摘要：傳感器和變送器在儀器、儀表和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。與傳感器不同，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電量外，一般還具有一定的放大作用。本文簡(jiǎn)單地介紹了各類變送器的特點(diǎn)，以供使用者選用。

關(guān)鍵詞：傳感器變送器選用

一、一體化溫度變送器

一體化溫度變送器一般由測(cè)溫探頭（熱電偶或熱電阻傳感器）和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測(cè)溫探頭直接安裝在接線盒內(nèi)，從而形成一體化的變送器。一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。

熱電阻溫度變送器是由基準(zhǔn)單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反接保護(hù)、限流保護(hù)、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。測(cè)溫?zé)犭娮栊盘?hào)轉(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對(duì)溫度與電阻的非線性關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個(gè)與被測(cè)溫度成線性關(guān)系的4～20mA的恒流信號(hào)。

熱電偶溫度變送器一般由基準(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢(shì)與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為4～20mA電流輸出信號(hào)。為防止熱電偶測(cè)量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時(shí)，變送器會(huì)輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。一體化溫度變送器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省引線、輸出信號(hào)大、抗干擾能力強(qiáng)、線性好、顯示儀表簡(jiǎn)單、固體模塊抗震防潮、有反接保護(hù)和限流保護(hù)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4～20mA信號(hào)；可與微機(jī)系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測(cè)量?jī)x表。

摘要：從HART協(xié)議智能變磅器的功能和協(xié)議要求出發(fā)，在詳細(xì)討論、分析HART協(xié)議智能變送器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)完整的HART協(xié)議智能壓力/差壓變送器的實(shí)用電路。它可以實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議智能變送器的基本功能。

關(guān)鍵詞：HART協(xié)議智能變送器現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信

概述

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是當(dāng)前自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的熱點(diǎn)之一。從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)形成來(lái)看，它是控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果；而智能儀表則為現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。自1983年Honeywell推出智能儀表--Smar變送器之后，世界各廠家都相繼推出各有特色的智能儀表。為解決開(kāi)放性資源的共享問(wèn)題，從用戶到廠商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的形成。目前，幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART，除HART外，均為全數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。

全數(shù)字化意味著將取消傳統(tǒng)的模擬信號(hào)的傳送方式，而要求每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具有智能及數(shù)字通信能力，使得操作人員或其他設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器等）向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送指令（如設(shè)定值、量程、報(bào)警值等），同時(shí)也能實(shí)時(shí)地得到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各方面的情況（如測(cè)量值、環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況及設(shè)備校準(zhǔn)、自診斷情況、報(bào)警信息、故障數(shù)據(jù)等）。此外，原來(lái)由主控制器完成的控制運(yùn)算也分散到了各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)關(guān)鍵之處在于系統(tǒng)的開(kāi)放性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從，打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)廠家各自獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)的局面，保證了來(lái)自不同廠家的產(chǎn)品可以集成到同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，并且可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)與其他系統(tǒng)共享資源。

目前，一方面現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)正處在完善和發(fā)展階段，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的基于4～20mA的模擬設(shè)備還在廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制信各個(gè)領(lǐng)域。因此，馬上全數(shù)字化是不現(xiàn)實(shí)的。為滿足從模擬到全數(shù)字的過(guò)渡，HART協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。HART采用頻移鍵控（FSK）技術(shù)。它基于Bell202通信標(biāo)準(zhǔn)，在4～20mA模擬信號(hào)上疊加不同的頻率信號(hào)（2200Hz表示"0"，1200Hz表示"1"）來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)（見(jiàn)圖3）。HART協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps（位/秒）。HART現(xiàn)場(chǎng)總線（簡(jiǎn)稱HF）系統(tǒng)采用主從工作方式：主機(jī)為1臺(tái)IBM-PC機(jī)；從機(jī)為1臺(tái)或多臺(tái)遵守HART協(xié)議的HF智能變送器。當(dāng)從機(jī)只有1臺(tái)HF智能變送器，即智能變送器工作在點(diǎn)-點(diǎn)方式下時(shí)，可繼續(xù)使用傳統(tǒng)的4～20mA信號(hào)進(jìn)行模擬傳輸，而測(cè)量、調(diào)整和測(cè)試數(shù)據(jù)用數(shù)字方式傳輸；當(dāng)從機(jī)為多臺(tái)HF智能變送器時(shí)，即智能變送器工作在多站方式下時(shí)，4～20mA信號(hào)作廢，每臺(tái)變送器工作電流為4mA左右。所有測(cè)量，調(diào)整和測(cè)試數(shù)據(jù)均用數(shù)字方式傳輸。由于每臺(tái)HF變送器有惟一的編號(hào)，所以主機(jī)能對(duì)每一臺(tái)變送器進(jìn)行操作。HART提供設(shè)備描述語(yǔ)言（DDL），以確保互操作性。應(yīng)該指出，HART被認(rèn)為是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但它本身并不算現(xiàn)場(chǎng)總線（模擬和數(shù)字的混合），只能說(shuō)是現(xiàn)場(chǎng)總線的雛形，是一種過(guò)渡協(xié)議。由于4～20mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)將在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)存在，所以研究HART協(xié)議仍具有重要意義。

