控制儀表及計(jì)算機(jī)控制裝置變送器工作原理大全

1、控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄2分類分類 ：差壓變送器差壓變送器 壓力變送器壓力變送器 溫度變送器溫度變送器 液位變送器液位變送器 流量變送器流量變送器等等按被測參數(shù)按被測參數(shù)控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3minminmaxminmax)(yyyxxxy變送器的理想輸入輸出特性變送器的理想輸入輸出特性 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁

2、下頁下頁目目 錄錄4 3.1. 概述概述 變送器的構(gòu)成原理變送器的構(gòu)成原理 模擬式變送器的構(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)成原理數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄5 模擬式變送器的構(gòu)成原理模擬式變送器的構(gòu)成原理模擬式模擬式變送器的組成變送器的組成 測量部分測量部分 放大器放大器 反饋部分反饋部分 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄6當(dāng)滿足

3、1的條件時 ffiKzxKKy0 模擬式模擬式變送器的輸入輸出關(guān)系變送器的輸入輸出關(guān)系 ffiKKKzKKxKKy110模擬式變送器的理想 輸入輸出特性fKK控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄7 在小型電子式變送器中，反饋部分在小型電子式變送器中，反饋部分往往僅由幾個電阻和電位器構(gòu)成，因此往往僅由幾個電阻和電位器構(gòu)成，因此常把反饋部分和放大器合在一起作為一常把反饋部分和放大器合在一起作為一個負(fù)反饋放大部分看待；或者將反饋部個負(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)，這樣變分和放大器合做在

4、一塊芯片內(nèi)，這樣變送器即可看成由送器即可看成由測量部分和放大器兩部測量部分和放大器兩部分組成。分組成。另外，另外，調(diào)零和零點(diǎn)遷移環(huán)節(jié)也調(diào)零和零點(diǎn)遷移環(huán)節(jié)也常常合并在放大器中。常常合并在放大器中。 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄8 數(shù)字式數(shù)字式變送器組成變送器組成:二大部分二大部分軟軟 件件包括系統(tǒng)程序和包括系統(tǒng)程序和功能模塊功能模塊硬件電路硬件電路以微處理器以微處理器CPU為核心為核心 數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化

5、系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄9數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄10 智能式變送器還配置有智能式變送器還配置有手持終端手持終端( (外外部數(shù)據(jù)設(shè)定器或組態(tài)器部數(shù)據(jù)設(shè)定器或組態(tài)器) )，用于對變送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、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、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輸出信號選擇、工程單位選擇和阻尼時間常數(shù)設(shè)定以及自診斷等間常數(shù)

6、設(shè)定以及自診斷等。 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄11 數(shù)字式變送器的數(shù)字式變送器的軟件構(gòu)成軟件構(gòu)成包括系統(tǒng)程序和包括系統(tǒng)程序和功能模塊功能模塊系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序: 對對變送變送器硬件的各部分電路進(jìn)行器硬件的各部分電路進(jìn)行管理，并使管理，并使變送變送器能完成最基本的功器能完成最基本的功能，如能，如模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)通信、變送變送器器自檢等自檢等 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下

7、頁目目 錄錄12功能模塊可能有：功能模塊可能有：資源模塊資源模塊 變量轉(zhuǎn)換變量轉(zhuǎn)換 模擬輸入模擬輸入 量程自動切量程自動切換換 非線性校正非線性校正 溫度誤差校溫度誤差校正正 阻尼時間設(shè)阻尼時間設(shè)定定 顯示轉(zhuǎn)換顯示轉(zhuǎn)換 運(yùn)算功能運(yùn)算功能 PID PID 控制功控制功能能 警報(bào)警報(bào) 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄133.1.2 變送器的一些共性問題變送器的一些共性問題 量程調(diào)整量程調(diào)整 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 線性化線性化 變送器信號傳輸方式變送器信號傳輸方式 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制

8、儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄14 3.1.2.1. 3.1.2.1. 量程調(diào)整量程調(diào)整 使變送器的輸出信號上限值使變送器的輸出信號上限值ymax及及測量范圍的測量范圍的上限值上限值xmax相對應(yīng)相對應(yīng) 量程調(diào)整相當(dāng)于量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的輸入輸改變變送器的輸入輸出特性的斜率，也就出特性的斜率，也就是改變是改變變送器輸出信變送器輸出信號號y及及輸入信號輸入信號x之間之間的比例系數(shù)的比例系數(shù) 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄15量程調(diào)整

