| 壓力變送器等儀表應(yīng)用過程中模擬信號傳輸與模擬信號標(biāo)準(zhǔn)化 |
| 信息來源： 壓力變送器 | 2024-04-26 點(diǎn)擊量： 5168 |
對于熱工控制儀表，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)力求做到通用化和相互兼容。通用化是指同一臺儀表可以來顯示或控制不同的參數(shù)，盡管被測的參數(shù)千差萬別，不論它們的變化范圍如何，雖然所用的傳感器、變送器、轉(zhuǎn)換器不一樣，但顯示儀表卻完全相同，目前這些技術(shù)在顯示儀表上已成熟應(yīng)用。相互兼容(也稱可互換性)是指不同系列或不同生產(chǎn)廠家的儀表能夠共同使用在同一檢測控制系統(tǒng)中，彼此配合，共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。如能做到通用化和相互兼容，就能改善控制儀表及其部件的互換性，減少備品備件，在生產(chǎn)工藝流程改變時(shí)，原有儀表中的大多數(shù)都能物盡其用，節(jié)省改建的投資。
以前廣泛使用的電動或氣動單元組合儀表具有很好的通用性，不僅其顯示單元和控制單元是通用的，甚至像差壓變送器這樣的變送單元也可以用于壓力、流量、液位、密度和力等多種信號的測量。比如智能溫度變送器設(shè)計(jì)成既可以配熱電偶，也可以配熱電阻，既可以測或一個(gè)點(diǎn)的溫度，也可以測量幾個(gè)點(diǎn)的溫度(通常被稱為溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀)或溫差，其測量范圍和零點(diǎn)都能自由調(diào)整。通用化不但使儀表制造廠減少了品種規(guī)格，還給用戶帶來靈活方便、一物多用的好處。
在火電廠中，安裝在控制室的DCS系統(tǒng)要與安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的壓力變送器、執(zhí)行器等進(jìn)行信號連接，要做到通用性和相互兼容，必須統(tǒng)一儀表間的信號制式，無論模擬信號還是數(shù)字信號都應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化。
信號制是指在成套系列儀表中，各個(gè)儀表的輸入、輸出信號采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號問題。只有采用統(tǒng)一信號，才能使各個(gè)儀表間的任意連接成為可能。
1、模擬氣動信號標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 777-2008《工業(yè)自動化儀表用模擬氣動信號》中規(guī)定：模擬氣動信號下限值為20kPa，上限值為100kPa
2、模擬直流電流信號標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 3369.1-2008《過程控制系統(tǒng)用模擬信號 第1部分：直流電流信號》中模擬直流電流信號(負(fù)載電阻為0-300Ω)的規(guī)定見表1 表1 模擬直流電流信號
3、電模擬信號
電模擬信號有直流電流、直流電壓、交流電流和交流電壓四種。從信號范圍看，下限可以從零開始，也可以不從零開始(即有一個(gè)活零點(diǎn))，上限也可高可低。如何確定統(tǒng)一信號的種類和范圍，對整套儀表的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。下面昌暉儀表對直流電流、直流電壓進(jìn)行分析比較。
3.1直流電流信號
直流電流信號是目前使用*廣泛的信號類型，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①直流比交流干擾少
交流容易產(chǎn)生交變電磁場的干擾，對附近儀表和電路有影響，外界交流干擾信號混入后與有用信號形式相同，難以濾波；直流信號就沒有這個(gè)缺點(diǎn)。在信號傳輸中，直流不受到交流感應(yīng)影響，易于解決儀表的抗干擾問題。
②直流信號對負(fù)載的要求簡單
交流有頻率和相位問題，對負(fù)載的感抗或容抗敏感，使得影響因素增多，計(jì)算復(fù)雜；直流電路只考慮電阻。直流不受傳輸線路的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，不存在相位移問題，使接線簡化。