摘要：首先介紹了XTR系列集成電流變送器的產(chǎn)品分類及主要特點(diǎn)，然后闡述了XTR115的工作原理，最后介紹了XTR115及XTR101的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電流變送器；電流環(huán)；應(yīng)變橋；保護(hù)電路

引言

集成電流變送器亦稱電流環(huán)電路，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同可劃分成以下兩種類型：一種是電壓／電流轉(zhuǎn)換器，亦稱電流環(huán)發(fā)生器，它能將輸入電壓轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號(hào)（典型產(chǎn)品有1B21，1B22，AD693，AD694，XTR101，XTR106和XTR115）；另一種屬于電流／電壓轉(zhuǎn)換器，也叫電流環(huán)接收器（典型產(chǎn)品為RCV420）。上述產(chǎn)品可滿足不同用戶的需要。

XTR系列是美國(guó)BB（BURR－BROWN）公司生產(chǎn)的精密電流變送器，該公司現(xiàn)已并入TI公司。該系列產(chǎn)品包括XTR101，XTR105，XTR106，XTR110，XTR115和XTR116共6種型號(hào)。其特點(diǎn)是能完成電壓／電流（或電流／電流）轉(zhuǎn)換，適配各種傳感器構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、電子秤重儀等。

1XTR系列產(chǎn)品的分類及性能特點(diǎn)

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制要用到多種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過(guò)程中的信號(hào)既有微弱到毫伏級(jí)的小信號(hào),又有數(shù)十伏的大信號(hào)，甚至還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號(hào)要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設(shè)備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問(wèn)題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備儀表的“地”，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號(hào)要互傳互送，那就存在信號(hào)參考點(diǎn)問(wèn)題。換句話說(shuō)，要使信號(hào)完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備儀表信號(hào)的參考點(diǎn)之間電位差為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個(gè)設(shè)備儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別。

圖中標(biāo)明有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號(hào)以及PLC向兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3＃、4＃儀表發(fā)出信號(hào)。假定傳送信號(hào)均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表“地”電位完全相等，傳送過(guò)程中又沒(méi)有干擾。這樣從PLC輸入來(lái)看，接收正確。但如前所述，兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常有“地”電位差。舉例來(lái)講，1#設(shè)備“地”與PLC“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設(shè)備給PLC的信號(hào)為0-10V，而2#設(shè)備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了.同時(shí)1#、2#設(shè)備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接，將0.1V電壓施加在PLC地線條上，可能損壞PLC局部“地”線。同時(shí)顯示錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國(guó)AB-PLC外接國(guó)內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個(gè)數(shù)據(jù)采集板由八個(gè)通道組成，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，模擬量經(jīng)過(guò)變換后由12個(gè)光耦隔離器實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸入之間沒(méi)有隔離，致使在輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道單獨(dú)輸入到采集板均正常。但是同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，顯示數(shù)字亂跳故障無(wú)法排除。又如航天某部門(mén)使用K型熱偶作為傳感器測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各點(diǎn)溫度。同上述相似，僅測(cè)試一個(gè)點(diǎn)時(shí)正常。但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度信號(hào)時(shí)，顯示的溫度值明顯錯(cuò)誤。這兩種情況在使用隔離器后，都正常了。

隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒(méi)有共同“地”，外來(lái)信號(hào)不管是0-10V，或帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的“地”與外部設(shè)備儀表“地”沒(méi)關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，即它們之間沒(méi)有“地”的關(guān)系。

