КИПиА — это контрольно-измерительные приборы и автоматика: совокупность датчиков, вторичных приборов, регуляторов, исполнительных механизмов и средств связи, которые измеряют параметры процесса — температуру, давление, расход, уровень, массу — и передают данные в систему управления. В узком смысле КИПиА — это приборный парк предприятия, в широком — инженерное направление и служба, которая этот парк обслуживает. Ниже разбираем расшифровку, состав, классификацию датчиков и правила подбора приборов.
Что такое КИПиА: расшифровка и смысл термина
КИПиА расшифровывается как «контрольно-измерительные приборы и автоматика». Аббревиатура собирает два класса средств:
- Контрольно-измерительные приборы — датчики (первичные преобразователи), показывающие и регистрирующие приборы, измерительные преобразователи: всё, что измеряет и отображает параметры процесса
- Автоматика — регуляторы, логические устройства, сигнализация, блокировки и исполнительные механизмы: всё, что воздействует на процесс по результатам измерений
На практике термин шире своей расшифровки. Под КИПиА понимают всю измерительную инфраструктуру производства — от термопары на печи до шкафа с барьерами искрозащиты, — а также штатную единицу: отдел или службу КИПиА, специалистов которой в производственном сленге называют киповцами. Встречается и усечённый вариант «КИП» — по смыслу это то же самое, просто без явного упоминания автоматики.
Из чего состоит КИПиА на предприятии
Приборный парк удобно раскладывать на четыре функциональных уровня:
- Первичные преобразователи (датчики) — измеряют температуру, давление, расход, уровень, массу, положение, вибрацию, состав среды. Преобразуют физическую величину в унифицированный сигнал: ток 4–20 мА, напряжение или цифровой код
- Вторичные приборы — показывающие и регистрирующие приборы, нормирующие преобразователи, контроллеры и регуляторы, барьеры искрозащиты, блоки питания. Принимают сигнал датчика, отображают значение, формируют управляющее воздействие
- Исполнительные механизмы — регулирующие клапаны с позиционерами, приводы запорно-регулирующей арматуры, электроприводы. Воздействуют на процесс по команде регулятора или АСУ ТП
- Средства связи — кабельные линии, кроссовые шкафы, мультиплексоры, коммуникационные шлюзы и промышленные коммутаторы, которые связывают полевой уровень с контроллерами и системой управления
Граница между КИПиА и смежными дисциплинами условна: частотные преобразователи и устройства плавного пуска одни предприятия относят к КИПиА, другие — к электротехнической службе. Суть не в оргштате, а в функции: если устройство измеряет, регулирует или передаёт данные о процессе — это территория КИПиА.
Классификация датчиков по измеряемой величине
Датчики — самая массовая часть парка КИПиА. Классифицировать их удобнее всего по измеряемой величине:
| Величина | Типы датчиков | Где применяются |
|---|---|---|
| Температура | Термопреобразователи сопротивления, термопары, пирометры | Печи, трубопроводы, подшипниковые узлы, сушилки |
| Давление | Пьезорезистивные, ёмкостные и тензометрические преобразователи, датчики перепада | Пар, газ, жидкости; контроль перепада на фильтрах и диафрагмах |
| Расход | Электромагнитные, вихревые, ультразвуковые, кориолисовые расходомеры, сужающие устройства | Технологический и коммерческий учёт воды, пара, газов, дозирование |
| Уровень | Радарные, ультразвуковые, ёмкостные, гидростатические, сигнализаторы предельного уровня | Резервуары, силосы, бункеры, отстойники |
| Масса | Тензодатчики, весовые модули, конвейерные и бункерные весы | Дозирование, учёт сырья и готовой продукции, взвешивание ёмкостей |
| Положение и перемещение | Концевые выключатели, энкодеры, датчики приближения | Запорная арматура, механизмы, конвейеры, станки |
| Состав и качество среды | pH-метры, кондуктометры, газоанализаторы, датчики мутности | Водоподготовка, экологический контроль, газовая безопасность |
Выбор принципа измерения внутри одной величины — отдельная инженерная задача: уровень в резервуаре можно измерить радаром, гидростатикой или ёмкостным датчиком, и правильный ответ зависит от среды, температуры, давления и требуемой точности.
