控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置-控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置-變送器課件

1、第三章 變送器 變送器在自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)中的作用，是將各種工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，以供顯示、記錄或控制之用 1第三章 變送器 變送器在自動(dòng)檢測和控制分類 ：差壓變送器 壓力變送器 溫度變送器 液位變送器 流量變送器等按被測參數(shù)2分類 ：差壓變送器 壓力變送器 溫度變送器 液位變送器 流量變送器的理想輸入輸出特性 3變送器的理想輸入輸出特性 3 3.1. 概述 變送器的構(gòu)成原理 模擬式變送器的構(gòu)成原理 數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理 4 3.1. 概述 模擬式變送器的構(gòu)成原理 數(shù)字式變送器 模擬式變送器的構(gòu)成原理模擬式變送器的組成 測量部分 放大器 反饋部

2、分 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 5 模擬式變送器的構(gòu)成原理模擬式變送器的組成 測量部分 放當(dāng)滿足 1的條件時(shí) 模擬式變送器的輸入輸出關(guān)系 模擬式變送器的理想 輸入輸出特性6當(dāng)滿足 1的條件時(shí) 模擬式變送 在小型電子式變送器中，反饋部分往往僅由幾個(gè)電阻和電位器構(gòu)成，因此常把反饋部分和放大器合在一起作為一個(gè)負(fù)反饋放大部分看待；或者將反饋部分和放大器合做在一塊芯片內(nèi)，這樣變送器即可看成由測量部分和放大器兩部分組成。另外，調(diào)零和零點(diǎn)遷移環(huán)節(jié)也常常合并在放大器中。 7 在小型電子式變送器中，反饋部分往往僅由幾個(gè)電阻和 數(shù)字式變送器組成:二大部分軟 件包括系統(tǒng)程序和功能模塊硬件電路以微處理器CPU為核心 數(shù)字式變

3、送器的構(gòu)成原理 8 數(shù)字式變送器組成:二大部分軟 件數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成9數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成9 智能式變送器還配置有手持終端(外部數(shù)據(jù)設(shè)定器或組態(tài)器)，用于對變送器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如設(shè)定變送器的型號、量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整、輸入信號選擇、輸出信號選擇、工程單位選擇和阻尼時(shí)間常數(shù)設(shè)定以及自診斷等。 10 智能式變送器還配置有手持終端(外部數(shù)據(jù)設(shè)定器或組態(tài)器 數(shù)字式變送器的軟件構(gòu)成包括系統(tǒng)程序和功能模塊系統(tǒng)程序: 對變送器硬件的各部分電路進(jìn)行管理，并使變送器能完成最基本的功能，如模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、變送器自檢等 11 數(shù)字式變送器的軟件構(gòu)成包括系統(tǒng)程序和功能模塊系統(tǒng)程功能模塊可能有

4、：資源模塊 變量轉(zhuǎn)換 模擬輸入 量程自動(dòng)切換 非線性校正 溫度誤差校正 阻尼時(shí)間設(shè)定 顯示轉(zhuǎn)換 運(yùn)算功能 PID 控制功能 警報(bào) 12功能模塊可能有：資源模塊 變量轉(zhuǎn)換 模擬輸入 量程自3.1.2 變送器的一些共性問題 量程調(diào)整 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 線性化 變送器信號傳輸方式 133.1.2 變送器的一些共性問題 量程調(diào)整 零點(diǎn)調(diào)整和零 3.1.2.1. 量程調(diào)整 使變送器的輸出信號上限值ymax與測量范圍的上限值xmax相對應(yīng) 量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送器輸出信號y與輸入信號x之間的比例系數(shù) 14 3.1.2.1. 量程調(diào)整 使變送器的輸出信號上量程調(diào)整的方

5、法 模擬式變送器 改變反饋部分的反饋系數(shù) 改變測量部分轉(zhuǎn)換系數(shù) 軟件實(shí)現(xiàn) 數(shù)字式變送器15量程調(diào)整的方法 模擬式變送器 改變反饋部分的反饋系數(shù) 改變測 3.1.2.2.零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 使變送器的輸出信號下限值ymia與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng) 零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零在xmin=0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整；在xmin0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移是把測量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值:當(dāng)測量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽?，稱為正遷移當(dāng)測量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移16 3.1.2.2.零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 使變送器 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的方法 零點(diǎn)遷移，再輔以量程調(diào)整，可以提高儀表的測量精度

6、 。模擬式變送器 改變放大器輸入端上的調(diào)零信號z0 數(shù)字式變送器 軟件實(shí)現(xiàn) 17 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的方法 零點(diǎn)遷移，再輔以量 3.1.2.3. 線性化 原因：傳感器組件的輸出信號與被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系模擬式變送器非線性補(bǔ)償方法: 使反饋部分與傳感器組件具有相同的非線性特性 18 3.1.2.3. 線性化 原因：傳感器組件的輸出信號與被使測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性 數(shù)字式變送器 非線性補(bǔ)償方法: 軟件實(shí)現(xiàn) 19使測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性 數(shù)字式變送器 非 3.1.2.4.變送器信號傳輸方式 氣動(dòng)變送器：兩根氣動(dòng)管線 電動(dòng)模擬式變送器：二線制 四線制 H