上面談了輸入信號(hào)和PLC信號(hào)的隔離，同樣PLC向外部設(shè)備輸出信號(hào)也有類似現(xiàn)象問(wèn)題。顯然采用隔離器就能解決問(wèn)題。

這類電壓/電壓隔離器及電壓/電流隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品型號(hào)是WS1521、WS1522。

1．不管PLC向外部設(shè)備儀表發(fā)送信號(hào)，還是外部設(shè)備儀表向其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)，有一種情況經(jīng)常遇到：要求一個(gè)信號(hào)即能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給諸如變頻器之類的設(shè)備。這就有可能在兩個(gè)設(shè)備之間產(chǎn)生干擾，若要徹底解決干擾問(wèn)題，推薦使用隔離式信號(hào)分配器，它的二個(gè)輸出之間也是隔離的。它能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與外部設(shè)備隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)設(shè)備之間隔離。

1概述

目前，配網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展已較為成熟，各類配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品也種類繁多，但針對(duì)通信規(guī)約及通信信息的員工配網(wǎng)自動(dòng)化培訓(xùn)系統(tǒng)缺少。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)配網(wǎng)自動(dòng)化信息工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)能模擬配網(wǎng)主站SCADA及數(shù)據(jù)庫(kù)的功能；能完全實(shí)現(xiàn)FTU的三遙功能，能在FTU及配網(wǎng)主站展示通信報(bào)文信息；FTU的獨(dú)特設(shè)計(jì)之處有大屏幕顯示菜單并操作。

2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本文設(shè)計(jì)的配網(wǎng)自動(dòng)化信息工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用單相220V交流電模擬10kV配電網(wǎng)，設(shè)計(jì)的配網(wǎng)自動(dòng)化信息工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括配網(wǎng)主站與FTU（FeederTerminalUnit）兩個(gè)部分，配網(wǎng)主站與FTU可以按104規(guī)約進(jìn)行通信，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。配網(wǎng)自動(dòng)化模擬主站在PC機(jī)上采用C++Builder軟件仿真設(shè)計(jì),充分利用其C++語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與友好的圖形界面，設(shè)計(jì)出了配網(wǎng)仿真線路與良好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)、遙信、遙控、對(duì)時(shí)、SOE時(shí)間順序記錄等功能。配網(wǎng)終端FTU裝置是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要采用STM32F407開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)，具有信息采集、繼電保護(hù)、人機(jī)交互、命令執(zhí)行等功能。