Весовые системы и тензодатчики
Весовые измерения выделяют в отдельное направление: тензодатчики работают на механике, а требования к ним — метрологические. Тензодатчик преобразует усилие в электрический сигнал: нагрузка деформирует упругий элемент, тензорезисторы мостовой схемы меняют сопротивление, и электроника пересчитывает изменение в массу. На одну ёмкость обычно ставят три-четыре датчика, поэтому критичны суммарная точность, температурная компенсация и защита от перекосов при монтаже.
Весовые модули и контроллеры добавляют к датчикам цифровую обработку: фильтрацию вибраций, диагностику обрыва и дрейфа, передачу результата в АСУ ТП по полевым сетям. Типовые применения — бункерные и резервуарные весы, дозаторы сыпучих материалов, конвейерное взвешивание, контроль расхода по потере массы.
D&A Group поставляет для весовых систем компоненты американских производителей: тензодатчики и весовые модули Hardy Process Solutions — для технологического взвешивания, дозирования и контроля расхода, и весовые модули Helm Instrument Company — для весового контроля и мониторинга процессов. Подбираем под задачу: пришлите тип ёмкости, нагрузку и требуемую точность — предложим конфигурацию.
Как КИПиА стыкуется с АСУ ТП
КИПиА и АСУ ТП — разные уровни одной системы: приборы дают измерения, система управления на их основе ведёт процесс. Стыковка идёт по трём каналам:
- Аналоговые сигналы — прежде всего токовая петля 4–20 мА: устойчива к помехам, позволяет диагностировать обрыв линии (ток ниже 4 мА) и до сих пор остаётся самым массовым интерфейсом датчиков
- HART — цифровой протокол поверх той же петли 4–20 мА: позволяет удалённо конфигурировать прибор, читать несколько переменных и диагностику, не разрывая аналоговый контур
- Цифровые сети — Modbus RTU/TCP, PROFIBUS DP, HART-мультиплексоры и другие полевые шины, по которым десятки приборов подключаются одной линией
Проблемы начинаются, когда протоколы не совпадают: приборы в поле говорят по Modbus, а контроллер Allen-Bradley (Аллен Брэдли) на EtherNet/IP их не понимает. Эту задачу решают коммуникационные шлюзы — например модули ProSoft Technology, которые встраиваются в шасси контроллеров Rockwell Automation (Роквелл Автоматизейшн) или работают как автономные устройства. Подробно разобрали их в статье про модули связи и шлюзы ProSoft.
Как выбирать приборы КИПиА: чек-лист
Подбор прибора — это не поиск «похожего артикула», а проверка пяти групп требований:
- Диапазон измерения — рабочее значение должно попадать в среднюю часть шкалы, с запасом на пиковые нагрузки, но без пятикратного избытка: погрешность считается от диапазона
- Точность — приведённая погрешность или класс точности под задачу: для коммерческого учёта и для технологической сигнализации требования принципиально разные
- Условия эксплуатации — температура и влажность окружающей среды, вибрация, агрессивность и температура измеряемой среды, материал контактных и погружных частей
- Взрывозащита — для взрывоопасных зон: маркировка Ex, вид взрывозащиты (искробезопасная цепь, взрывонепроницаемая оболочка), категория зоны; барьеры искрозащиты в шкафу подбираются в пару к прибору
- Выходной сигнал и протокол — 4–20 мА, HART, Modbus или полевая шина должны соответствовать входам контроллера и шкафной аппаратуре; при несовпадении в проект закладывают шлюз
Отдельная строка — метрология: если прибор участвует в коммерческом учёте, он должен быть внесён в госреестр средств измерений и иметь методику поверки. Межповерочный интервал влияет на стоимость владения не меньше, чем цена самого прибора.
