第3章現(xiàn)場總線設(shè)備

第3章現(xiàn)場總線設(shè)備現(xiàn)場總線儀表是指連接在現(xiàn)場總線上的各種儀表或設(shè)備。這些儀表和設(shè)備按其功能可分為：變送器類、執(zhí)行器類、轉(zhuǎn)換器類、接口類、電源類、附件類共六類。現(xiàn)場總線儀表是指連接在現(xiàn)場總線上的各種儀表或設(shè)備。這些儀表和設(shè)備按其功能可分為六類：變送器類包括各種差壓變送器/壓力變送器(LD302)、溫度變送器(TT302)等，執(zhí)行器類包括各種氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器，轉(zhuǎn)換類包括各種現(xiàn)場總線／電流轉(zhuǎn)換器(FI302)、電流／現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器(IF302)、現(xiàn)場總線／氣壓轉(zhuǎn)換器(FP302)、現(xiàn)場總線閥門定位器(FY302)接口類包括各種計算機和控制器與現(xiàn)場總線之間的接口儀表或設(shè)備(PCI)，電源類包括為現(xiàn)場總線儀表供電的電源(PS302)，附件類包括各種總線連接器(網(wǎng)橋)、安全柵(SB302)、終端器(SB302)和中繼器等。

FY302PC以太網(wǎng)PCIPCIPCIPS302SB302PS302PS302BT302BT302LD302TT302LD302………BT302BT302BT302LD302TT302FP302IF302FI302H1H1H1PS3024~20mA4~20mA20~100KPa12616SMAR302現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)圖⑴若儀表用方框表示，管道用直線表示，球體用圓圈表示，試重畫此圖。⑵說明圖示控制系統(tǒng)的名稱；⑶此圖通信系統(tǒng)分為幾級？⑷說明每級通信的特點；⑸各級通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑹把英文翻譯成中文并說明其型號；⑺說明操作員站的型號；⑻說明變送器的型號；⑼說明執(zhí)行器的型號；⑽說明此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點？3.1現(xiàn)場總線壓力/差壓變送器（LD302）3.1.1概述現(xiàn)場總線變送器是指連接在現(xiàn)場總線上的各種儀表。包括各種差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器等。LD302是SMAR公司第一代現(xiàn)場總線設(shè)備之一，是一種用于測量差壓、絕壓、表壓、液位和流量的變送器。它以數(shù)字式電容傳感器為基礎(chǔ)，運行穩(wěn)定、性能優(yōu)越。LD302完全采用數(shù)字技術(shù)，具有以下優(yōu)點：具備多種轉(zhuǎn)換功能；現(xiàn)場與控制室之間接口簡單；精度高；穩(wěn)定性好；大大減少了安裝、運行及維護費用。LD302是SMAR公司推出的現(xiàn)場總線302系列產(chǎn)品的一部分。現(xiàn)場總線是一個完整的系統(tǒng)，它能夠把控制功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中，將多個現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)起來，用戶可通過功能塊的連接建立符合要求的控制策略。