③采用直流信號便于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一信號，便于等現(xiàn)場儀表與壓力變送器數(shù)字儀表配用。
④直流信號容易獲得基準(zhǔn)電壓。因此，世界各國都以直流電流和直流電壓作為統(tǒng)一信號。
3.2 直流電壓信號
用直流電壓信號作為聯(lián)絡(luò)信號時(shí)，如果一個(gè)發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)輸送給幾個(gè)接收儀表，則幾臺接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接，如圖1所示。
發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)輸送給幾個(gè)接收儀表，則幾臺接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接
采用直流電壓信號需要注意兩點(diǎn)：
①為減少傳輸誤差，要求發(fā)送儀表內(nèi)阻r0及導(dǎo)線電阻Rcm足夠小。若遠(yuǎn)距離傳輸電壓信號，則增大了的Rcm值勢必對接收儀表電阻ri提出過高的要求，而輸入阻抗高將易于引入干擾，因此直流電壓信號不適于作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘枴?br /> ②接收儀表輸入阻抗越高，誤差越小。當(dāng)并接的儀表較多時(shí)，相當(dāng)于總的輸入阻抗減小，誤差增大，因此并接的儀表越多，要求每個(gè)儀表的輸入阻抗就越大。
用直流電壓作為聯(lián)絡(luò)信號時(shí)，由于儀表是并聯(lián)連接，其主要優(yōu)點(diǎn)是：在設(shè)計(jì)安裝上比較簡單；增加或減少某個(gè)儀表不會影響其他儀表工作；對儀表輸出級的耐壓要求可以降低，從而提高了儀表的可靠性。
從以上分析可見，直流電流信號傳輸與直流電壓信號傳輸各有特點(diǎn)，直流電流信號適于遠(yuǎn)距離傳輸，電壓信號使儀表可采用并聯(lián)連接。因此，在國外的電動儀表系統(tǒng)以及我國的DDZ-Ⅲ型儀表中，進(jìn)出控制室的傳輸信號采用直流電流信號，控制室內(nèi)部各儀表之間聯(lián)絡(luò)信號采用直流電壓信號，即連線的特點(diǎn)是電流傳輸、并聯(lián)接收電壓信號的方式。
4、信號上下限大小的比較
表1中，傳輸信號的下限值(零點(diǎn))電流不一樣，分別為4mA和0mA。前者稱為活零點(diǎn)信號，后者稱為真零信號。
真零信號下限值從零開始，便于進(jìn)行模擬量的加、減、乘、除、開方等數(shù)學(xué)運(yùn)算，處理起來十分方便，但是它難以區(qū)分正常情況下的下限值和電路故障(如斷線)，容易引起誤解或誤操；活零點(diǎn)信號在正常情況下是4mA，一旦出現(xiàn)0mA，肯定是發(fā)生了斷線、短路或是停電，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，對生產(chǎn)安全極為有利。
采用活零點(diǎn)信號不但為兩線制壓力變送器創(chuàng)造了工作條件，而且還能避開晶體管特性曲線的起始非線性，這也是4-20mA信號比0-10mA信號優(yōu)越之處。
要在運(yùn)算處理活零點(diǎn)信號之前，先把對應(yīng)于零點(diǎn)的信號值減掉，運(yùn)算完的結(jié)果還要把零點(diǎn)信號加上去。固然不甚方便，但在廣泛應(yīng)用運(yùn)算放大器和微處理器的儀表里，減或者加幾個(gè)常數(shù)是非常容易的，所以采用活零點(diǎn)也就不成問題了。
信號電流范圍的上限值受到電路功率的限制，不宜過大，以避免輸出電路的設(shè)計(jì)和器件選擇不便。況且信號電流過大還容易使導(dǎo)線和元件發(fā)熱，不利于安全防爆。國外的電動儀表。一般信號的上限都不超過50mA。從減小直流電流性信號在傳輸線中的功率損失和減小儀表體積，以及提高儀表的防爆性能等方面看，電流信號的上限值小些好。但是，信號上限值選擇過小也不好，因?yàn)槲⑷跣盘栆资艿礁蓴_，而且要求接收儀表壓力變送器有較高的靈敏度，這就給儀表的輸入和放大電路帶來設(shè)計(jì)上的困難。
