Analog ve Fieldbus Sistemler: Karşılaştırmalar ve Avantajlar

[Ahmet Ö.]

## Analog ve Fieldbus Sistemler: Karşılaştırmalar ve Avantajlar

Süreç kontrolü için elektriksel sinyal sistemleri hakkında bilgi edinin. Analog sistemlerin gelişmiş modern fieldbus protokollerine kıyasla sunduğu avantajlar nelerdir?

Erken üretim tesislerinde otomatik kontrol sistemleri bulunmuyordu; tüm süreçler insan müdahalesiyle başlatılıp durduruluyordu.

Elektronik enstrümantasyon zamanla mekanik ve pnömatik sistemlerin yerini aldı ve 4-20 mA akım döngüleri veya 0-10/0-5 volt DC gibi yaygın sinyal standartları ortaya çıktı.

Bu makalede, endüstriyel uygulamalarda en çok kullanılan sinyal aralıkları, kullanım alanları ve güçlü ile zayıf yönleri incelenecektir.

### Analog Sinyal Sistemleri

Geleneksel 4-20 mA akım döngüsü, proses kontrolünde yaygın olarak kullanılan bir sistemdir. 4 mA sinyali, gerçek proses değerinin minimumunu (örneğin akım, voltaj, debi, hız vb.) gösterirken, 20 mA maksimum değeri temsil eder. 4 mA'nin canlı sıfır olarak adlandırılması, açık devre arızalarının (örneğin kırık kablo) kolayca tespit edilmesini sağlar çünkü bu durumda sinyal 0 mA'ye düşer.

0-10 V DC sinyali birçok uygulamada kabul edilebilir; ancak Ohm kanununa göre uzun mesafelerde voltaj düşüşü meydana gelir ve sinyal kaybı yaşanır. Bu nedenle transmitter proses yakınına, kontrol cihazı ise uzakta ise, mA sinyal sistemi daha avantajlıdır.

Ohm Kanunu'na göre voltaj düşüşü (V), akım (I) ve direnç (R) çarpımına eşittir. Tel uzadıkça direncin artması nedeniyle voltaj sinyali daha çok kayba uğrar. Yerel kısa mesafelerde voltaj sinyalleri tercih edilir.

Son zamanlarda birçok mikrodenetleyici ve dijital I/O kartları 1-5 V DC sinyal istemesine rağmen endüstride 4-20 mA sinyali tercih edilmektedir. RTU/PLC gibi alıcılar, 4-20 mA sinyalini 1-5 V'a dönüştürmek için 250 Ω direnç kullanır.

### Fieldbus Sistemleri

Fieldbus, gönderici ve alıcı arasında dijital veri alışverişini sağlayan bir iletişim protokolüdür. Foundation Fieldbus, proses kontrolünde standartlaşmış bir dijital protokoldür ve aynı dijital ağ üzerinde birçok cihazın iletişimine olanak tanır.

Gönderici ve alıcı terimleri PLC, IED, RTU gibi kontrol birimleri için geçerlidir. Foundation Fieldbus, sadece telemetri değil aynı zamanda teşhis ve cihaz sağlık verilerini de iletir. Bakım ve arıza tespitinde servis mühendisleri uzaktan bağlantı ile cihaz ayarlarını kolaylıkla yapabilir.

Yaygın fieldbus protokolleri arasında HART, PROFIBUS ve Modbus bulunmaktadır. Geleneksel 4-20 mA sistemine kıyasla daha az kablolama gerektirir. Her cihaz için ayrı kablo yerine, cihazlar bus veya yıldız topolojide ağına bağlanır ve tek kablo kontrol ünitesine yönlendirilir.

Multiplexerler junction kutusunda yer alır ve birçok girişi tek seçilebilir çıkış kablosuna bağlar. Bu sayede güç ve iletişim sinyalleri tek kablo üzerinden iletilir.

### Fieldbus Temel Terimleri

• Trunk: Diğer kabloların bağlı olduğu ana iletişim hattı.
• Spur: Cihazları trunk hattına bağlayan yan kablo.
• H1 Bus: Sahadaki cihazları bağlayan 2 telli bükümlü çift kabloyu kullanan sahabus.
• HSE: Tesis çapında yüksek hızlı Ethernet ağı.

### HART Protokolü

HART (Highway Addressable Remote Transducer), kontrol ve enstrümantasyon alanında yaygın kullanılan açık standart bir protokoldür. Analog 4-20 mA hattı üzerinden dijital iletişim sağlar. Frequency Shift Keying (FSK) yöntemi ile 4-20 mA sinyaline fazladan dijital bilgi ekler.

HART yarı çift yönlü iletişim sağlar ve 1200 bit/saniye hızında veri iletir. Dijital sinyal 1200 Hz ve 2200 Hz frekanslarında çalışır; 1200 Hz bit "1"i, 2200 Hz bit "0"ı temsil eder.

### Sistemlerin Avantajları ve Kullanım Alanları

Her bir sinyal sistemi, farklı uygulamalar ve ihtiyaçlar için uygundur. Gelişen teknolojiyle birlikte bir sistem diğerine mutlak üstünlük sağlamamakta, tesisler genellikle çeşitli sistemlerin karışımını kullanmaktadır. Temel amaç, güvenilir veri toplama ve merkezi kontrol sistemleriyle yüksek performanslı kontrol sağlamaktır.