現場(chǎng)總線(xiàn)溫度變送器原理及應用

一、引言

　　信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統結構的變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò )集成自動(dòng)化系統為基礎的企業(yè)信息系統。現場(chǎng)總線(xiàn)就是順應這一形勢發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。現場(chǎng)總線(xiàn)是應用在生產(chǎn)現場(chǎng)，在微機化測量控制設備（稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)儀表）之間實(shí)現雙向串行多節點(diǎn)數字通信系統，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò )，它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化系統中具有廣泛的應用前景。

　　目前，在國內可購到的FF（現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )）現場(chǎng)總線(xiàn)儀表有：羅斯蒙特公司的FF3051壓力（壓差）變送器、FF3244MV溫度變送器、FFDVC50000智能閥門(mén)；Smart公司的FFLD302壓力（壓差）變送器、FFTT302溫度變送器、FFFP302現場(chǎng)總線(xiàn)到氣壓轉換器。本文從工程應用出發(fā)，對FFTT302現場(chǎng)總線(xiàn)溫度變送器的原理和應用加以介紹，以供自動(dòng)化人員參考。

二、原理

1、功能與特性

　　TT302是一種將溫度、溫差、毫伏等工業(yè)過(guò)程參數轉變?yōu)楝F場(chǎng)總線(xiàn)數字信號的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式（現場(chǎng)）儀表的作用。

　　TT302測量溫度配用RTD（熱電阻）或熱電偶，但也可配用其他具有電阻或毫伏輸出的傳感器，諸如高溫計、負荷傳感器、電阻或位置指示器等。TT302采用數字技術(shù)后能實(shí)現下列性能：?jiǎn)我坏男吞柲芙邮芏喾N傳感器、寬量程范圍、單值或差值測量；在現場(chǎng)和控制室之間接口容易，可大大減少安裝和維護費用，能接受二路輸入，也就是說(shuō)有兩個(gè)測量點(diǎn)，準確度為0.02%。

　　TT302溫度變送器內裝AI（模擬輸入）、PID（比例加積分加微分控制）、ISS（輸入選擇）、CHAR（線(xiàn)性化）和ARTH（計算）等5種功能模塊。它們具有可由用戶(hù)組態(tài)的基本功能，各種功能模塊都有輸入、輸出，并裝有參數和一個(gè)算法。各功能模塊用一個(gè)標識符來(lái)表示，功能模塊的輸入、輸出等能用其他儀表從總線(xiàn)上讀出，它們之間也能互相連接，其他儀表也能寫(xiě)入模塊的輸入。TT302與其他現場(chǎng)總線(xiàn)儀表互連構成現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。用戶(hù)可通過(guò)功能模塊的連接建立適合控制應用所需的控制策略。

2、硬件構成原理

　　由TT302輸入板、主電路板和顯示板組成。TT302接受來(lái)自熱電偶（TC）、mV發(fā)生器、熱電阻（ohm）傳感器的信號，這些輸入信號必須在規定范圍內。電壓規定范圍為50~500mV，電阻的規定范圍為0~200W。量程可以組態(tài)。

①輸入板

　　MUX為多路轉換器，它的作用是確保傳感器端子到信號調理板接收的電壓信號是正確的端子間電壓。

　　信號調理板的功能是給輸入信號乘上一個(gè)正確的增益以適合A/D（模/數）轉換器的信號接收范圍。

　　電源隔離和信號隔離的作用是防止輸入信號與地形成地環(huán)電流而引入干擾。來(lái)自主電路板CPU的控制信號和來(lái)自A/D轉換器的信號通過(guò)光電耦合器傳輸，從而實(shí)現了信號電的隔離。同樣，輸入板上的電源也必須是隔離的，電源隔離是采用把直流轉換為一高頻交流，并使用變壓器分隔電的聯(lián)系來(lái)實(shí)現的。

②主電路板

　　中央處理器CPU是TT302的核心部件，它控制著(zhù)整個(gè)儀表各個(gè)部件的協(xié)調工作、線(xiàn)性化和通信。系統程序存貯于CPU外部的只讀存貯器PROM，運算數據暫存貯于RAM，如果電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，RAM中的數據就會(huì )丟失。然而，CPU內還有一個(gè)非易失性存貯器EEPROM，當電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，這里的數據仍保留。因此，一些重要的標定、組態(tài)和辨識等應用程序都存貯在這里。主電路板上的EEPROM存貯器用來(lái)存貯組態(tài)參數（指功能模塊的參數）。

