenerátorral (pl. egy akkumulátor) táplálnánk, a távadó hiába modulálná áramfelvételét, a busz feszültsége fix maradna, a többi eszköz semmi jelet nem látna. (A buszvezeték ellenállásán eső apróságtól eltekintve.) A FFB megtáplálására ezért FFB kompatibilis tápellátást használjunk!
Mekkora a jelszint?
A FFB ajánlása szerint az eszközök 15...20 mApp modulációt alkalmaznak, eszerint - a lezáró impedanciákat figyelembe véve - a buszon 0.75...1 Vpp nagyságú jelek keletkeznek. Ezek után érthető, miért olyan magas (min. 10 mA) egy FFB távadó áramfelvétele. Ha a nyugalmi áramfelvétel alacsonyabb lenne, az eszköz képtelen lenne a szükséges amplitudójú jelet generálni, a jel "beverné a fejét" a 0 mA-be. (4. ábra:)
Kék: normál, Piros: sajnos nem lehet...
Busz tervezési kihatások:
A FFB-os távadók jellemző minimális üzemi kapocsfeszültsége 9V. A busz tervezésekor mindig számítani kell az egyes távadókig eljutó feszültséget. A számításnál figyelembe kell venni az alkalmazott tápegység paramétereit, a kábel fajlagos ellenállását és hosszát, a buszra kötött eszközök max. áramfelvételét. A többi már Ohm és Kirchoff törvényei szerint számítható. Hamar rájöhetünk, hogy szabálytalan topológia (Az élet legtöbbször ilyet kíván...)és több bekötött eszköz esetén ez eléggé számolásigényes feladat. Az élet megkönnyítésére több cég kínál ezt a számítást elvégző szoftvert. Érdemes ennek utána járni.
Gyújtószikra mentesség és FFB:
Robbanásveszélyes környezetben üzemelő villamos áramkörök védelmi módja a gyújtószikramentes védelem (EEx i). Ez azt jelenti, hogy a veszélyes térbe kijutó energiát annyira korlátozzuk, hogy ott gyújtóképes energiájú szikra ne keletkezhessen. Ennek megvalósítási módja a tápegység üresjárási feszültségének és rövidzárási áramának korlátozása nagy biztonságú áramköri megoldásokkal. Az általam ismert EEx i leválasztók (melyek FFB kompatibilisek) a kimenő áramukat 80 mA-ben maximálják. Mivel egy FFB távadó nyugalmi áramfelvétele min. 10 mA, de kommunikáció alatt 20 mA-es csúcsokat igényel, látható, hogy az egy gyszm. leválasztóra köthető FFB eszközök száma igen korlátozott. (kb. 4..7 db.) További megszorítást okoz az EEx i leválasztó belső ellenállása, ugyanis emiatt csak rövidebb kábel alkalmazható, mint normál esetben. (Hosszabb kábel-nagyobb feszültség esés) Fentiek miatt a robbanásveszélyes térségekben üzemelő FFB esetén érdemes lehet meggondolni nyomásálló tokozású terepi eszközök és normál tápegység alkalmazását. E módszer előnye, hogy normális mennyiségű eszközt köthetünk egy buszra, hátránya, hogy a nyomásálló tokozású eszközöket feszültség alatt felnyitni tilos. Ez a karbantartást, cserét nehezíti. Nyomásálló tokozás választása esetén az összes elosztó, elágazás RB-s kivitelű kell hogy legyen! A mai napi üzenet röviden összefoglalva: A FFB sok értéket nyújt, de ne vegyük túlzottan komolyan az amerikai "plug and play" szlogent. Érteni kell ehhez is. Füle Sándor