インテリジェント圧力トランスミッターとは何ですか?またどのように機能しますか?

インテリジェント圧力トランスミッタと従来の圧力トランスミッタの違いは何ですか?

従来の圧力トランスミッタは単純なタスクを実行します。物理的な圧力信号を比例電気出力 (通常は 4 ～ 20 mA のアナログ電流信号) に変換し、その信号を制御システムに送信します。これは確実に実行されますが、自己診断、リモート構成、またはデジタル通信の機能はありません。インテリジェント圧力トランスミッター (スマート圧力トランスミッターとも呼ばれます) は、トランスミッターのハウジング内にマイクロプロセッサーを組み込んでおり、デバイスの機能を根本的に拡張します。マイクロプロセッサは、単に生のアナログ信号を出力するのではなく、オンボード計算を実行し、温度と静圧の補正をリアルタイムで適用し、デバイス構成データを保存し、自身の状態を監視し、標準化された産業プロトコルを使用してホスト システムとデジタル通信します。

この組み込みインテリジェンスは、送信機を受動的な信号変換器から計測ネットワークの能動的な参加者に変換します。プラントのオペレータは、現場でトランスミッタに物理的にアクセスすることなく、リモートでデバイスに問い合わせて、診断データの取得、校正ステータスの確認、範囲設定の調整、センサーの劣化やプロセスの異常に関するアラートの受信を行うことができます。数百または数千の測定点がある大規模施設の場合、この機能は運用効率、メンテナンスコスト、測定の信頼性において大きな変化をもたらします。インテリジェントトランスミッタの従来の同等品に対する追加コストは、それによって実現されるライフサイクルの節約によって常に正当化されます。

インテリジェント圧力トランスミッターの内部アーキテクチャはどのように機能しますか?

内部構造を理解する インテリジェント圧力トランスミッター そのパフォーマンスが従来のデバイスを上回る理由と、インテリジェンスが単なるマーケティングラベルではなく真に役立つ理由を明らかにします。このデバイスは、緊密に統合されたいくつかの機能ブロックで構成されており、これらが連携して正確で補正されたデジタル通信可能な圧力測定を生成します。

センシングエレメント

トランスミッターの中心には圧力検知素子があり、メーカーや用途に応じてピエゾ抵抗シリコンセンサー、容量性セル、または共振周波数素子が最も一般的です。この要素は、機械的圧力を電気信号、通常は小さなミリボルトレベルの電圧または静電容量の変化に変換します。センシング要素は、シリコンオイルを充填したステンレス鋼またはハステロイのダイヤフラムによってプロセス流体から隔離されており、腐食性または粘性のプロセス流体が敏感な電子機器に接触することなく、圧力をセンサーに伝達します。この隔離ダイヤフラムの品質、形状、材質は、送信機の応答時間、過圧能力、攻撃的な媒体との互換性に直接影響します。

アナログデジタルコンバーターとマイクロプロセッサー

感知素子からの生の電気信号は高分解能アナログデジタルコンバーター (ADC) に渡され、微小な圧力変動を正確に捕捉するために十分な分解能 (通常は 16 ～ 24 ビット) で信号をデジタル化します。次に、デジタル化された信号はオンボードのマイクロプロセッサによって処理され、線形化アルゴリズムを適用してセンサー応答の非線形性を補正し、不揮発性メモリに保存された温度補償係数を適用して周囲温度の影響を補正し、静圧補償を適用して差圧測定に対するライン圧力の影響を考慮します。これらの補正は、従来の送信機では存在しないか、固定ハードウェアトリミングによって実装されますが、インテリジェント送信機では動的かつ継続的に実行され、環境条件の変化に関係なく動作範囲全体にわたって精度を維持します。

通信および出力段

処理後、補償された測定値は、ほとんどのインテリジェント送信機で 2 つの形式で同時に利用できます。アナログ 4 ～ 20 mA 出力は、従来の電流ループ信号を必要とする従来の制御システムとの下位互換性を提供します。この同じ 2 線ループに重ねられたデジタル通信プロトコル (HART が最も普及しています) は、アナログ信号では伝達できない構成データ、診断情報、デバイス ID、および二次プロセス変数を伝達します。このデュアルモード出力は、インテリジェントトランスミッタが、配線を変更することなく既存の設備の従来のデバイスを置き換えることができると同時に、その完全なデジタル機能を HART 互換のホストシステムまたはハンドヘルドコミュニケータにアクセスできることを意味します。

インテリジェント圧力トランスミッタはどのような通信プロトコルをサポートしていますか?

