现场总线变送器原理及应用

分享到:
点击量: 152266

  一、引言

  信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线就是顺应这一形势发展起来的新技术。现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备(称为现场总线仪表)之间实现双向串行多节点数字通信系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络,它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。

  目前,在国内可购到的FF(现场总线基金会)现场总线仪表有:罗斯蒙特公司的FF3051压力(压差)变送器、FF3244MV温度变送器、FFDVC50000智能阀门;Smart公司的FFLD302压力(压差)变送器、FFTT302温度变送器、FFFP302现场总线到气压转换器。本文从工程应用出发,对FFTT302现场总线温度变送器的原理和应用加以介绍,以供自动化人员参考。

  二、原理

  1、功能与特性

  TT302是一种将温度、温差、毫伏等工业过程参数转变为现场总线数字信号的变送器,它还具有控制功能,起到了基地式(现场)仪表的作用。

  TT302测量温度配用RTD(热电阻)或热电偶,但也可配用其他具有电阻或毫伏输出的传感器,诸如高温计、负荷传感器、电阻或位置指示器等。TT302采用数字技术后能实现下列性能:单一的型号能接受多种传感器、宽量程范围、单值或差值测量;在现场和控制室之间接口容易,可大大减少安装和维护费用,能接受二路输入,也就是说有两个测量点,准确度为0.02%。

  TT302温度变送器内装AI(模拟输入)、PID(比例加积分加微分控制)、ISS(输入选择)、CHAR(线性化)和ARTH(计算)等5种功能模块。它们具有可由用户组态的基本功能,各种功能模块都有输入、输出,并装有参数和一个算法。各功能模块用一个标识符来表示,功能模块的输入、输出等能用其他仪表从总线上读出,它们之间也能互相连接,其他仪表也能写入模块的输入。TT302与其他现场总线仪表互连构成现场总线控制系统。用户可通过功能模块的连接建立适合控制应用所需的控制策略。

  2、硬件构成原理

  由TT302输入板、主电路板和显示板组成。TT302接受来自热电偶(TC)、mV发生器、热电阻(ohm)传感器的信号,这些输入信号必须在规定范围内。电压规定范围为50~500mV,电阻的规定范围为0~200W。量程可以组态。

  (1)输入板

  MUX为多路转换器,它的作用是确保传感器端子到信号调理板接收的电压信号是正确的端子间电压。

  信号调理板的功能是给输入信号乘上一个正确的增益以适合A/D(模/数)转换器的信号接收范围。

  电源隔离和信号隔离的作用是防止输入信号与地形成地环电流而引入干扰。来自主电路板CPU的控制信号和来自A/D转换器的信号通过光电耦合器传输,从而实现了信号电的隔离。同样,输入板上的电源也必须是隔离的,电源隔离是采用把直流转换为一高频交流,并使用变压器分隔电的联系来实现的。

  (2)主电路板

  中央处理器CPU是TT302的核心部件,它控制着整个仪表各个部件的协调工作、线性化和通信。系统程序存贮于CPU外部的只读存贮器PROM,运算数据暂存贮于RAM,如果电源开关断开,RAM中的数据就会丢失。然而,CPU内还有一个非易失性存贮器EEPROM,当电源开关断开时,这里的数据仍保留。因此,一些重要的标定、组态和辨识等应用程序都存贮在这里。主电路板上的EEPROM存贮器用来存贮组态参数(指功能模块的参数)。

  CPU与信号整形之间是通信控制器,此控制器用来监视现场总线上的占空系数(或情况),调制和解调通信信号,引入和删除数字信号中开始和结束的定界符。

  本机调整为两个干簧管(也称磁性开关)。在本机调整时,不用打开仪表的端盖,即在仪表的电路全部被密封的情况下,利用磁棒的置入与置出就可触发TT302内的磁开关,进行仪表的组态和调整,从而使现场仪表内的电子元件不与现场的恶劣环境直接接触,大大延长了电子元件的使用寿命,也使仪表适应恶劣环境的性能得到提高。

  TT302是由现场总线供电的,供电电压为9~32VDC。在供电的同时,仪表的输入-输出的数字信号也由现场总线传输,与二线制模拟变送器相近,但现场总线中的数字信号是双向的,而且传输的是多个信号。信号规程符合IEC-1158-2,本安,隔爆。

  (3)显示板

  显示板是一个从CPU接收数据的微功耗液晶显示器,它为四位半数字值和五位字母的LCD(液晶显示器)。

  三、应用

  目前,在中国已有十几家工业企业选用了Smart公司的302现场总线控制系统。安庆石化腈纶厂是国内率先采用Smart302现场总线控制系统的厂家,其现场总线控制系统应用示意图如图2所示。

  PCI为过程控制接口卡,它通过卡上的OPRAM(双口RAM)与PC机CPU进行快速信息交换,从而实现PC机与所有现场总线仪表间的信息交换,而PC机的CPU主要从事管理工作。每块卡可接4个相互独立的通道,每个通道下可挂接4块总线安全栅(SB302)。

  总线安全栅除了起总线安全隔离作用外,还起总线供电和总线重复器(放大器)作用。

  LD302是一种将差压、绝压、差压、液位和流量等工业过程参数转变为现场总线数字信号的变送器,它还具有控制功能,起到了基地式仪表的作用。

  TT302可就地实现温度的自动控制,同时把温度信号通过现场总线传送给操作站。

  FI302是把现场总线数字信号转换为4~20mADC电流信号的转换器,IF302是把4~20mA (DC)电流信号转换为现场总线数字信号的转换器。这两个转换器可使现场总线控制系统与常规模拟控制系统相连。

  操作站采用普通工控机及AIMAX-WIN人机界面软件。

  双向的全数字通信总线从控制室的操作站一直延伸到现场仪表,中间节省了很多A/D、D/A等环节,既可提高系统的精度,又可减少I/O卡及其安装空间,因而可以大大减少运行和维护方面的费用。在安全可靠性方面,由于控制功能下放在各处的现场总线仪表内,从而将危险分散,大大提高了系统的可靠性。

  四、结束语

  现场总线控制系统的优越性是不容置疑的,因此,象TT302这样的现场总线仪表是很有发展前途的仪表,它将使传统的传感器或变送器消失,从而开创一个工业控制的新时代。