當(dāng)確定采用活零點(diǎn)信號后，上限值與下限值之比*好是5:1，以便與氣動模擬信號的上下限有同樣的比值，這樣，直流電流信號和氣壓信號就有一一對應(yīng)關(guān)系，容易相互換算。所以，我國規(guī)定的4-20mA及輔助聯(lián)絡(luò)信號1-5V和20-100kPa具有同樣的上下限比值。這些就是4-20mA信號上下限范圍確定的由來。
以前廣泛使用的電動或氣動單元組合儀表具有很好的通用性，不僅其顯示單元和控制單元是通用的，甚至像差壓變送器這樣的變送單元也可以用于壓力、流量、液位、密度和力等多種信號的測量。比如智能溫度變送器設(shè)計(jì)成既可以配熱電偶，也可以配熱電阻，既可以測或一個(gè)點(diǎn)的溫度，也可以測量幾個(gè)點(diǎn)的溫度(通常被稱為溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀)或溫差，其測量范圍和零點(diǎn)都能自由調(diào)整。通用化不但使儀表制造廠減少了品種規(guī)格，還給用戶帶來靈活方便、一物多用的好處。
在火電廠中，安裝在控制室的DCS系統(tǒng)要與安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的壓力變送器、執(zhí)行器等進(jìn)行信號連接，要做到通用性和相互兼容，必須統(tǒng)一儀表間的信號制式，無論模擬信號還是數(shù)字信號都應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化。
信號制是指在成套系列儀表中，各個(gè)儀表的輸入、輸出信號采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號問題。只有采用統(tǒng)一信號，才能使各個(gè)儀表間的任意連接成為可能。
1、模擬氣動信號標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 777-2008《工業(yè)自動化儀表用模擬氣動信號》中規(guī)定：模擬氣動信號下限值為20kPa，上限值為100kPa
2、模擬直流電流信號標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 3369.1-2008《過程控制系統(tǒng)用模擬信號 第1部分：直流電流信號》中模擬直流電流信號(負(fù)載電阻為0-300Ω)的規(guī)定見表1 表1 模擬直流電流信號
|
下限（mA） |
下限（mA） |
說明 |
|
4 |
20 * |
**項(xiàng) |
|
0 |
20 ** |
**非*項(xiàng)，今后將會被取消 |
電模擬信號有直流電流、直流電壓、交流電流和交流電壓四種。從信號范圍看，下限可以從零開始，也可以不從零開始(即有一個(gè)活零點(diǎn))，上限也可高可低。如何確定統(tǒng)一信號的種類和范圍，對整套儀表的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。下面昌暉儀表對直流電流、直流電壓進(jìn)行分析比較。
3.1直流電流信號
直流電流信號是目前使用*廣泛的信號類型，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①直流比交流干擾少
交流容易產(chǎn)生交變電磁場的干擾，對附近儀表和電路有影響，外界交流干擾信號混入后與有用信號形式相同，難以濾波；直流信號就沒有這個(gè)缺點(diǎn)。在信號傳輸中，直流不受到交流感應(yīng)影響，易于解決儀表的抗干擾問題。
②直流信號對負(fù)載的要求簡單
交流有頻率和相位問題，對負(fù)載的感抗或容抗敏感，使得影響因素增多，計(jì)算復(fù)雜；直流電路只考慮電阻。直流不受傳輸線路的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，不存在相位移問題，使接線簡化。
③采用直流信號便于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一信號，便于等現(xiàn)場儀表與壓力變送器數(shù)字儀表配用。
④直流信號容易獲得基準(zhǔn)電壓。因此，世界各國都以直流電流和直流電壓作為統(tǒng)一信號。
3.2 直流電壓信號
