仪表信号传输之电动信号的传输要求

2023/4/17 19:25:12 人评论 次浏览 分类:调试维修  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/4783.html

随着工厂(装置)规模的不断扩大,控制系统的配置变得越来越复杂,集中管控的方式也越来越普遍,因此,就需要将过程变量按照统一的信号格式来进行转换与传输,如图1所示。

将过程变量按照统一的信号格式来进行转换与传输

信号是将测量的过程变量(如:温度、压力、流量、液位、组分等),按照一定精度和一定关系,经过转换后形成信息的一种物理表现。


在流程工业的过程控制中,采用的信号类型分别为气动信号、电动信号和光信号。


电动信号的传输要求

作为电动信号,可以测量热电偶的电压、热电阻的阻值变化以及流量、压力、液位等过程参数被转换为标准的电流信号。电动信号分为模拟信号和数字信号,前者为连续信号,后者为离散的、不连续信号,二者之间可以通过A/D,D/A转换单元进行转换。

1、流程工业中的信号类型

4-20mA(DC)/1-5V(DC)、4-20mA(DC)+数字信号(如HART)、数字信号。4-20mA(DC)/1-5V(DC)信号为国际公认的标准模拟信号。现场传输信号为4-20mA(DC)(或叠加数字信号),控制室内传输信号为1-5V(DC),信号电流与电压的转换电阻为250Ω。数字信号的大小采用有限位的二进制数表示。

①信号下限为4mA,不与机械零点重合,容易识别断电、断路等故障;变送器需要一定的静态工作电流;

②信号上限为20mA,是基于安全防爆、功耗等方面的考虑;
③电动信号还有0-20mA,0-10mA,0-10V,0-5V等信号,目前已较少使用。电动信号种类见表1所列。

表1 电动信号种类

电动信号种类
 
2、电动信号的优缺点

1)电动信号优点
①电动信号适用于计算机类控制系统的测量与控制;
②信号的传输距离长,且信号传输相应速度快、无延迟;
③计算功能构成简单,精度高;
④电动信号能够实现多点记录;
⑤仪表小型化,便于集中管理;
⑥可动部件少,在长时间使用时能够保持性能不变;
⑦数字信号受干扰很小,具有高可靠性、高稳定性、高精度。

2)电动信号缺点

①电源故障时不能信号传输,需使用UPS装置;
②因制造商的不同也会有不同的信号电平;
③电动信号易受到电力电缆等引起的电磁干扰;
④在爆炸环境中使用时,必须采用防爆结构。

3)信号线制

信号线制主要分为两线制、三线制、四线制。

①两线制是指现场仪表(如变送器)和控制室仪表之间采用两根导线连接,两根导线既是电源线,又是信号线,既节省电缆和安装费用,又有利于安全防爆。


②三线制是指现场仪表(如变送器)电源线的公共端(负端)和信号线的负端共用一根线,相比四线制节省一根导线,故称为三线制。


③四线制是指现场仪表(如变送器)采用两根电源线供电,采用两根导线传输信号至控制室仪表,由此称为四线制。


HART(Highway Addressable Remote Transducer),可寻址远程传感器高速公路通信协议,用于现场智能仪表和控制室设备(如DCS等)之间的通信协议。目前,智能仪表信号传输是将HART协议叠加在4-20mA(DC)的模拟信号上,实现智能仪表的信号传输及双向数字通信,二者在同一对导线上传输且互不干扰;仪表的测量信号采用4-20mA(DC)传输,智能仪表设备的信息、状态、组态、校准、诊断等信息通过HART协议进行访问;这种方式处于模拟向纯数字信号传输转变的过渡。通过手持通信终端、仪表设备管理系统(IDM)等对现场的智能仪表进行管理。优点:信号叠加具有兼容性好,额外提供现场设备信息,基本能够满足仪表设备管理系统(IDM)的需求。缺点:数字信号传输速度低,模拟信号的缺点无法避免。


现场总线是连接现场智能仪表与控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的一种通信网络。其特点是数字化、分布式、开放性、双向串行传输、互操作性、互用性、节省布线空间、智能自诊断性。优点:数字信号传输速率高;信号多样化;传输信息多;能够实现双向数字通信;控制功能灵活;减少I/O模块;减少信号电缆数量与种类。缺点:技术复杂;维护成本高;不易于维护;种类较多,兼容性较差。


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