功能塊的引入,使用戶現(xiàn)在可以很容易地建立和瀏覽一個復雜的控制策略。它的另外一個優(yōu)點是提高了靈活性，毋需重新接線或改變?nèi)魏斡布纯赏瓿煽刂泼?。在開發(fā)現(xiàn)場總線302系列現(xiàn)場儀表時，SMAR就已經(jīng)考慮了現(xiàn)場總線在小系統(tǒng)與大系統(tǒng)中得以實現(xiàn)的不同需要。現(xiàn)場設(shè)備可以在網(wǎng)絡(luò)中作為主站使用，也可以用磁性編程工具進行本地組態(tài)，這樣在許多一般應用條件下就不再需要組態(tài)器。3.1.2工作原理LD302由SENSORASSEMBLY(傳感器組件)和MAINCIRCUITBOARD(主電路組件)兩部分組成，LD302系列智能壓力變送器采用電容傳感器（電容膜盒）作為壓力敏感元件，如圖3-2所示。假如CH和CL作為面積相等的平行平板電容來考慮，因而也就正比于要測量的差壓。綜上所述可以歸納如下：電容室是由兩個電容器組成的壓力敏感部件，它的電容值隨所加差壓而變化。判斷對錯⑴如果加在電容室上的差壓（ΔP）使敏感膜片偏移為d/3，那么ΔP正比于Δd。（）⑵如果加在電容室上的差壓（ΔP）使敏感膜片偏移為d/5，那么ΔP正比于Δd。（）LD302構(gòu)成原理方框圖如圖所示，試將英文翻譯成中文并填空：隔離部分包括信號隔離和電源隔離。信號隔離采用光電隔離，用于A／D轉(zhuǎn)換器與CPU之間的控制信號和數(shù)字信號的隔離；電源隔離采用高頻變壓器隔離，供電直流電源先調(diào)制為高頻交流，通過高頻變壓器后整流濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓，再給輸入板上各電路供電。隔離的目的是為了避免控制系統(tǒng)可能多點接地形成地環(huán)電流，而引入干擾影響整個系統(tǒng)的正常工作。輸入板上的環(huán)境溫度傳感器用于熱電偶的冷端溫度補償。填空⑴____產(chǎn)生一個頻率，該頻率是傳感器電容的函數(shù)。⑵_____將來自CPU的控制信號通過光電耦合器傳輸，而來自振蕩器的信號通過變壓器傳輸從而實現(xiàn)了信號隔離。⑶①____是變送器的智能部件，它擔負著管理和測量、功能塊執(zhí)行、自診斷以及通信等工作。②____是閃速存儲器或高速存儲器。它是唯一具有大存儲量、非易失、低價格、可在線改寫和高速度等性能的存儲器，它是近年來很有發(fā)展前途的存儲器。③_____是隨機存儲器。如果電源中斷，隨機存儲器中的數(shù)據(jù)就要丟失。④主板有一個非易失存儲器______，保存著必須要保存的數(shù)據(jù)，例如校驗、組態(tài)和識別等數(shù)據(jù)。⑷_______是主電路板上用于下載固件的接口，通常是由制造廠使用的。用戶可以利用它完成固件的升級。⑸________裝在傳感器內(nèi)，用于存放在不同壓力和溫度下傳感器特性的有關(guān)數(shù)據(jù)。出廠前對每個傳感器都要進行這一特性化過程。⑹________監(jiān)視鏈路活動，完成通信信號的編碼或解碼、插入和刪除起始和結(jié)束定界符、檢查接收的完整性。從通信線上取電源送給變送器的電路。⑺_______由現(xiàn)場總線上獲得，為變送器的電路供電。⑻_______與輸入部分（傳感器組件板）的信號隔離類似，送入輸入板的電源也必須隔離。⑼_______從CPU接收數(shù)據(jù)告知液晶顯示的哪一段應該變亮。⑽_______的兩個開關(guān)，采用磁性激活。它們可以通過磁性工具激活，沒有機械或電氣的接觸。⑾SIGNALSHAPING（________）