用直流電壓信號作為聯(lián)絡(luò)信號時(shí)，如果一個(gè)發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)輸送給幾個(gè)接收儀表，則幾臺接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接，如圖1所示。
發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)輸送給幾個(gè)接收儀表，則幾臺接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接
采用直流電壓信號需要注意兩點(diǎn)：
①為減少傳輸誤差，要求發(fā)送儀表內(nèi)阻r0及導(dǎo)線電阻Rcm足夠小。若遠(yuǎn)距離傳輸電壓信號，則增大了的Rcm值勢必對接收儀表電阻ri提出過高的要求，而輸入阻抗高將易于引入干擾，因此直流電壓信號不適于作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘枴?br /> ②接收儀表輸入阻抗越高，誤差越小。當(dāng)并接的儀表較多時(shí)，相當(dāng)于總的輸入阻抗減小，誤差增大，因此并接的儀表越多，要求每個(gè)儀表的輸入阻抗就越大。
用直流電壓作為聯(lián)絡(luò)信號時(shí)，由于儀表是并聯(lián)連接，其主要優(yōu)點(diǎn)是：在設(shè)計(jì)安裝上比較簡單；增加或減少某個(gè)儀表不會影響其他儀表工作；對儀表輸出級的耐壓要求可以降低，從而提高了儀表的可靠性。
從以上分析可見，直流電流信號傳輸與直流電壓信號傳輸各有特點(diǎn)，直流電流信號適于遠(yuǎn)距離傳輸，電壓信號使儀表可采用并聯(lián)連接。因此，在國外的電動儀表系統(tǒng)以及我國的DDZ-Ⅲ型儀表中，進(jìn)出控制室的傳輸信號采用直流電流信號，控制室內(nèi)部各儀表之間聯(lián)絡(luò)信號采用直流電壓信號，即連線的特點(diǎn)是電流傳輸、并聯(lián)接收電壓信號的方式。
4、信號上下限大小的比較
表1中，傳輸信號的下限值(零點(diǎn))電流不一樣，分別為4mA和0mA。前者稱為活零點(diǎn)信號，后者稱為真零信號。
真零信號下限值從零開始，便于進(jìn)行模擬量的加、減、乘、除、開方等數(shù)學(xué)運(yùn)算，處理起來十分方便，但是它難以區(qū)分正常情況下的下限值和電路故障(如斷線)，容易引起誤解或誤操；活零點(diǎn)信號在正常情況下是4mA，一旦出現(xiàn)0mA，肯定是發(fā)生了斷線、短路或是停電，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，對生產(chǎn)安全極為有利。
采用活零點(diǎn)信號不但為兩線制壓力變送器創(chuàng)造了工作條件，而且還能避開晶體管特性曲線的起始非線性，這也是4-20mA信號比0-10mA信號優(yōu)越之處。
要在運(yùn)算處理活零點(diǎn)信號之前，先把對應(yīng)于零點(diǎn)的信號值減掉，運(yùn)算完的結(jié)果還要把零點(diǎn)信號加上去。固然不甚方便，但在廣泛應(yīng)用運(yùn)算放大器和微處理器的儀表里，減或者加幾個(gè)常數(shù)是非常容易的，所以采用活零點(diǎn)也就不成問題了。
信號電流范圍的上限值受到電路功率的限制，不宜過大，以避免輸出電路的設(shè)計(jì)和器件選擇不便。況且信號電流過大還容易使導(dǎo)線和元件發(fā)熱，不利于安全防爆。國外的電動儀表。一般信號的上限都不超過50mA。從減小直流電流性信號在傳輸線中的功率損失和減小儀表體積，以及提高儀表的防爆性能等方面看，電流信號的上限值小些好。但是，信號上限值選擇過小也不好，因?yàn)槲⑷跣盘栆资艿礁蓴_，而且要求接收儀表壓力變送器有較高的靈敏度，這就給儀表的輸入和放大電路帶來設(shè)計(jì)上的困難。
當(dāng)確定采用活零點(diǎn)信號后，上限值與下限值之比*好是5:1，以便與氣動模擬信號的上下限有同樣的比值，這樣，直流電流信號和氣壓信號就有一一對應(yīng)關(guān)系，容易相互換算。所以，我國規(guī)定的4-20mA及輔助聯(lián)絡(luò)信號1-5V和20-100kPa具有同樣的上下限比值。這些就是4-20mA信號上下限范圍確定的由來。
陜ICP備09007751號-1