智能型儀表以及加熱圈的具體應(yīng)用
目前在化工工業(yè)中智能型儀表的應(yīng)用越來越普及，化工生產(chǎn)過程中各參數(shù)的測量控制都應(yīng)用到智能型儀表，智能型儀表不但表現(xiàn)出單表本身**的性能，更因有可與計算機進行數(shù)字通訊能力進一步拓展了其應(yīng)用范圍。本文結(jié)合智能型儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用濕度傳感器探頭, 不銹鋼電熱管, PT100傳感器, 流體電磁閥,鑄鋁加熱器,加熱圈，探討智能型儀表的發(fā)展和應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個問題。
1．何謂智能型儀表
      智能型儀表是以微處理器為中央控制單元能完成物理信號的輸入輸出、信號轉(zhuǎn)換和計算機控制等功能，并可與外界通訊的儀器儀表。我們通常把部分國外進口的儀表銘牌上標(biāo)有SMART標(biāo)記或有HART標(biāo)記的認為是智能型儀表；但是在使用過程中部分儀表雖未標(biāo)明智能型，但儀表本身具有通過按鍵進行各種參數(shù)設(shè)定或可按一定的通訊協(xié)議與外部進行數(shù)字通訊的，也被認為是智能型儀表。
2．智能型儀表相比常規(guī)儀表的優(yōu)點
1）先進的微處理技術(shù)，高性能的集成芯片，功能強大，性能優(yōu)越。
2）可靠性與精度較高，穩(wěn)定性好，長期工作維護量小。
3）具有雙向通訊能力。
4）適用范圍廣，可在線修改參數(shù)，具有內(nèi)部計算、數(shù)據(jù)存儲、自診斷、自校驗等各種功能。
5）具有大量的管理信息，可供用戶參考。
3．智能型儀表的發(fā)展經(jīng)歷的幾個階段
      智能型儀表是現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、制造技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，它大致經(jīng)歷了三個階段。
（1）模擬式儀表的發(fā)展階段。普通模擬式儀表的發(fā)展經(jīng)過電II型（供電電壓交流220V，輸出電流0~10mA）和電III型（供電電壓直流24V ，輸出電流4~20mA）兩個階段。電III型儀表雖在體積、功耗和測量精度方面有了較大提高。但是20世紀70年代DCS的問世與快速發(fā)展，模擬儀表自身的特性和缺點凸顯出來。主要有:
1）模擬式儀表測量與控制精度較低，一般在0.5~1.5之間；
2）模擬式儀表的功能比較單一，測量參數(shù)，輸出變量可選性不強；
3）模擬儀表的零點、量程調(diào)整會相互影響，零點量程調(diào)整時需反復(fù)進行，儀表調(diào)試維護量較大。
4）每路模擬信號的傳輸必須使用一對信號線，并且存在傳輸過程信號衰減、精度降低、干擾信號的引入等長期難以解決的問題，嚴重影響了其計算機網(wǎng)絡(luò)的連接。為了解決此問題，儀表廠商積極研發(fā)更適合當(dāng)今生產(chǎn)需求的新型智能化儀表。
（2）智能型儀表的起源。
為了實現(xiàn)模擬信號的遠距離傳送，并將多個現(xiàn)場變送器的模擬信號通過一對信號線傳送到控制中心，美國Rosement（羅斯蒙特公司）于1986年開發(fā)出一種將模擬信號調(diào)制成數(shù)字調(diào)頻信號，并用數(shù)字調(diào)頻信號實現(xiàn)傳輸?shù)腍ART（Highway Addressable Remote Transducer）協(xié)議，在現(xiàn)場安裝的儀表是一種被稱為“Smart Field Instrument”的智能型儀表，Smart儀表可以用一對傳輸線同時送出4~20mA和FSK頻移鍵控兩種信號，實現(xiàn)控制中心與儀表之間的雙向通信。并開發(fā)出HART手持通訊器，方便地實現(xiàn)智能儀表與通訊器之間的雙向通訊。