3.1.3應用介紹LD302內(nèi)可以裝入下列功能塊：資源塊RES；轉(zhuǎn)換器功能塊TRD；顯示轉(zhuǎn)換器DSP；組態(tài)轉(zhuǎn)換器DIAG；模擬輸入AI；PID控制功能；增強的PID功能EPID；運算功能塊ARTH；累積器INTG；輸入選擇器ISEL；信號特征描述CHAR；模擬警報AALM；計時器TIME；超前/滯后功能塊LLAG；輸出選擇器/動態(tài)限位器OSDL；常量CT；密度DENS。3.1.4顯示器根據(jù)DISPLAY中的設(shè)置可以交替顯示兩個指示?？梢燥@示由用戶選定的一到兩個變量。當選擇兩個變量時，顯示變量每3秒間隔進行一次交替。正常運行時，LD301處于監(jiān)視模式。此模式下，顯示在用戶設(shè)置的主要和次要變量間交替，見圖9-13，此時表頭顯示的是測定值，為25毫米水柱。顯示器將指示工程單位、數(shù)值和參數(shù)，同時還有多個狀態(tài)指示字符。當用戶進行完全本地調(diào)整時，監(jiān)視方式被中斷。顯示還能指示錯誤和其它信息，見表3-1。INIT顯示BOUTFACT說明試說明下列顯示符號的含義3.2現(xiàn)場總線溫度變送器(TT302)3.2.1概述TT302溫度變送器是一種符合FF通信協(xié)議的現(xiàn)場總線儀表，它可以與各種熱電阻(Cu10、Nil20、Pt50、Pt100、Pt500)或熱電偶(B、E、J、K、N、R、S、T、L、U)配合使用測量溫度，也可以使用其他具有電阻或毫伏(mV)輸出的傳感器，如高溫計、負荷（稱重）傳感器、電阻位置指示器等。TT302使用數(shù)字技術(shù)，一個簡單的模塊可接受幾種類型的傳感器，使控制室與現(xiàn)場接口容易，這些特點大大減少了安裝、運行和維護費用。3.2.2工作原理⑴MUX(多路轉(zhuǎn)換器)。用來切換若干路傳感器的輸入信號，將其分別送入信號調(diào)理部分，以便測量其電壓。⑵SIGNALCONDITIONER(信號調(diào)理電路)。它的作用是對輸入信號進行適當?shù)姆糯?，以便適應A/D轉(zhuǎn)換器的要求。⑶A／D(A／D轉(zhuǎn)換器)。將輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU所用的數(shù)字量信號。⑷SIGNALISONALATION（信號隔離）。它的作用是隔離輸入與CPU之間的控制和數(shù)據(jù)信號。POWERISONALATION(電源隔離)，TT302輸入板作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為二進制的數(shù)字信號，傳送給CPU，并實現(xiàn)輸入板與主電路板的信號和電源隔離。由于TT302可以接收多種輸入信號（mV、Ω），各種信號將與不同的端子連接，因此，由多路轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸入信號的類型，將相應端子連接到信號調(diào)理電路，由信號調(diào)理電路進行放大，再由A／D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字量。⑸CPURAMFLASHEEPROM（中央處理單元,隨機存儲器，閃速存儲器和非易失存儲器）①CPU是變送器的智能部件，它擔負著管理和測量、功能塊執(zhí)行、自診斷以及通信等工作。②RAM是隨機存儲器。如果電源中斷，隨機存儲器中的數(shù)據(jù)就要丟失。③FLASH是閃速存儲器或高速存儲器。它是唯一具有大存儲量、非易失、低價格、可在線改寫和高速度等性能的存儲器，它是近年來很有發(fā)展前途的存儲器。④主板有一個非易失存儲器EEPROM，保存著必須要保存的數(shù)據(jù)，例如校驗、組態(tài)和識別等數(shù)據(jù)。⑹固件下裝接口FDI是主電路板上用于下載固件的接口，通常是由制造廠使用的。用戶可以利用它完成固件的升級。傳感器EEPROM裝在傳感器內(nèi)，用于存放在不同壓力和溫度下傳感器特性的有關(guān)數(shù)據(jù)。出廠前對每個傳感器都要進行這一特性化過程。⑺CommunicationController(通信控制器)。監(jiān)視鏈路活動，完成通信信號的編碼或解碼、插入和刪除起始和結(jié)束定界符、檢查接收的完整性。從通信線上取電源送給變送器的電路。⑻POWERSUPPLY(電源)由現(xiàn)場總線上獲得，為變送器的電路供電。⑼電源隔離器。與輸入部分（傳感器組件板）的信號隔離類似，送入輸入板的電源也必須隔離。⑽顯示控制器從CPU接收數(shù)據(jù)告知液晶顯示的哪一段應該變亮。⑾LOCALADJUST(本機調(diào)整部件)。本地調(diào)整部件的兩個開關(guān)，采用磁性激活。