7、ART通訊協(xié)議方式 數(shù)字式變送器：雙向全數(shù)字量傳輸信號 (現(xiàn)場總線通信方式 )20 3.1.2.4.變送器信號傳輸方式 氣動(dòng)變送器：兩根氣動(dòng)管電動(dòng)模擬式變送器信號傳輸方式 二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器所需的電源和輸出電流信號 二線制 四線制傳輸供電電源和輸出信號分別用二根導(dǎo)線傳輸 21電動(dòng)模擬式變送器信號傳輸方式 二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器所需的電優(yōu)點(diǎn)： 節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾 條件： 工作電流： 工作電壓：二線制最小有效功率P: PI0min (Emin-I0miaRLmax)22優(yōu)點(diǎn)： 節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾 條件： 工作電 數(shù)字式變送器信號傳輸方式 在一條電纜上同時(shí)傳輸

8、420mA的模擬信號和數(shù)字信號HART通訊協(xié)議 :物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層 HART通信協(xié)議是依照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放式系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，簡化并引用其中三層： 23 數(shù)字式變送器信號傳輸方式 在一條電纜上同時(shí)傳輸4 物理層 規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)傳送速率為1200 bit/s 信號傳輸：基于Bell 202 通訊標(biāo)準(zhǔn)，采用頻移鍵控(FSK)方法，在420mA基礎(chǔ)上疊加幅度為0.5mA的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號24 物理層 規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)傳送速率為1傳輸介質(zhì): 單芯帶屏蔽雙絞電纜 3000米 多芯帶屏蔽雙絞電纜 1500米 短距離可使用非屏蔽電纜 25

9、傳輸介質(zhì):25 數(shù)據(jù)鏈路層 規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和數(shù)據(jù)通訊規(guī)程定界符定義了幀的類型和尋址格式 地址有短格式和長格式 響應(yīng)碼在變送器向主設(shè)備通信時(shí)才有，表示數(shù)據(jù)通信狀態(tài)和變送器工作狀態(tài) 數(shù)據(jù)幀格式：由鏈路同步信息、尋址信息、用戶信息及校驗(yàn)和組成26 數(shù)據(jù)鏈路層 規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和數(shù)據(jù)通訊規(guī)程定界符 HART協(xié)議按主/從方式通訊，這意味著只有在主站呼叫時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備（從站）才傳送信息有三種通訊模式： 點(diǎn)對點(diǎn)模式-在一條電纜上傳輸420mADC的 模擬信號和數(shù)字信號 多點(diǎn)模式-一條電纜連接多個(gè)現(xiàn)場設(shè)備，這是 全數(shù)字通信模式 陣發(fā)模式-允許總線上單一的從站自動(dòng)、連續(xù) 地發(fā)送一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HART 響應(yīng)信息

10、27 HART協(xié)議按主/從方式通訊，這意味著應(yīng)用層 規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容 命令類型： 通用命令 適用于所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場儀表 通用操作命令 適用于大部分符合HART協(xié)議的現(xiàn)場儀表 特殊命令 各制造廠的產(chǎn)品自己所特有的命令 28應(yīng)用層 規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容 命令類型： 通用命令 HART通訊方式的實(shí)現(xiàn)方法 輸出波形整形電路: 滿足HART物理層規(guī)范所要求的信號波形上升沿/下降沿的時(shí)間，較平緩的上升沿/下降沿的時(shí)間可以降低與其它HART網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_帶通濾波器: 抑制接收信號中的感應(yīng)噪聲，其頻寬大約為1200 Hz2200Hz29HART通訊方式的實(shí)現(xiàn)方法 輸出波形整形電路: 滿足H HAR

11、T通訊模塊HART通訊模塊實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號與FSK信號之間的相互轉(zhuǎn)換 HT2012功能框圖 30 HART通訊模塊HART通訊模塊實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號與 調(diào)制器 ITXD：二進(jìn)制數(shù)字信號輸入 OXTA：FSK信號輸出解調(diào)器 IRXA：FSK信號輸入(由信號回路) ORXD：二進(jìn)制數(shù)字信號輸出高電平“1” ，解調(diào)器工作，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)。低電平“0” ，調(diào)制器工作，解調(diào)器輸 出不定；INRTS：控制端31 調(diào)制器 ITXD：二進(jìn)制數(shù)字信號輸入解調(diào) 載波監(jiān)測電路用于檢測420mA直流信號中是否疊加有數(shù)字信號 ,偵聽網(wǎng)絡(luò)和啟動(dòng)接收 時(shí)基電路產(chǎn)生調(diào)制器和解調(diào)器所需的時(shí)間基準(zhǔn)信號，同時(shí)還提供19.2kHz 的脈沖輸出 32 載波監(jiān)測電路用于檢測420mA直流信號中是 16位串行輸入、420mA電流輸出 與HART通信模塊共同完成變送器的數(shù)字通信 AD421組成：數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器和電壓