3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

3.1配網(wǎng)主站功能仿真。配網(wǎng)主站設(shè)計(jì)遵循“一體化”的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)的配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)主要包括：人機(jī)交互模塊、通信服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，其系統(tǒng)模塊如圖2所示。人機(jī)交互模塊負(fù)責(zé)為操作員提供可視化的操作界面，主要包括：配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行信息顯示、104報(bào)文內(nèi)容顯示、功能按鈕實(shí)現(xiàn)。通信服務(wù)模塊負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)連接、提供外部數(shù)據(jù)源，主要包括：網(wǎng)絡(luò)管理、接收與發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)創(chuàng)建。通信功能是通過(guò)SOCKET控件實(shí)現(xiàn)的，配網(wǎng)自動(dòng)化主站作為數(shù)據(jù)請(qǐng)求方，在TCP連接中為客戶端，在C++Builder中調(diào)用ClientSocket控件即可實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)，主要包括：信號(hào)判別、標(biāo)度變換、命令生成等等，信號(hào)判別是對(duì)開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)的判斷，方法為：判斷相應(yīng)標(biāo)志位，其中：“0”表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、“1”表示開(kāi)關(guān)閉合；標(biāo)度變換的內(nèi)容是將接收到的電壓電流值還原為工程一次值。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer軟件設(shè)計(jì)，C++Builder軟件通過(guò)ADO相關(guān)控件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)與操作。3.2FTU軟硬件設(shè)計(jì)。FTU的設(shè)計(jì)基于STM32F4開(kāi)發(fā)板，其硬件模塊如圖3所示，開(kāi)發(fā)板搭載了電源模塊電路、JTAG接口電路、復(fù)位電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通信接口電路、LCD液晶顯示電路，此外通過(guò)開(kāi)發(fā)板外部的擴(kuò)展IO口設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)量輸入/出電路。FTU的軟件系統(tǒng)是基于UCOS-III操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，該操作系統(tǒng)的多任務(wù)管理有利于軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，故FTU軟件系統(tǒng)也按模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。其任務(wù)模塊如圖4所示，包括人機(jī)交互模塊、通信任務(wù)模塊、遙控量輸出、遙信量采集、遙測(cè)量采集、實(shí)時(shí)時(shí)鐘區(qū)，其中人機(jī)交互模塊由Emwin圖形顯示與觸摸屏任務(wù)兩部分組成。配網(wǎng)終端FTU的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)控制、通信等基本任務(wù)，故對(duì)系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行劃分時(shí)，首先要考慮在出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)能夠運(yùn)行基礎(chǔ)的任務(wù)，并對(duì)出現(xiàn)的故障向主站實(shí)時(shí)反饋。根據(jù)對(duì)各個(gè)任務(wù)重要程度的判斷，F(xiàn)TU軟件系統(tǒng)把任務(wù)劃分為7個(gè)優(yōu)先級(jí)，內(nèi)核任務(wù)占前五個(gè)優(yōu)先級(jí)，故用戶任務(wù)優(yōu)先級(jí)從6開(kāi)始設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)如表1所示。從表1中可以看出，遙信量采集與遙控量采集任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高，故障出現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)TU根據(jù)采集到的故障數(shù)據(jù)判斷故障跳開(kāi)繼電器。TCP服務(wù)器任務(wù)優(yōu)先級(jí)為8，在FTU采集到的遙測(cè)量遙信量后，F(xiàn)TU立即上傳數(shù)據(jù)，若收到主站下發(fā)遙控命令，F(xiàn)TU立即執(zhí)行要命令。EMWINDEMO任務(wù)與TOUCH任務(wù)分別實(shí)現(xiàn)了圖形顯示與觸摸的功能，任務(wù)優(yōu)先級(jí)最低。3.3數(shù)據(jù)采集與開(kāi)關(guān)控制電路。在STM32F407開(kāi)發(fā)板外專門(mén)設(shè)置了數(shù)據(jù)采集與開(kāi)關(guān)控制電路，其中數(shù)據(jù)采集電路主要功能是采集電壓、電流值，有通過(guò)交流采樣采集電壓電流值與變送器采集電壓電流值兩種方法，本次設(shè)計(jì)采用變送器采集電壓電流值，采用由迅鵬公司生產(chǎn)的變送器，其中電流變送器型號(hào)為YPD-I-A1-P5-O1，電壓變送器型號(hào)為YPD-U-A1-P5-O1，電壓變送器與電流變送器工作電源都為220V交流電。電流變送器的輸入電流范圍為：0-1A，輸出電壓范圍：0-5V。電壓變送器輸入電流范圍為：0-1A，輸出電壓范圍：0-5V。輸出的信號(hào)均為模擬信號(hào)，該信號(hào)輸入STM32F407的A/D轉(zhuǎn)換通道后變位數(shù)字信號(hào)。本次設(shè)計(jì)的繼電器跳合閘模塊采用SONGLE公司生產(chǎn)的1路帶光耦隔離的繼電器模塊，芯片接線原理如圖5所示。該模塊采用貼片式光耦隔離，驅(qū)動(dòng)性能好，觸發(fā)電流不大（5mA）。本次設(shè)計(jì)的小型交流電路系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下電流為90mA左右，完全滿足觸發(fā)要求。觸發(fā)方式有兩種可供選擇：高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)，另外，繼電器模塊的強(qiáng)大的容錯(cuò)設(shè)計(jì)可有效避免繼電器誤動(dòng)作。

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制要用到多種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過(guò)程中的信號(hào)既有微弱到毫伏級(jí)的小信號(hào),又有數(shù)十伏的大信號(hào)，甚至還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號(hào)要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設(shè)備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問(wèn)題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備儀表的“地”，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號(hào)要互傳互送，那就存在信號(hào)參考點(diǎn)問(wèn)題。換句話說(shuō)，要使信號(hào)完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備儀表信號(hào)的參考點(diǎn)之間電位差為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個(gè)設(shè)備儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別。