它們可以通過磁性工具激活，沒有機械或電氣的接觸，可以有效地防止現(xiàn)場灰塵和腐蝕性氣體進入變送器。SIGNALSHAPING(信號整形電路)。TT302是由現(xiàn)場總線電源通過現(xiàn)場總線供電，供電電壓為9V～32VDC，因此，現(xiàn)場總線電纜既是TT302的電源線，也是TT302的信號線，所不同的是，這里的電流大小并不代表數(shù)字信號的大小，通常電流在±10mA范圍內(nèi)變化。電源部分將供電電壓轉(zhuǎn)換為變送器內(nèi)部各芯片所需電壓，為各芯片供電。3.2.3TemperatureSensors溫度傳感器TT302可以與各種類型的傳感器配合使用，并為使用熱電偶或熱電阻(RTD)測量溫度進行了特殊設(shè)計。熱電偶的英文縮寫為TC，它的工作原理是塞貝克效應。熱電偶是由兩種不同的金屬或合金絲在一端連接在一起所組成的。連接的那一端稱為測量端，測量端應置于溫度測點上。熱電偶的另一端是打開的，這一端稱為參考端或冷端，把參考端或冷端連接到溫度變送器輸入端子上。對大多數(shù)應用，由塞貝克效應可以充分解釋熱電偶的工作特性(原理)。當金屬絲的兩端有溫度差時，金屬絲的兩端就會產(chǎn)生一個小的電動勢。這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應。當兩種不同的金屬絲一端連接在一起，而另一端開放時，兩端之間的溫差就會形成一個電壓輸出?，F(xiàn)在，有兩個重要的問題，需要注意：首先，熱電偶所產(chǎn)生的電壓與測量端和冷端的溫度差成比例，因而為了得到被測溫度必須在計算中考慮參考端的溫度，這稱為冷端溫度補償。TT302可以自動地進行冷端溫度補償，為此，在TT302的傳感器接線端子處裝有一個溫度傳感器。其次，如果熱電偶與變送器端子之間的導線沒有采用與熱電偶相同的導線(例如，由熱電偶傳感器或接線盒到變送器端子之間采用銅線)，那么，熱電偶的冷端就不在變送器的輸入端子處，而是在接線盒處。．．．．AAABtt0t0tNSSNab在a和b圖中那個磁針偏轉(zhuǎn)？．．．．．400℃20℃0℃ABCCa．．．．．400℃20℃0℃ABA′B′b在a和b圖中那塊表指示為400℃？由于冷端溫度如果不與變送器端子處的溫度相同，就會對溫度測量產(chǎn)生影響，因此，由熱電偶傳感器的冷端到變送器的輸入端子之間的接線，要采用補償導線。熱電偶的電勢在冷端溫度為O℃時與熱端溫度的關(guān)系用熱電偶分度表來表示。分度表現(xiàn)存儲在TT302的存儲器中，它們是國際標準NBS(B、E、J、K、N、R、S、T)和德國工業(yè)標準DIN(L、U)。熱電阻熱電阻的英文縮寫為RTD，它的工作原理是金屬的電阻會隨著溫度的升高而增加。存儲在TT302中的熱電阻分度表有日本工業(yè)標準JIS[1604—81](Pt50、Ptl00)、國際電工委員會IEC(Pt50、Ptl00、Pt500)、通用電氣公司GE(Cul0)DIN(Nil20)。要使熱電阻能夠正確地測量溫度，必須消除傳感器到測量電路之間的線路電阻所造成的影響。在某些情況下，導線可能有幾百米長，特別是在環(huán)境溫度變化劇烈的場所，消除線路電阻的影響是非常重要的。TT302允許兩線制連接，但這種連接方法可能會造成測量誤差，誤差的大小主要取決于接線的長度以及導線經(jīng)過處的溫度。⑴試畫出TT302二線制的接線圖，寫出電阻—電壓關(guān)系式，并說明其優(yōu)缺點。⑵試畫出三線制的接線圖，寫出電阻-電壓關(guān)系式，并說明其優(yōu)缺點⑶試畫出TT302的四線制的接線圖，寫出電阻-電壓關(guān)系式，并說明其優(yōu)缺點。⑷TT302的差分或雙通道的接線圖如圖所示，試寫出電阻-電壓關(guān)系式，并說明其優(yōu)缺點。1234翻譯成中文試繪出TT302與RTD配接的3、4制接線圖試繪出TT302與TC配接或在mV輸入下的接線圖TT302與TC配接或在mV輸入下的接線圖如圖所示，翻譯成中文。差分雙通道TCmVTT302在什么情況下U1=U2？在什么情況下U1≠U2？TT302的隔離部件是什么？隔離的目的是什么？TT302有哪些類型存儲器？它們的作用是什么？什么叫干簧管？它的作用是什么？見圖3-7、3-9，在RTD或RTD1和RTD2短接的情況下，U1=U2見圖3-7、3-9，在RTD或RTD1和RTD2接入的情況下，U1≠U2TT302的隔離部件是信號隔離器、電源隔離器，信號隔離采用光電管；電源隔離采用高頻變壓器。隔離的目的是抗地環(huán)電流干擾。有EEPROM、FLASH、RAM。EEPROM為CPU內(nèi)部的非易失存儲器，在哪里保存著那些必須要保留的數(shù)據(jù)，例如調(diào)校、組態(tài)以及識別數(shù)據(jù)。