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溫度變送器原理介紹及應(yīng)用

摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備（稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線儀表）之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，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(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文從工程應(yīng)用出發(fā)，介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線溫度變送器的原理和應(yīng)用，以供自動(dòng)化人員參考。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線、溫度變送器、原理、應(yīng)用。

一、引言

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備（稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線儀表）之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)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(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，在國(guó)內(nèi)可購(gòu)到的FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線儀表有：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(xiàn)場(chǎng)總線到氣壓轉(zhuǎn)換器。本文從工程應(yīng)用出發(fā)，對(duì)FFTT302溫度變送器的原理和應(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式（現(xiàn)場(chǎng)）儀表的作用。

TT302測(cè)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(jì)、負(fù)荷傳感器、電阻或位置指示器等。TT302采用數(shù)字技術(shù)后能實(shí)現(xiàn)下列性能：?jiǎn)我坏男吞?hào)能接受多種傳感器、寬量程范圍、單值或差值測(cè)量；在現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間接口容易，可大大減少安裝和維護(hù)費(fèi)用，能接受二路輸入，也就是說(shuō)有兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，準(zhǔn)確度為0.02%。

TT302溫度變送器內(nèi)裝AI（模擬輸入）、PID（比例加積分加微分控制）、ISS（輸入選擇）、CHAR（線性化）和ARTH（計(jì)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(shù)和一個(gè)算法。各功能模塊用一個(gè)標(biāo)識(shí)符來(lái)表示，功能模塊的輸入、輸出等能用其他儀表從總線上讀出，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(xiàn)場(chǎng)總線儀表互連構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。用戶(hù)可通過(guò)功能模塊的連接建立適合控制應(yīng)用所需的控制策略。

2、硬件構(gòu)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(hào)，這些輸入信號(hào)必須在規(guī)定范圍內(nèi)。電壓規(guī)定范圍為50~500mV，電阻的規(guī)定范圍為0~200W。量程可以組態(tài)。

①輸入板

MUX為多路轉(zhuǎn)換器，它的作用是確保傳感器端子到信號(hào)調(diào)理板接收的電壓信號(hào)是正確的端子間電壓。

信號(hào)調(diào)理板的功能是給輸入信號(hào)乘上一個(gè)正確的增益以適合A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器的信號(hào)接收范圍。

電源隔離和信號(hào)隔離的作用是防止輸入信號(hào)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(hào)和來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)通過(guò)光電耦合器傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)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(zhuǎn)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(xiàn)的。

②主電路板

中央處理器CPU是TT302的核心部件，它控制著整個(gè)儀表各個(gè)部件的協(xié)調(diào)工作、線性化和通信。系統(tǒng)程序存貯于CPU外部的只讀存貯器PROM，運(yùn)算數(shù)據(jù)暫存貯于RAM，如果電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，RAM中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。然而，CPU內(nèi)還有一個(gè)非易失性存貯器EEPROM，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，這里的數(shù)據(jù)仍保留。因此，一些重要的標(biāo)定、組態(tài)和辨識(shí)等應(yīng)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(shù)（指功能模塊的參數(shù)）。CPU與信號(hào)整形之間是通信控制器，此控制器用來(lái)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)總線上的占空系數(shù)（或情況），調(diào)制和解調(diào)通信信號(hào)，引入和刪除數(shù)字信號(hào)中開(kāi)始和結(jié)束的定界符。

本機(jī)調(diào)整為兩個(gè)干簧管（也稱(chēng)磁性開(kāi)關(guān)）[1]。在本機(jī)調(diào)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(nèi)的磁開(kāi)關(guān)，進(jìn)行儀表的組態(tài)和調(diào)整，從而使現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)的電子元件不與現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境直接接觸，大大延長(zhǎng)了電子元件的使用壽命，也使儀表適應(yīng)惡劣環(huán)境的性能得到提高。

TT302是由現(xiàn)場(chǎng)總線供電的，供電電壓為9~32VDC。在供電的同時(shí)，儀表的輸入-輸出的數(shù)字信號(hào)也由現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸，與二線制模擬變送器相近，但現(xiàn)場(chǎng)總線中的數(shù)字信號(hào)是雙向的，而且傳輸?shù)氖嵌鄠€(gè)信號(hào)。信號(hào)規(guī)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(shù)據(jù)的微功耗液晶顯示器，它為四位半數(shù)字值和五位字母的LCD（液晶顯示器）。

三、應(yīng)用

目前，在中國(guó)已有十幾家工業(yè)企業(yè)選用了Smart公司的302現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。安慶石化腈綸廠是國(guó)內(nèi)率先采用Smart302現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的廠家，其現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)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(jī)CPU進(jìn)行快速信息交換，從而實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與所有現(xiàn)場(chǎng)總線儀表間的信息交換，而PC機(jī)的CPU主要從事管理工作。每塊卡可接4個(gè)相互獨(dú)立的通道，每個(gè)通道下可掛接4塊總線安全柵（SB302）。

總線安全柵除了起總線安全隔離作用外，還起總線供電和總線重復(fù)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(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)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(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，同時(shí)把溫度信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給操作站。

FI302是把現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mADC電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，IF302是把4~20mA （DC）電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器可使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬控制系統(tǒng)相連。

操作站采用普通工控機(jī)及AIMAX-WIN人機(jī)界面軟件。

雙向的全數(shù)字通信總線從控制室的操作站一直延伸到現(xiàn)場(chǎng)儀表，中間節(jié)省了很多A/D、D/A等環(huán)節(jié)，既可提高系統(tǒng)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(yùn)行和維護(hù)方面的費(fèi)用。在安全可靠性方面，由于控制功能下放在各處的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表內(nèi)，從而將危險(xiǎn)分散，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

四、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)越性是不容置疑的，因此，象TT302這樣的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表是很有發(fā)展前途的儀表，它將使傳統(tǒng)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。

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