值得一提的是，美國另一大儀表生產(chǎn)商Honeywell（霍尼韋爾公司）1984年也開發(fā)出新型智能儀表，可設(shè)定模擬4~20mA輸出或數(shù)字輸出模式（DE模式），以便與DCS實現(xiàn)數(shù)字通訊。STS—103手持式智能通訊器方便用于Honeywell系列儀表的組態(tài)和調(diào)試。
目前，世界上絕大多數(shù)儀表生產(chǎn)商生產(chǎn)的智能型儀表的通訊方式采用HART協(xié)議，如：ABB，E+H，Siemens等。
（3）智能型儀表的飛速發(fā)展階段。
      由于智能型儀表功能上明顯的優(yōu)點，進年來，化工工業(yè)的四大參數(shù)壓力、溫度、液位、流量測量及成分測量、閥位控制等都廣泛用到智能型儀表，DCS的推廣與應(yīng)用，也帶動智能型儀表的長足發(fā)展和常規(guī)儀表的更新?lián)Q代。因智能型儀表可與DCS進行數(shù)字通訊，在DCS操作界面上能方便地進行故障檢查和參數(shù)修正等工作；智能型儀表的推廣越來越普及，也大大的促進國內(nèi)儀表廠商積極開發(fā)智能型儀表，開發(fā)出一些符合HART協(xié)議和以微處理器為基礎(chǔ)與上位機聯(lián)網(wǎng)通訊的智能型儀表產(chǎn)品；隨著儀表智能化程度的提高和微處理器功能的加強，現(xiàn)在智能儀表的功能已不**于數(shù)據(jù)采集，還越來越多的加入遠程控制功能。
4．智能型儀表的通訊
      智能型儀表的數(shù)字通訊技術(shù)，克服了以往模擬儀表的數(shù)據(jù)傳輸方面的不足，更加適應(yīng)了計算機的發(fā)展要求，也促進了智能型儀表本身的發(fā)展。目前智能型儀表的通訊模式主要有以下幾種。
（1）HART通訊協(xié)議
它是Rosemouent公司于1985年開發(fā)出一種將模擬信號調(diào)制成數(shù)字調(diào)頻信號，并用數(shù)字調(diào)頻信號實現(xiàn)傳輸?shù)膮f(xié)議。在現(xiàn)場安裝的儀表是被稱為“Smart Field Instrument”,其中包括1個調(diào)制解調(diào)器，可以將4~20mA的信號調(diào)制成符合BELL202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號。其通訊原理：將要傳送的數(shù)據(jù)信息用1mA的P—P交流信號調(diào)節(jié)4~20mA直流回路電路。因為傳輸交流電信號的平均值是0，所以調(diào)節(jié)信號對輸出沒有干擾，因此在不中斷傳輸信號的情況下，完成了真正的同步通訊。Smart儀表可以用一對傳輸線同時送出4~20 mA和FSK 兩種信號。按標(biāo)準(zhǔn)儀表接法，接線是點對點的，而將多個Smart儀表共線連接，則可使用FSK數(shù)字信號并通過MODEM將信號送入計算機。HART協(xié)議不僅可用數(shù)字信號實現(xiàn)測量值的傳遞外，還可使用設(shè)備說明語言DDL（Device Description Language）實現(xiàn)控制中心與儀表之間的雙向通信。
（2）DE通訊協(xié)議
它是Honeywell公司于1984年開發(fā)的一種其智能式儀表家族（SFI）與其上位機或智能現(xiàn)場通訊器（STC）之間的數(shù)字通訊協(xié)議，SFC可設(shè)定智能儀表的通訊方式是模擬方式或數(shù)字方式。當(dāng)SFC連接到SFI并打開電源時，它能自動檢測是何種變送器，并開發(fā)出通信請求，應(yīng)答被送到SFC上，這時SFC和SFI之間開始通訊。