FLASH作為程序存儲器以便升級，并且可以在掉電時保持數(shù)據(jù)；RAM是中間數(shù)據(jù)暫存用的存儲器用于存放暫時運算數(shù)據(jù)，如果電源失去，數(shù)據(jù)就會丟失。.....NNSS干簧管是一個電流控制的機械開關(guān)。I>I0時，兩簧片端部N、S的磁性吸引力大于簧片的彈力，兩簧片的自由端吸合。I<I0時，兩簧片端部N、S的吸引力小于簧片的彈力，兩簧片的自由端斷開。線圈磁性螺絲刀IEC、JIS、DIN、GE、NBS的含義是什么？Pt100、Pt50、Pt500、Cu10、Ni120、的含義是什么？R0大，熱慣性大還是?。縋t與Cu誰的電阻率大？寫出下列溫度分度號B、E、K、S、T、J、R、N的代碼和中文名稱：由于冷端溫度如果不與變送器端子處的溫度相同，就會對溫度測量產(chǎn)生影響，因此，由熱電偶傳感器的冷端到變送器的輸入端子之間的接線，要采用補償導線。熱電偶的電勢在冷端溫度為0℃時與熱端溫度的關(guān)系用熱電偶分度表來表示。分度表現(xiàn)存儲在TT302的存儲器中，它們是國際標準NBS(B、E、J、K、N、R、S、T)和德國工業(yè)標準DIN(L、U)。熱電阻熱電阻的英文縮寫為RTD，它的工作原理是金屬的電阻會隨著溫度的升高而增加。存儲在TT302中的熱電阻分度表有日本工業(yè)標準JIS[1604—81](Pt50、Ptl00)、國際電工委員會IEC(Pt50、Ptl00、Pt500)、通用電氣公司GE(Cul0)DIN(Nil20)。3.3電流-現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器3.3.1概述IF302接收電流信號，主要為4~20mA或0~20mA，把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場總線信號。它是模擬變送器與現(xiàn)場總線系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換器。IF302采用數(shù)字技術(shù)，可用一個設(shè)備接收三路輸入并提供了多種轉(zhuǎn)換功能，使得現(xiàn)場儀表與控制室之間的轉(zhuǎn)換十分簡便，并且大大減少了在安裝、運行及維修費用。IF302可以把4mA～20mA或0～20mA轉(zhuǎn)換為符號FF標準的現(xiàn)場總線數(shù)字通信信號。IF302能同時轉(zhuǎn)換3路模擬信號，它還可以提供各種形式的轉(zhuǎn)換功能。IF302可作為主站或從站，它內(nèi)裝的功能模塊有AI、PID、CHAR、ARTH、ISEL、INTG等。3.3.2工作原理在輸入電路板上，三路模擬量電流輸入信號在100Ω輸入電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器選擇后進人A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并經(jīng)信號隔離電路進行光電隔離后送往主電路板上的CPU，在CPU中通過組態(tài)好的功能塊對信號進行必要的轉(zhuǎn)換和處理，最后經(jīng)通信控制器和信號整形電路進入現(xiàn)場總線。IF302可接收0~20mA或4~20mA范圍內(nèi)的任何值。IF302的硬件構(gòu)成方框圖如圖3-10所示，它是由輸入電路板、主電路板和顯示板三部分組成的。從硬件構(gòu)成方框圖來看，主電路板、顯示板與LD302、TT302相同，這里不再重述。3.3.3安裝接線三個輸入具有公共接地端。IF302的輸入電路具有反接保護，當輸入信號極性錯誤時不會損壞轉(zhuǎn)換器，但應注意不要把電源直接接到輸入端，否則會造成輸入電路損壞。選型代碼選型代碼3.4現(xiàn)場總線-電流轉(zhuǎn)換器FI3023.4現(xiàn)場總線-電流轉(zhuǎn)換器電流/現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器FI3023.4.1概述現(xiàn)場總線-電流轉(zhuǎn)換器主要用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)與控制閥或其他執(zhí)行器之間的接口。它可以將由現(xiàn)場總線傳輸來的控制信號轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流輸出。FI302可以同時轉(zhuǎn)換三路模擬輸出信號。除了三個AI、一個RES和一個DSP之外，它還可以組態(tài)一個PID、一個ARTH、一個ISEL。、一個OSDL、一個SPLT和三個AO。FI302的硬件構(gòu)成方框圖如圖6-30所示。它是由主電路板、輸出電路板和顯示板組成。主電路板、顯示板已在LD302、TT302中闡述，本節(jié)主要對FI302的輸出電路板進行介紹。

