- Các định nghĩa cơ bản về phạm vi, khoảng đo và thang đo đầy đủ trong đo lường công nghiệp.
- Quá trình chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến sang màn hình hiển thị trong hệ thống điều khiển.
- Tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn và kiểm tra vòng lặp để đảm bảo độ chính xác trong vận hành.
- Xác định các lỗi đo lường thường gặp và các yếu tố quan trọng trong việc lắp đặt thiết bị.
Khi đi sâu vào thế giới tự động hóa quy trình công nghiệp , điều quan trọng là không được ngây thơ về những kiến thức cơ bản. Việc trang bị thiết bị đo lường ở quy mô lớn đơn giản là nghệ thuật chuyển đổi một đại lượng vật lý, chẳng hạn như áp suất trong bể chứa hoặc nhiệt độ trong lò nung, thành một tín hiệu mà máy móc có thể hiểu và người vận hành có thể đọc mà không bị quá tải.
Để mọi thứ vận hành trơn tru, chúng ta cần một ngôn ngữ chung. Chỉ nói rằng một thứ gì đó đo được "nhiều" hay "ít" là chưa đủ; chúng ta cần xác định chính xác giới hạn hoạt động và cách thiết bị vận hành trong toàn bộ phạm vi đó để tránh bất kỳ sự cố nào xảy ra trong nhà máy.
Khái niệm chính: Phạm vi, Khoảng cách và Độ sâu của thang đo
Để bắt đầu nói cùng một ngôn ngữ với kỹ thuật viên thiết bị đo, chúng ta phải phân biệt ba thuật ngữ thường bị nhầm lẫn nhưng lại hoàn toàn khác biệt. Đầu tiên là dải đo ( range ), về cơ bản cho chúng ta biết giới hạn mà thiết bị được sản xuất. Nó được xác định bởi giá trị tối thiểu (LRV hoặc Giá trị Dải Đo Dưới) và giá trị tối đa (URV hoặc Giá trị Dải Đo Trên). Có thể nói, đó là "phạm vi hoạt động" của thiết bị.
Tiếp theo là khoảng đo (span ), theo tiêu chuẩn ANSI/ISA S51.1, là hiệu số đại số giữa hai giới hạn đó. Cách tính rất đơn giản: ta lấy giá trị trên trừ đi giá trị dưới. Ví dụ, nếu ta có một nhiệt kế đo từ -20 đến 60 °F, thì khoảng đo của nó là 80 °F . Điều tương tự cũng áp dụng cho tín hiệu điện chuẩn 4-20 mA, trong đó khoảng đo chính xác là 16 mA.
Cuối cùng, thang đo tối đa đề cập đến giá trị tuyệt đối tối đa mà thiết bị có khả năng ghi lại hoặc hiển thị. Nếu ta lấy một nhiệt kế lưỡng kim có phạm vi từ 200 đến 1000 °F, thì thang đo tối đa sẽ là 1000 °F.
Luồng tín hiệu và quy mô công nghiệp
Trong hầu hết các nhà máy hiện đại, thông tin được truyền từ hiện trường đến phòng điều khiển thông qua các thiết bị truyền tín hiệu. Các thiết bị này đo các biến số cơ bản như lưu lượng, mức độ, nhiệt độ và áp suất , cũng như các biến số cụ thể hơn như độ pH và mật độ. Mục tiêu là mã hóa phép đo vật lý này và hiệu chỉnh tỷ lệ sao cho nó có thể truyền qua cáp mà không bị mất mát trên đường đi.
Trong quá trình này, có ba thang đo chính mà chúng ta cần theo dõi. Đầu tiên là áp suất thực tế của quá trình (ví dụ: từ 0 đến 5 bar). Thứ hai là thang đo vòng lặp, hầu hết luôn là dòng điện từ 4 đến 20 mA . Cuối cùng, có thang đo hiển thị mà người vận hành nhìn thấy trên màn hình của họ, thường được biểu thị bằng phần trăm từ 0 đến 100%.