圖中標(biāo)明有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號(hào)以及PLC向兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3＃、4＃儀表發(fā)出信號(hào)。假定傳送信號(hào)均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表“地”電位完全相等，傳送過(guò)程中又沒(méi)有干擾。這樣從PLC輸入來(lái)看，接收正確。但如前所述，兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常有“地”電位差。舉例來(lái)講，1#設(shè)備“地”與PLC“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設(shè)備給PLC的信號(hào)為0-10V，而2#設(shè)備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了.同時(shí)1#、2#設(shè)備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接，將0.1V電壓施加在PLC地線條上，可能損壞PLC局部“地”線。同時(shí)顯示錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國(guó)AB-PLC外接國(guó)內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個(gè)數(shù)據(jù)采集板由八個(gè)通道組成，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，模擬量經(jīng)過(guò)變換后由12個(gè)光耦隔離器實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸入之間沒(méi)有隔離，致使在輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道單獨(dú)輸入到采集板均正常。但是同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，顯示數(shù)字亂跳故障無(wú)法排除。又如航天某部門(mén)使用K型熱偶作為傳感器測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各點(diǎn)溫度。同上述相似，僅測(cè)試一個(gè)點(diǎn)時(shí)正常。但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度信號(hào)時(shí)，顯示的溫度值明顯錯(cuò)誤。這兩種情況在使用隔離器后，都正常了。

隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒(méi)有共同“地”，外來(lái)信號(hào)不管是0-10V，或帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的“地”與外部設(shè)備儀表“地”沒(méi)關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，即它們之間沒(méi)有“地”的關(guān)系。

上面談了輸入信號(hào)和PLC信號(hào)的隔離，同樣PLC向外部設(shè)備輸出信號(hào)也有類似現(xiàn)象問(wèn)題。顯然采用隔離器就能解決問(wèn)題。

這類電壓/電壓隔離器及電壓/電流隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品型號(hào)是WS1521、WS1522。

1．不管PLC向外部設(shè)備儀表發(fā)送信號(hào)，還是外部設(shè)備儀表向其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)，有一種情況經(jīng)常遇到：要求一個(gè)信號(hào)即能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給諸如變頻器之類的設(shè)備。這就有可能在兩個(gè)設(shè)備之間產(chǎn)生干擾，若要徹底解決干擾問(wèn)題，推薦使用隔離式信號(hào)分配器，它的二個(gè)輸出之間也是隔離的。它能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與外部設(shè)備隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)設(shè)備之間隔離。

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制要用到多種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過(guò)程中的信號(hào)既有微弱到毫伏級(jí)的小信號(hào),又有數(shù)十伏的大信號(hào)，甚至還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號(hào)要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設(shè)備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問(wèn)題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備儀表的“地”，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號(hào)要互傳互送，那就存在信號(hào)參考點(diǎn)問(wèn)題。換句話說(shuō)，要使信號(hào)完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備儀表信號(hào)的參考點(diǎn)之間電位差為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個(gè)設(shè)備儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別。以示意圖一為例。

圖中標(biāo)明有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號(hào)以及PLC向兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3＃、4＃儀表發(fā)出信號(hào)。假定傳送信號(hào)均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表“地”電位完全相等，傳送過(guò)程中又沒(méi)有干擾。這樣從PLC輸入來(lái)看，接收正確。但如前所述，兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常有“地”電位差。舉例來(lái)講，1#設(shè)備“地”與PLC“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設(shè)備給PLC的信號(hào)為0-10V，而2#設(shè)備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了.同時(shí)1#、2#設(shè)備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接，將0.1V電壓施加在PLC地線條上，可能損壞PLC局部“地”線。同時(shí)顯示錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國(guó)AB-PLC外接國(guó)內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個(gè)數(shù)據(jù)采集板由八個(gè)通道組成，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，模擬量經(jīng)過(guò)變換后由12個(gè)光耦隔離器實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸入之間沒(méi)有隔離，致使在輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道單獨(dú)輸入到采集板均正常。但是同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，顯示數(shù)字亂跳故障無(wú)法排除。又如航天某部門(mén)使用K型熱偶作為傳感器測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各點(diǎn)溫度。同上述相似，僅測(cè)試一個(gè)點(diǎn)時(shí)正常。但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度信號(hào)時(shí)，顯示的溫度值明顯錯(cuò)誤。這兩種情況在使用隔離器后，都正常了。

隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒(méi)有共同“地”，外來(lái)信號(hào)不管是0-10V，或帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的“地”與外部設(shè)備儀表“地”沒(méi)關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，即它們之間沒(méi)有“地”的關(guān)系。

上面談了輸入信號(hào)和PLC信號(hào)的隔離，同樣PLC向外部設(shè)備輸出信號(hào)也有類似現(xiàn)象問(wèn)題。顯然采用隔離器就能解決問(wèn)題。