負載，Ω20001000032445電壓，V⑴試求負載電流⑵當電源電壓為45V時，負載電阻不能大于多少歐姆？⑶負載電阻主要指的是圖3-16中的那些設(shè)備或部件的電阻？⑷若,電源電壓為25V，試求負載電阻為多少？⑸為什么負載電流21mA，不取4mA。3.5現(xiàn)場總線-氣壓轉(zhuǎn)換器FP3023.5.1概述FP302主要用于現(xiàn)場總線與氣動控制閥或定位器的接口(即H1／20kPa~100kPa接口)。FP302接受來自現(xiàn)場總線的控制信號，并將其轉(zhuǎn)換為20kPa～100kPa，以控制閥門或執(zhí)行機構(gòu)。在FP302內(nèi)裝有功能模塊，如PID、SPLT、ISEL、OSDL、AO等，由于PID等模塊就在儀表中，所以減少了信息交換，縮短了控制周期，使基礎(chǔ)控制級的體系結(jié)構(gòu)更為緊湊。3.5.2工作原理1.輸出組件氣動部件是基于大家熟悉并廣泛應用的氣動放大器技術(shù)，如圖6-33所示。

翻譯成中文圖中：1.Flowrestriction為節(jié)流裝置；2.MEZOPLAPPER為壓電盤；3.NOZZLE為噴嘴；4.PILOTCHAMBER為背壓腔室；5.PILOT為控制級；6.EXHAUST為排氣；7.AIRSUPPLY為供氣；8.OUTPUTCHAMBER為輸出腔室；9.PILOTSIDEAIAPHRAGM為控制側(cè)膜片；10.OUTPUTSIDEAIAPHRAGM為輸出側(cè)膜片；11.OUTPUTSIGNAL為輸出信號；12.POPPETVALVE為提升錐閥；13.SPRING為彈簧；14.SERVO為伺服級。此圖與圖3-17結(jié)構(gòu)上有什么不同？在控制級中有一個壓電盤用來作為擋板。當通過控制電路加上電壓后，擋板即偏轉(zhuǎn)。如果需要輸出氣壓增大，擋板將向噴嘴方向移動(蓋向噴嘴)。經(jīng)過噴嘴流出的氣流受到阻塞，導致控制腔室4內(nèi)氣壓增大，此氣壓稱為背壓(或?qū)?。同樣，當需要輸出的氣壓減小時，擋板就背離噴嘴移動(離開噴嘴)，背壓也就減小，因經(jīng)過噴嘴流出的氣流所受到的阻力減小。在一定范圍內(nèi)導壓與壓電擋板位移成線性，實際使用的就是此范圍。