9、的方法量程調(diào)整的方法 模擬式變送器模擬式變送器 改變反饋部分的反饋系數(shù)改變反饋部分的反饋系數(shù) 改變測量部分轉(zhuǎn)換系數(shù)改變測量部分轉(zhuǎn)換系數(shù) 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn) 數(shù)字式變送器數(shù)字式變送器控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄16 3.1.2.2.3.1.2.2.零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 使變送器的輸出信號下限值使變送器的輸出信號下限值ymia及及測量范圍的下限值測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)相對應(yīng) 零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零在在xmin=0時，稱為零點(diǎn)調(diào)整；在時，稱為

10、零點(diǎn)調(diào)整；在xmin0時，稱為零點(diǎn)遷移時，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)遷移當(dāng)測量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄17 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的方法零點(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，可以提高零點(diǎn)遷移，再輔以量程調(diào)整，可以提高儀表的測量精度儀表的測量精度 。模擬式變送器

11、模擬式變送器 改變放大器輸入端上的調(diào)零信號改變放大器輸入端上的調(diào)零信號z z0 0 數(shù)字式變送器數(shù)字式變送器 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn) 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄18 3.1.2.3. 3.1.2.3. 線性化線性化 原因原因：傳傳感器組件的輸出信號感器組件的輸出信號及及被測參數(shù)被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系之間往往存在著非線性關(guān)系模擬式變送器非線性補(bǔ)償方法模擬式變送器非線性補(bǔ)償方法: 使反饋部分使反饋部分及及傳傳感器組件感器組件具有相同的非線性特性具有相同的非線性特性 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表

12、和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄19使使測量部分測量部分及及傳傳感器組件感器組件具有相反的非線性特性具有相反的非線性特性 數(shù)字式變送器數(shù)字式變送器 非線性補(bǔ)償方法非線性補(bǔ)償方法: 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn) 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄20 3.1.2.4.變送器信號傳輸方式變送器信號傳輸方式 氣動變送器：兩根氣動管線氣動變送器：兩根氣動管線 電動模擬式變送器：二線制電動模擬式變送器：二線制 四線制四線制 HART通訊通訊協(xié)議方式協(xié)議方式 數(shù)字式變送

13、器：數(shù)字式變送器：雙向雙向全數(shù)字量傳輸信號全數(shù)字量傳輸信號 ( (現(xiàn)場總線通信方式現(xiàn)場總線通信方式 ) )控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄21電動模擬式變送器信號傳輸方式電動模擬式變送器信號傳輸方式 二根導(dǎo)線同時傳送變送器所需的電源和輸出電流二根導(dǎo)線同時傳送變送器所需的電源和輸出電流信號信號 二線制二線制 四線制傳輸四線制傳輸供電電源和輸出信號分別用二根導(dǎo)線傳輸供電電源和輸出信號分別用二根導(dǎo)線傳輸 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁

14、下頁下頁目目 錄錄22優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾 條件：條件： 工作電流：工作電流： minII0工作電壓工作電壓：)R(IEVmaxLmaxminT0二線制二線制最小有效功率最小有效功率P: PI0min (Emin-I0miaRLmax)控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄23 數(shù)字?jǐn)?shù)字式變送器信號傳輸方式式變送器信號傳輸方式 在一條電纜上同時傳輸在一條電纜上同時傳輸4 420mA20mA的模擬信號的模擬信號和數(shù)字信號和數(shù)字信號HART通訊協(xié)議

15、通訊協(xié)議 :物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層應(yīng)用層 HART通信協(xié)議是依照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織通信協(xié)議是依照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放式的開放式系統(tǒng)互連系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，簡化并引用其中三層：參考模型，簡化并引用其中三層： 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄24 物理層物理層 規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)傳送速率為傳送速率為1200 bit/sbit/s 信號傳輸：信號傳輸：基于基于Bell 202 通訊標(biāo)準(zhǔn)，采用頻移鍵控通訊標(biāo)準(zhǔn)，采用頻移鍵控(FSK)方法

16、，在方法，在420mA基礎(chǔ)上疊加幅度為基礎(chǔ)上疊加幅度為0.5mA的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄25傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì): 單芯帶屏蔽雙絞電纜單芯帶屏蔽雙絞電纜 3000米米 多芯帶屏蔽雙絞電纜多芯帶屏蔽雙絞電纜 1500米米 短距離可使用非屏蔽電纜短距離可使用非屏蔽電纜 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄26 數(shù)據(jù)鏈路層數(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)程規(guī)定了