      STS103/SFI之通訊過程為半雙工主從式通訊方式（在同一時間數(shù)據(jù)只在一個方向傳送，傳送到變送器或到STS103）。STS103與模擬變送器的數(shù)據(jù)傳輸過程：STS103首先發(fā)出一個26mA訪問脈沖，使變送器處于通訊模式，此脈沖也使回路電流降到4mA，數(shù)據(jù)開始在STS103和STI之間進行交換。因為通訊時回路中的電流會改變，模擬通訊前變送器的回路應(yīng)置于手動狀態(tài)。數(shù)字通訊時也使用半雙工方式傳輸數(shù)據(jù)：DE通訊使用16mA脈沖信號，它對4~20mA電流信號有干擾。當(dāng)變送器工作在DE模式時，就不需要脈沖信號了，因此，當(dāng)處于DE工作模式時，手動操作是不需要的。當(dāng)處于數(shù)字模式時，回路中的電壓、電流表將不顯示輸出。
（3）智能化設(shè)備
      智能型儀表的通信一般使用串行通信或現(xiàn)場總線。在串行通訊中常用RS-232和RS-485接口。當(dāng)串行通訊建立后，智能型儀表的動力直接來源于串行端口，無須外部供電。RS-232接口為點對點式連接，這種方式不能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，而且通信線不允許很長，因此目前采用較少，而多數(shù)采用RS-485接口。 RS-485允許多臺設(shè)備共用線路，而且通信線路較長。RS-485采用差動方式傳動信號，并提高了傳輸電平，因此抗共模干擾能力非常強，適用于在現(xiàn)場使用。實際上RS-485就是一種只有物理層通信的現(xiàn)場總線。
5．智能型儀表的應(yīng)用
（1）智能型儀表的安裝
a.傳感器的安裝地點，主要考慮安裝現(xiàn)場環(huán)境條件，如溫度、濕度、腐蝕性、振動等，盡量減小振動和溫度影響，遠離電磁干擾源（電機、變壓器）。
b.安裝傳感器時應(yīng)有固定良好的支撐，不能以傳感器及外殼做支撐。并將流量管固定，不能傾斜，以免產(chǎn)生虛假流量。
c.對于不同的傳感器，根據(jù)要求確定是垂直，還是水平安裝。
d.嚴格按使用手冊要求進行電纜接線，確保接線正確并注意屏蔽。
（2）應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題
A.智能型儀表的使用電壓和環(huán)境溫度要考慮
a.一般智能型儀表的使用電壓較寬，但超出其通訊要求范圍的電壓將使智能型儀表不能與外進行數(shù)字通訊。
b.使用環(huán)境溫度和濕度要考慮。智能型儀表大多都規(guī)定了在正常工作狀態(tài)下的環(huán)境溫度，在嚴寒高緯度的地區(qū)特別要注意其選型，使用過程中可加電拌熱和保溫加以解決。在濕度較大的地區(qū)，要注意密封，防止水分在印刷電路板上凝結(jié)。
B.智能型儀表的選用要與控制系統(tǒng)匹配
      例如：Fisher DVC5000系列數(shù)字式閥門控制器輸入阻抗大約在600歐姆，而常規(guī)式閥門控制器一般輸入阻抗為250歐姆，這將造成某些控制系統(tǒng)卡件不能驅(qū)動數(shù)字閥門控制器，HART通訊器也不能通訊。通過安裝HART專用濾波器才能得到解決。
C.智能型儀表的靜電防護
      智能儀表在維修過程中其內(nèi)部的CMOS和混合式集成電路易受到靜電的影響而損壞。因此，為了減少智能儀表的維修成本，提高其穩(wěn)定性和可靠性，在維修中必須采取必要的靜電防護措施，靜電防護的基本原則：一是盡可能阻止（降低）靜電產(chǎn)生的可能性和減少靜電電荷的積累；二是讓靜電荷能及時得以泄放。
      目前，我國化工廠的智能儀表大多是既有模擬信號輸出，又有數(shù)字信號輸出的過渡性產(chǎn)品，傳輸信號基本上仍是4~20mA模擬信號，數(shù)字通信也**于組態(tài)、校驗、診斷輔助信息的通信。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣應(yīng)用，現(xiàn)場智能型儀表將實現(xiàn)完全數(shù)字化、智能化。

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