Quy trình kỹ thuật rất thú vị: một cảm biến phát hiện áp suất, bộ chuyển đổi ADC chuyển đổi nó thành tín hiệu số, bộ vi xử lý điều chỉnh tỷ lệ theo các giá trị URV và LRV đã được cấu hình , và cuối cùng bộ chuyển đổi DAC chuyển đổi nó trở lại thành tín hiệu dòng điện để gửi đến phòng kỹ thuật.
Vai trò của kỹ thuật viên và tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn
Kỹ thuật viên thiết bị đo lường chịu trách nhiệm đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động. Công việc hàng ngày của họ bao gồm điều chỉnh phạm vi hoạt động của thiết bị mới để phù hợp với thông số kỹ thuật của dự án. Để làm được điều này, họ phải có hiểu biết sâu sắc về mọi thứ, từ sơ đồ P&ID đến lý thuyết điều khiển tương tự và kỹ thuật số.
Đây là lúc việc hiệu chuẩn phát huy tác dụng , đơn giản là so sánh kết quả đo của thiết bị với một tiêu chuẩn đo lường chính xác hơn nhiều. Việc này rất quan trọng khi nhận thiết bị mới để loại trừ bất kỳ sự cố nào về cấu hình thiết bị trong quá trình vận chuyển, hoặc khi quy trình thay đổi và phạm vi đo cũ không còn phù hợp. Hiệu chuẩn đúng cách đảm bảo độ nhạy và độ chính xác cần thiết .
Kiểm tra vòng lặp và các lỗi có thể xảy ra
Sau khi thiết bị được lắp đặt, không thể cho rằng mọi thứ đều hoạt động chính xác; cần phải kiểm tra mạch vòng. Việc này bao gồm việc đưa một tín hiệu đã biết (thường sử dụng máy phát dòng điện 4 đến 20 mA) từ hiện trường vào và xác minh rằng màn hình hệ thống điều khiển (HMI) hiển thị chính xác giá trị mong đợi. Đây là một công việc nhóm với một kỹ thuật viên ở hiện trường và một kỹ thuật viên khác ở phòng điều khiển.
Tuy nhiên, không phải lúc nào mọi việc cũng suôn sẻ. Một số lỗi có thể làm hỏng phép đo. Lỗi thị sai xảy ra khi người vận hành nhìn thang đo từ một góc không chính xác, trong khi lỗi thang đo xảy ra khi chỉ số không hoàn toàn thẳng hàng với vạch chia, dẫn đến giá trị được làm tròn. Ngoài ra còn có các lỗi quy trình , do người vận hành mệt mỏi hoặc bất cẩn, và lỗi hiệu chuẩn, xuất hiện khi mối quan hệ giữa giá trị thực tế và giá trị đọc không còn tuyến tính.
Những lưu ý quan trọng khi lắp đặt
Để tránh các sự cố, chúng ta không thể lắp đặt cảm biến một cách tùy tiện. Chúng ta phải xem xét cẩn thận các đặc tính của chất lỏng (độ nhớt, độ axit, các hạt) và điều kiện môi trường nơi thiết bị sẽ được đặt. Bỏ qua điều này hoặc thay đổi thiết bị mà không có cơ sở kỹ thuật có thể dẫn đến không chỉ tổn thất sản xuất mà còn gây ra rủi ro nghiêm trọng về an toàn hoặc thiệt hại môi trường.
Để giảm thiểu những rủi ro này, hiện nay người ta sử dụng các phần mềm mô phỏng vòng điều khiển. Những công cụ này cho phép thử nghiệm với quy mô quy trình và dòng điện trong môi trường an toàn, ước tính những thay đổi cần thiết mà không gây nguy hiểm cho nhà máy hoặc đòi hỏi những phép tính toán học phức tạp.
Quản lý phạm vi hoạt động hợp lý, loại bỏ các lỗi hệ thống và hiệu chuẩn nghiêm ngặt là những trụ cột hỗ trợ hiệu quả hoạt động của bất kỳ nhà máy công nghiệp nào, cho phép giao tiếp giữa cảm biến và người vận hành hoàn toàn đáng tin cậy và chính xác.