由于背壓太小，不具有產(chǎn)生氣流的能力，所以必須增壓(放大)。增壓是在伺服級完成的，它的作用如同放大器。伺服級在控制腔室側(cè)有一個大膜片，在輸出腔室側(cè)有一個小膜片。背壓在控制腔室側(cè)膜片上施加一個力，在穩(wěn)定狀態(tài)下，此力和輸出氣壓施加在小膜片上的力相等。當需要增大輸出氣壓時，正如前面有關(guān)控制級所說明的那樣，背壓將增大，這將迫使提升閥下降，從而增加輸出壓力直至達到新的平衡。

如果需要減小輸出氣壓，背壓就要減小。提升閥由于彈簧的作用被迫關(guān)閉，膜片由于輸出氣壓所產(chǎn)生的較大的力而被上推，此時，系統(tǒng)中的空氣可通過排氣口逸出，輸出氣壓隨即減少，直至再次達到平衡。

2.控制電路FP302硬件構(gòu)成方框圖如圖3-18所示。它由主電路板、顯示板和轉(zhuǎn)換組件三部分組成。轉(zhuǎn)換組件由控制板和氣動輸出部件組成。FP302的CPU接收來自現(xiàn)場總線的數(shù)字通信信號，并通過D／A輸出一個電壓值，送給轉(zhuǎn)換組件。轉(zhuǎn)換組件的作用就是把主電路板輸出的設(shè)定電壓轉(zhuǎn)換為氣壓信號，從而控制氣動閥門的開度。

控制板由以下幾部分組成:(1)控制根據(jù)由CPU接收到的數(shù)據(jù)和壓力傳感器、溫度傳感器的反饋信號來控制輸出氣壓。(2)輸出壓力傳感器測量輸出氣壓，并將其反饋到控制和CPU。(3)溫度傳感器測量轉(zhuǎn)換組件的溫度即控制板所處的環(huán)境溫度，以補償溫度變化對控制閥開度的影響。(4)隔離電路它的主要作用是將現(xiàn)場總線信號與壓電信號隔離。(5)EEPROM它是一個非易失存儲器，當FP302復位時，它被用來保存數(shù)據(jù)。

節(jié)流裝置、壓電擋板一噴嘴單元和放大器是氣動輸出部件，屬于機械部件，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-17所示，圖3-18是它的功能方框圖的形式。壓電擋板-噴嘴機構(gòu)是將壓電板的位移轉(zhuǎn)換成氣壓信號，以便使控制腔室的氣壓發(fā)生變化；節(jié)流裝置和噴嘴組成了一個氣壓分支路，氣源來的壓縮空氣除了一路去放大器外，另一路就是經(jīng)節(jié)流裝置去噴嘴；放大器將擋板-噴嘴機構(gòu)的背壓變化放大，以便產(chǎn)生足夠的空氣流量變化來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。