通信プロトコルは、インテリジェント圧力トランスミッタがホスト システム、ハンドヘルド コンフィギュレータ、および資産管理ソフトウェアとデータを交換する方法を決定します。いくつかのプロトコルが産業的に広く使用されており、どのプロトコルを選択するかは、既存のインフラストラクチャ、必要な統合レベル、および産業分野によって異なります。

HART は、追加の配線インフラストラクチャを必要とせず、事実上すべての主要な DCS および SCADA プラットフォームでサポートされているため、世界中で主要なプロトコルであり続けています。ただし、FOUNDATION Fieldbus や PROFIBUS PA などの完全デジタル プロトコルは、より豊富なリアルタイム診断を提供し、制御機能をフィールド デバイス自体に分散できるようにするため、中央制御システムの処理負荷が軽減され、高速で進行するプロセスの応答時間が改善されます。

インテリジェント圧力トランスミッターはどのような診断機能を提供しますか?

診断は、インテリジェント圧力トランスミッターの最も商業的に価値のある機能の 1 つであり、スマート デバイスと従来のデバイスの最も明確な差別化要因の 1 つです。オンボードのマイクロプロセッサは、トランスミッタ自体の内部状態と測定中のプロセスの側面の両方を継続的に監視し、測定の失敗を防止し、保守を積極的に計画し、予期せぬシャットダウンを回避するために使用できる診断データを生成します。

• センサーの健全性モニタリングは、検出素子の出力の長期的なドリフトを追跡し、校正検証の期限が来るとオペレーターに警告します。これにより、不必要なメンテナンスや校正イベントの欠落につながる固定間隔の校正スケジュールの必要がなくなります。
• 差圧トランスミッターで利用可能な導圧管の詰まり検出は、圧力信号の統計的動作を分析して、トランスミッターをプロセスに接続する導圧管が堆積物、氷、または粘性のあるプロセス流体によってブロックされた時期を特定します。これは、トランスミッターが安定しているが不正確な読み取り値を報告し続ける原因となる故障モードです。
• 電子機器の温度監視により、トランスミッタのハウジング内の温度が追跡され、周囲条件が電子機器の動作限界に近づくと保守担当者に警告が発せられるため、デバイスが故障する前に是正措置を講じることができます。
• 電源監視は、配線の劣化、接続抵抗の増加、トランスミッタの上流の電源の問題を示す可能性のある低ループ電流状態を検出します。
• 構成変更ログは、誰がいつ変更したかを含むトランスミッタの構成パラメータへの変更を記録し、製薬および食品加工環境における品質管理システムおよび規制遵守にとって貴重な監査証跡を提供します。

アプリケーションに適したインテリジェント圧力トランスミッターを選択するにはどうすればよいですか?

インテリジェントな圧力トランスミッタを選択するには、プロセス条件、設置環境、必要な精度、通信インフラストラクチャ、および規制上の制約を体系的に評価する必要があります。アプリケーションへの適合性を考慮せずに仕様のみで購入すると、早期の故障、校正の問題、不必要なメンテナンス費用が発生します。

測定の種類と範囲

インテリジェント圧力トランスミッターは、ゲージ圧 (大気に対する圧力の測定)、絶対圧 (完全な真空に対する圧力の測定)、および差圧 (2 つのプロセス接続間の圧力差の測定) の 3 つの基本的な測定構成で使用できます。差圧トランスミッタは、オリフィス プレートまたはベンチュリ全体の圧力降下を測定することによって、流量や密閉容器内の液面を推定するためにも使用されます。選択した測定範囲は、過圧イベントに対して十分なマージンを持って予想されるプロセス範囲全体を包含する必要がありますが、精度は通常、校正されたスパンのパーセンテージとして指定され、スパンがデバイスの最大範囲をはるかに下回るように設定されると低下するため、過度に広くすべきではありません。

