對于熱工控制儀表,在設(shè)計時就應(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,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)計成既可以配熱電偶,也可以配熱電阻,既可以測或一個點的溫度,也可以測量幾個點的溫度(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(即有一個活零點),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)濟性有著直接影響。下面昌暉儀表對直流電流、直流電壓進行分析比較。
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:
?、僦绷鞅冉涣鞲蓴_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缺點。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。
?、谥绷餍盘枌ω?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。
?、苤绷餍盘柸菀撰@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,如果一個發(fā)送儀表的輸出電壓要同時輸送給幾個接收儀表,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輸送給幾個接收儀表,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:
?、贋闇p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?/div>
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,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,要求每個儀表的輸入阻抗就越大。
用直流電壓作為聯(lián)絡(luò)信號時,由于儀表是并聯(lián)連接,其主要優(yōu)點是:在設(shè)計安裝上比較簡單;增加或減少某個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,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)電流不一樣,分別為4mA和0mA。前者稱為活零點信號,后者稱為真零信號。
真零信號下限值從零開始,便于進行模擬量的加、減、乘、除、開方等數(shù)學(xué)運算,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,能及時發(fā)現(xiàn)故障,對生產(chǎn)安全極為有利。
采用活零點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。
要在運算處理活零點信號之前,先把對應(yīng)于零點的信號值減掉,運算完的結(jié)果還要把零點信號加上去。固然不甚方便,但在廣泛應(yīng)用運算放大器和微處理器的儀表里,減或者加幾個常數(shù)是非常容易的,所以采用活零點也就不成問題了。
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,因為微弱信號易受到干擾,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)計上的困難。
當(dāng)確定采用活零點信號后,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。
相關(guān)資訊:淺析智能壓力變送器關(guān)于量程的概念
相關(guān)資訊:淺析智能壓力變送器關(guān)于量程的概念