根據(jù)圖3-17，試說明當擋板蓋向噴嘴時Pout的變化過程。FP302由哪幾部分組成？轉(zhuǎn)換組件的作用是什么？（P62)控制板（或稱為模擬板）裝在那個組件上？它由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？（P63)氣動輸出部件由哪幾部分組成？試畫出其功能方框圖的形式。123PPILOTPOUT45678910111213141-節(jié)流裝置；2-壓電擋板；3-噴嘴；4-控制腔室；5-控制級；6-排氣；7-供氣；8-輸出腔室；9-控制側(cè)膜片；10-輸出側(cè)膜片；11-輸出信號；12-提升閥；13-彈簧；14-伺服級圖15-4FP302氣動輸出部件3.6現(xiàn)場總線閥門定位器FY3023.6.1概述在不考慮非線性閥門特性的情況下，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥本身的閥桿位移與空氣壓力的關(guān)系，應該由彈簧的虎克定律所決定，是比例性質(zhì)的。但是因為有密封填料的摩擦阻力(尤其是高壓閥門摩擦阻力更大)，肯定會有明顯的死區(qū)和變差。這是形成超調(diào)和振蕩的重要原因，對自動控制十分有害，所以氣動執(zhí)行器的非線性不容忽視。如何克服摩擦阻力把閥門開到應有的位置，就是迫切需要解決的問題。

氣動閥門定位器就是為此而設(shè)計制造的，它不能獨立工作，必須與氣動調(diào)節(jié)閥配套使用，是氣動調(diào)節(jié)閥的主要附件。氣動閥門定位器可簡稱閥門定位器或定位器，它接受調(diào)節(jié)器的輸出信號，然后成比例地輸出信號至執(zhí)行機構(gòu)，當閥桿移動后，其位移量又通過機械裝置負反饋到閥門定位器，因此閥門定位器和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。圖示為氣動閥門定位器功能示意圖，試畫出方框圖FY302主要用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中驅(qū)動氣動執(zhí)行器，它根據(jù)現(xiàn)場總線上送來或者由其內(nèi)部控制功能塊所產(chǎn)生的控制信號，產(chǎn)生一個氣壓信號，帶動執(zhí)行機構(gòu)輸出一個機械位移，并通過非接觸的霍爾元件檢測位移的大小，然后反饋到控制電路中去，以便實現(xiàn)精確的閥門位。

霍爾效應原理圖均勻梯度磁場示意圖B∝X（位移）現(xiàn)場總線閥門定位器FY302的特點是實現(xiàn)了信息的數(shù)字傳輸，能夠進行遠程設(shè)定、自動標定、故障診斷，并提供預防性維修信息。例如，它可以累計閥門的行程和動作次數(shù)，當?shù)竭_規(guī)定的數(shù)值時會發(fā)出提示信息。在儀表內(nèi)部可以實現(xiàn)控制、報警、計算以及其他一些數(shù)據(jù)處理功能。閥門的特性是通過軟件組態(tài)實現(xiàn)的，不需要對凸輪、彈簧等部件進行任何改動，即可以方便地實現(xiàn)線性、等百分比、快開以及其他任意設(shè)置的閥門特性。6.6.2輸出組件FY302由輸出組件、主電路板和顯示板組成。主電路板和顯示板與FP302相同，不再重述，在這里僅介紹輸出組件。現(xiàn)場總線-閥門定位器的輸出組件如圖6-36所示。

輸出組件由噴嘴擋板機構(gòu)、伺服機構(gòu)、霍爾傳感器和輸出控制電路所組成。來自主電路板的控制信號加到壓電擋板上使壓電擋板彎曲，造成流過噴嘴的氣流改變，這樣就會造成伺服腔室中的壓力變化。在一定工作范圍之內(nèi)，伺服腔室中的壓力變化與壓電擋板的位移成線性關(guān)系。

由于伺服腔室內(nèi)的壓力變化太小，無法提供足夠的流量驅(qū)動能力，因此必須加以放大，這個任務由伺服機構(gòu)來完成。伺服機構(gòu)有一個膜片位于伺服腔室，還有一個比較小的膜片位于滑閥腔室。在穩(wěn)態(tài)時，伺服腔室壓力對膜片的作用力應該等于滑閥腔室的壓力對小膜片的作用力。