プロセスの適合性と接液材質

プロセス流体と接触する材料 (隔離ダイアフラム、プロセス フランジ、充填流体) は、測定対象の媒体と化学的に適合する必要があります。標準の 316L ステンレス鋼ダイヤフラムは、ほとんどのクリーンなプロセス流体、水、蒸気、および低刺激の化学薬品に適しています。塩素、フッ化水素酸、濃苛性剤などの攻撃的な媒体には、ハステロイ C-276、タンタル、または金メッキのダイヤフラムが必要です。高粘度または結晶化している流体では、プロセス接続の詰まりを防ぐために、拡張されたダイアフラム構成またはフラッシュマウントのプロセス接続が必要になる場合があります。互換性のない接液部材料の指定は、考えられる最も重大な選択ミスの 1 つであり、急速かつ壊滅的なダイヤフラムの故障を引き起こす可能性があります。

精度と長期安定性の仕様

メーカーは、基準精度 (ヒステリシス、再現性、直線性を含む基準条件での合計誤差) と長期安定性 (定義された期間、通常 12 か月または 5 年間にわたる最大ドリフト) の組み合わせとして精度を見積もっています。保管転送、安全計装システム (SIS)、または高価値のプロセス最適化アプリケーションの場合、スパンの ±0.04% 以上の基準精度と URL の ±0.1% の 5 年間の安定性を備えたトランスミッタを指定することが標準的です。厳密な精度がそれほど重要ではない一般的なプロセス監視の場合、通常、±0.075% の基準精度が適切であり、低コストで入手できます。

インテリジェント圧力トランスミッターは現場でどのように構成および校正されますか?

インテリジェント圧力トランスミッタの構成と校正は複数の方法で実行でき、どの方法を選択するかは、利用可能なインフラストラクチャと実行される特定のタスクによって異なります。これらの方法を理解することで、構成変更が正しく行われ、校正記録が品質および安全管理システムに必要な形式で維持されることが保証されます。

• Emerson 475 や他のサプライヤーの同様のデバイスなどの HART ハンドヘルド コミュニケータは、任意の便利なポイントで 4 ～ 20 mA ループに接続し、通常の動作を中断することなく、プロセス値の読み取り、構成パラメータの調整、セルフテストの実行、診断履歴の取得を行うためのメニュー駆動のインターフェイスを提供します。
• Emerson AMS Device Manager、Honeywell Field Device Manager、ABBability などの資産管理ソフトウェア プラットフォームは、プラント DCS と統合するか、HART マルチプレクサ経由で統合して、施設全体のすべてのインテリジェント フィールド デバイスの集中構成管理、校正スケジュール、診断傾向、監査証跡文書化を提供します。
• 送信機ハウジングのローカルゼロおよびスパン押しボタンにより、外部機器なしで基本的なレンジ調整が可能です。これは、制御室のインフラストラクチャがまだ完全に動作していない可能性がある試運転中に役立ちます。
• インテリジェントトランスミッタの校正には、校正済みの圧力源から既知の基準圧力を適用し、トランスミッタの出力を期待値と比較することが含まれます。必要なトリム (ゼロまたはスパン出力の調整) は、ハードウェアのポテンショメータを調整するのではなく、コミュニケータを介してデジタル的に実行されます。つまり、補正は数学的に正確で、デバイスのメモリに保存されている基礎となるセンサーの特性に影響を与えることなく、完全に元に戻すことができます。

インテリジェント圧力トランスミッターが最新のプロセス計装のデフォルトの選択肢となっているのは、流行のためではなく、マイクロプロセッサーベースのアーキテクチャーにより、測定精度、メンテナンス効率、統合機能が目に見えて向上し、設置の全ライフサイクルにわたって運用コストの削減とプロセスの信頼性の向上に直接つながるためです。