حس‌گرهای NAMUR چیست؟

دنیای اتوماسیون صنعتی را می‌توان به دو بخش کلی تقسیم نمود: اتوماسیون فرایندی و اتوماسیون تولید قطعات و انواع کالا و محصولات. از نمونه‌های صنایع فرایندی یا به عبارت دیگر پیوسته می‌توان به صنعت پتروشیمی، صنایع شیمیایی، تولید برق و … اشاره نمود که از مشخصه‌های بارز آن وجود تعداد زیاد سیگنال‌های آنالوگ و لوپ‌های کنترلی است و به فرایندهای پیوسته نیز معروف هستند. در اتوماسیون صنعتی تولید قطعات و انواع محصولات، دستگاه‌های تولیدی در سطح یک کارخانه معمولاً به صورت مجزا کار کرده و بر عکس صنایع فرایندی تعداد سیگنال‌های آنالوگ محدود بوده و در مقابل تعداد سیگنال‌های دیجیتال (باینری) زیاد است.
البته در بین این دو فرایند صنایعی وجود دارند که تلفیقی از این دو مورد ذکر شده هستند که می‌توان به عنوان نمونه به صنایع داروسازی اشاره نمود.
هریک از دو نوع اتوماسیون صنعتی ذکر شده در خصوص سیگنال‌های ورودی حس‌گرها و خروجی به عمل‌گرها مشخصات ویژه‌ای را می‌طلبند که با هم‌دیگر متفاوت هستند.
در سال ۱۹۴۹ در کشور آلمان و با همکاری سه شرکت بزرگ تولید مواد پتروشیمی (BAYER, BASF & Hüls)‌ گروه کاری برای تعریف استاندارد یا توصیه‌نامه برای انواع سیگنال‌های مورد استفاده در صنایع فرایندی و شیمیایی تشکیل گردید که به نام Normenarbeitsgemeinschaft für Mess- und Regeltechnik in der chemischen Industrie یا مخفف آن NAMUR معروف شد. البته امروزه نام آن به Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie تغییر یافته است.
درصنایع شیمیایی سیگنال‌های حس‌گرها و عمل‌گرها باید برخی مشخصات ویژه‌ داشته باشند که مهم‌ترین آنها به شرح زیر هستند:
⦁ به دلیل تعداد زیاد سیگنال‌ها، پراکندگی و گستردهٔ بودن فیزیکی آنها (صنایع شیمیایی به لحاظ وسعت بزرگ هستند) باید حتی‌الامکان از کابل کمتری استفاده نمود و مسافت طولانی برای انتقال سیگنال بدون افت آن امکان‌پذیر باشد.
⦁ سطح ولتاژ و جریان باید حتی‌الامکان محدود باشد (برای استفاده در محیط های قابل انفجار).
⦁ قطع بودن کابل ارتباطی قابل شناسایی باشد.
سه مشخصهٔ اصلی عنوان‌شده دلیل اصلی استفاده یا بهتر گفته شود ابداع سیگنال‌های آنالوگ 4-20 mA به صورت دوسیمه (تغذیه و سیگنال در دو رشته کابل انتقال می‌یابند) بود. همان طور بیان گردید سیگنال‌های آنالوگ در صنایع شیمیایی زیاد هستند و استفاده از این نوع سیگنال آنالوگ (جریان) نه تنها بعد مسافت را می‌تواند جبران کند بلکه استفاده از دو رشته کابل صرفه‌جویی در مصرف کابل را نیز برآورده می‌سازد. در حالت عادی سیگنال‌های آنالوگ نیاز به چهار رشته کابل دارند که دو رشته برای تغذیه و دو رشتهٔ دیگر برای سیگنال ارسالی است. همچنین به علت جاری بودن جریان ثابت ۴ میلی آمپر در حالت سکون (غیرفعال بودن حس‌گر یا عمل‌گر) در صورت قطع کابل، سامانهٔ کنترلی بجای ۴ میلی‌آمپر جریان صفررا دریافت می‌کند که نشان‌دهندهٔ قطع کابل است (Live zero). هم‌چنین سطح جریان سیگنال پایین بوده و در بسیاری از موارد می‌توان بدون تمهیدات خاص به طور مستقیم از این سیگنال در محیط‌های کم خطراستفاده کرد.
سیگنال آنالوگ 4-20 mA دو سیمه از مدت‌ها قبل در صنایع فرایندی استفاده می‌شد ولی برای حس‌گرهای دیجیتال (باینری) فکری نشده بود. در دههٔ هفتاد میلادی توصیه‌نامه‌ای نیز از طرف انجمن NAMUR برای حس‌گرهای باینری تعریف گردید. معمولاً از حس‌گرهای باینری برای تشخیص وجود یا عدم وجود اشیاء مانند حس‌گرهای الکترومغناطیس یا برای تشخیص سرعت گردش یک موتور استفاده می‌شود. این حس‌گرها در صنعت غیر فرایندی معمولاً سه سیمه (یکی برای تغذیه،یکی برای سیگنال و دیگری مشترک هر دو سیم) بوده و با تغذیهٔ 24 VDC‌ کار می‌کنند. برای اینکه این نوع از حس‌گرها در صنعت فرایندی نیز مورد استفاده قرار گیرند (سه مشخصهٔ بیان شده) انواع خاص آن به نام NAMUR-Sensor به بازار عرضه شده‌اند که مشخصات عمدهٔ آن‌ها به شرح زیر هستند:
⦁ دو سیمه هستند (تغذیه و سیگنال توسط دو سیم به‌جای سه سیم انتقال پیدا می‌کند).
⦁ ولتاژ کاری آن ثابت و برابر 8.2 VDC‌ است.
⦁ در حالت سکون حس‌گر (وجود نداشتن قطعهٔ قابل تشخیص) جریان عبوری از دو سیم 2.1 mA و در صورت وجود قطعه جریان به 1.2 mA افت می‌کند. سطح جریان ملاک وجود یا عدم وجود اشیاء است.
اکثر سامانه‌های کنترلی مانند PLC دارای کارت‌های ورودی باینری هستند که با سطح ولتاژ کاری 24 VDC کار می‌کنند به همین دلیل این حس‌گرها قابلیت اتصال مستقیم به این کارت‌ها را ندارند. برای این منظورباید از کارت‌های ورودی PLC‌ که مخصوص حس‌گرهای NAMUR‌ بوده یا از کارت های تقویت‌کننده خاص که برای این نوع حس گرها ساخته‌ شده‌اند و تغییر جریان عبوری از حس‌گر (1.2 mA or 2.1 mA) که نشان‌دهندهٔ وجود یا عدم وجود اشیاء هستند به 0 VDC‌ یا 24 VDC تبدیل می‌کنند استفاده نمود. خروجی این تقویت‌کننده قابل اتصال به کارت‌های ورودی معمولی PLC یا سایر سامانه‌های کنترلی خواهد بود. به علت پایین بودن سطح جریان این حس‌گرها استفاده از آنها در محیط‌های انفجاری امکان‌پذیر است.