17、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)備通信時才有，表示數(shù)據(jù)響應(yīng)碼在變送器向主設(shè)備通信時才有，表示數(shù)據(jù)通信狀態(tài)和變送器工作狀態(tài)通信狀態(tài)和變送器工作狀態(tài) 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀格式：格式：由鏈路同步信息、尋址信息、用戶信息及由鏈路同步信息、尋址信息、用戶信息及校驗(yàn)和組成校驗(yàn)和組成控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄27 HART協(xié)議按主協(xié)議按主/從方式通訊，這意味著只有在主從方式通訊，這意味著只有在主站呼叫時

18、，現(xiàn)場設(shè)備（從站）才傳送信息有三種通訊站呼叫時，現(xiàn)場設(shè)備（從站）才傳送信息有三種通訊模式：模式： 點(diǎn)對點(diǎn)模式點(diǎn)對點(diǎn)模式-在一條電纜上傳輸在一條電纜上傳輸4 420mADC20mADC的的 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號 多點(diǎn)模式多點(diǎn)模式-一條電纜連接多個一條電纜連接多個現(xiàn)場設(shè)備，這是現(xiàn)場設(shè)備，這是 全數(shù)字通信模式全數(shù)字通信模式 陣發(fā)模式陣發(fā)模式-允許總線上單一的從站自動、連續(xù)允許總線上單一的從站自動、連續(xù) 地發(fā)送一個標(biāo)準(zhǔn)的地發(fā)送一個標(biāo)準(zhǔn)的HART HART 響應(yīng)信息響應(yīng)信息 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁

19、目目 錄錄28應(yīng)用層應(yīng)用層 規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容 命令命令類型：類型： 通用命令通用命令 適用于所有符合適用于所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場儀表協(xié)議的現(xiàn)場儀表 通用操作命令通用操作命令 適用于大部分符合適用于大部分符合HART協(xié)議的現(xiàn)場儀表協(xié)議的現(xiàn)場儀表 特殊命令特殊命令 各制造廠的產(chǎn)品自己所特有的命令各制造廠的產(chǎn)品自己所特有的命令 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄29HART通訊方式的實(shí)現(xiàn)方法通訊方式的實(shí)現(xiàn)方法 輸出波形整形電路輸出波形整形電路: 滿足滿足HART物理層規(guī)范所要求的信號

20、波形上升沿物理層規(guī)范所要求的信號波形上升沿/下降下降沿的時間，較平緩的上升沿沿的時間，較平緩的上升沿/下降沿的時間可以降低及其它下降沿的時間可以降低及其它HART網(wǎng)絡(luò)間的串網(wǎng)絡(luò)間的串?dāng)_擾帶通濾波器帶通濾波器: 抑制接收信號中的感應(yīng)噪聲，其頻寬大約為抑制接收信號中的感應(yīng)噪聲，其頻寬大約為1200 Hz2200Hz控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄30 HARTHART通訊模塊通訊模塊HART通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊模塊實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號二進(jìn)制的數(shù)字信號及及FSK信號之間信號之間的相互轉(zhuǎn)換的相互轉(zhuǎn)換 HT2012功

21、能框圖 控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄31 調(diào)制器調(diào)制器 ITXD：二進(jìn)制數(shù)字信號輸入二進(jìn)制數(shù)字信號輸入 OXTA：FSK信號輸出信號輸出解調(diào)器解調(diào)器 IRXA：FSK信號輸入信號輸入(由信號回路由信號回路) ORXD：二進(jìn)制數(shù)字信號輸出二進(jìn)制數(shù)字信號輸出高電平高電平“1” ，解調(diào)器工作，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)。，解調(diào)器工作，調(diào)制器輸出呈高阻狀態(tài)。低電平低電平“0” ，調(diào)制器工作，解調(diào)器輸，調(diào)制器工作，解調(diào)器輸 出不定；出不定；INRTS：控制端：控制端控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置控制儀表和計(jì)算機(jī)控制裝置廣東石油化工學(xué)院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄32 載波監(jiān)測電路用于檢測載波監(jiān)測電路用于檢測420mA直流直流信信號中是否疊加有數(shù)字信號號中是否疊加有數(shù)字信號 ,偵聽網(wǎng)絡(luò)和啟動接偵聽網(wǎng)絡(luò)和啟動接收收 時基電路產(chǎn)生