　　CPU與信號整形之間是通信控制器，此控制器用來(lái)監視現場(chǎng)總線(xiàn)上的占空系數（或情況），調制和解調通信信號，引入和刪除數字信號中開(kāi)始和結束的定界符。

　　本機調整為兩個(gè)干簧管（也稱(chēng)磁性開(kāi)關(guān)）[1]。在本機調整時(shí)，不用打開(kāi)儀表的端蓋，即在儀表的電路全部被密封的情況下，利用磁棒的置入與置出就可觸發(fā)TT302內的磁開(kāi)關(guān)，進(jìn)行儀表的組態(tài)和調整，從而使現場(chǎng)儀表內的電子元件不與現場(chǎng)的惡劣環(huán)境直接接觸，大大延長(cháng)了電子元件的使用壽命，也使儀表適應惡劣環(huán)境的性能得到提高。

　　TT302是由現場(chǎng)總線(xiàn)供電的，供電電壓為9~32VDC。在供電的同時(shí)，儀表的輸入-輸出的數字信號也由現場(chǎng)總線(xiàn)傳輸，與二線(xiàn)制模擬變送器相近，但現場(chǎng)總線(xiàn)中的數字信號是雙向的，而且傳輸的是多個(gè)信號。信號規程符合IEC-1158-2，本安，隔爆。

③顯示板

　　顯示板是一個(gè)從CPU接收數據的微功耗液晶顯示器，它為四位半數字值和五位字母的LCD（液晶顯示器）。

三、應用[2]

　　目前，在中國已有十幾家工業(yè)企業(yè)選用了Smart公司的302現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。安慶石化腈綸廠(chǎng)是國內率先采用Smart302現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的廠(chǎng)家，其現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統應用示意圖如圖2所示。

　　PCI為過(guò)程控制接口卡，它通過(guò)卡上的OPRAM（雙口RAM）與PC機CPU進(jìn)行快速信息交換，從而實(shí)現PC機與所有現場(chǎng)總線(xiàn)儀表間的信息交換，而PC機的CPU主要從事管理工作。每塊卡可接4個(gè)相互獨立的通道，每個(gè)通道下可掛接4塊總線(xiàn)安全柵（SB302）。

　　總線(xiàn)安全柵除了起總線(xiàn)安全隔離作用外，還起總線(xiàn)供電和總線(xiàn)重復器（放大器）作用。

　　LD302是一種將差壓、絕壓、差壓、液位和流量等工業(yè)過(guò)程參數轉變?yōu)楝F場(chǎng)總線(xiàn)數字信號的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式儀表的作用。

　　TT302可就地實(shí)現溫度的自動(dòng)控制，同時(shí)把溫度信號通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳送給操作站。

　　FI302是把現場(chǎng)總線(xiàn)數字信號轉換為4~20mADC電流信號的轉換器，IF302是把4~20mA(DC)電流信號轉換為現場(chǎng)總線(xiàn)數字信號的轉換器。這兩個(gè)轉換器可使現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統與常規模擬控制系統相連。

　　操作站采用普通工控機及AIMAX-WIN人機界面軟件。

　　雙向的全數字通信總線(xiàn)從控制室的操作站一直延伸到現場(chǎng)儀表，中間節省了很多A/D、D/A等環(huán)節，既可提高系統的精度，又可減少I(mǎi)/O卡及其安裝空間，因而可以大大減少運行和維護方面的費用。在安全可靠性方面，由于控制功能下放在各處的現場(chǎng)總線(xiàn)儀表內，從而將危險分散，大大提高了系統的可靠性。

四、結束語(yǔ)

　　現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的優(yōu)越性是不容置疑的，因此，象TT302這樣的現場(chǎng)總線(xiàn)儀表是很有發(fā)展前途的儀表，它將使傳統的傳感器或變送器消失，從而開(kāi)創(chuàng )一個(gè)工業(yè)控制的新時(shí)代。