這類電壓/電壓隔離器及電壓/電流隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品型號(hào)是WS1521、WS1522。

1．不管PLC向外部設(shè)備儀表發(fā)送信號(hào)，還是外部設(shè)備儀表向其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)，有一種情況經(jīng)常遇到：要求一個(gè)信號(hào)即能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給諸如變頻器之類的設(shè)備。這就有可能在兩個(gè)設(shè)備之間產(chǎn)生干擾，若要徹底解決干擾問(wèn)題，推薦使用隔離式信號(hào)分配器，它的二個(gè)輸出之間也是隔離的。它能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與外部設(shè)備隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)設(shè)備之間隔離。如圖二。

1蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)

1.1飽和蒸汽流量計(jì)量中的“兩相流”

當(dāng)前，用戶基本上都使用飽和蒸汽，通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來(lái)衡量飽和蒸汽的質(zhì)量好壞。最好的是干飽和蒸汽，一般稱為過(guò)熱飽和蒸汽，其含水量可忽略不計(jì)；干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達(dá)30%，這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問(wèn)題。因?yàn)槿魏握羝?jì)量?jī)x表在計(jì)算飽和蒸汽流量時(shí)所用的設(shè)計(jì)壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時(shí)的數(shù)值，也就是干蒸汽的數(shù)值；同時(shí)，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數(shù)百倍的液體水粒，在管道中流動(dòng)時(shí)其速度要比干蒸汽小，這樣所測(cè)得的差壓值就低了，反映在儀表讀數(shù)、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來(lái)的疊加性的雙重負(fù)誤差，并造成濕飽和蒸汽計(jì)量難度。

1.2蒸汽流量計(jì)量中的蒸汽密度補(bǔ)償

計(jì)量飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽常用質(zhì)量流量，單位為kg/h或t/h。質(zhì)量流量大小與蒸汽的密度有關(guān)，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化，密度也隨著變化，使質(zhì)量流量也隨著變化。如果計(jì)量?jī)x表不能跟蹤這種變化，勢(shì)必造成計(jì)量誤差。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，一般都是通過(guò)壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來(lái)達(dá)到密度補(bǔ)償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關(guān)系，因而單獨(dú)通過(guò)測(cè)壓力或測(cè)溫度都可以對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。過(guò)熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數(shù)關(guān)系，而不是正比關(guān)系。過(guò)熱蒸汽的密度補(bǔ)償必須同時(shí)測(cè)其壓力和溫度。現(xiàn)代蒸汽流量計(jì)都具有白動(dòng)密度補(bǔ)償。

1.3蒸汽流量計(jì)量中的高溫高壓?jiǎn)栴}

摘要：蒸汽流量的計(jì)量是流量計(jì)量的難點(diǎn)。闡述了蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)，指出了影響蒸汽流量計(jì)量的主要問(wèn)題，并提出了提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確性的對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞：流量計(jì)量；蒸汽；準(zhǔn)確性

1蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)

1.1飽和蒸汽流量計(jì)量中的“兩相流”

當(dāng)前，用戶基本上都使用飽和蒸汽，通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來(lái)衡量飽和蒸汽的質(zhì)量好壞。最好的是干飽和蒸汽，一般稱為過(guò)熱飽和蒸汽，其含水量可忽略不計(jì)；干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達(dá)30%，這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問(wèn)題。因?yàn)槿魏握羝?jì)量?jī)x表在計(jì)算飽和蒸汽流量時(shí)所用的設(shè)計(jì)壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時(shí)的數(shù)值，也就是干蒸汽的數(shù)值；同時(shí)，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數(shù)百倍的液體水粒，在管道中流動(dòng)時(shí)其速度要比干蒸汽小，這樣所測(cè)得的差壓值就低了，反映在儀表讀數(shù)、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來(lái)的疊加性的雙重負(fù)誤差，并造成濕飽和蒸汽計(jì)量難度。

1.2蒸汽流量計(jì)量中的蒸汽密度補(bǔ)償

摘要:設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)易電熱鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置。詳細(xì)闡述了實(shí)驗(yàn)裝置的組成，包括控制器、測(cè)溫傳感器、變送器等硬件的選型，設(shè)計(jì)了電氣控制電路。設(shè)計(jì)的電熱鍋爐操作簡(jiǎn)單，安全可靠，是非常理想的學(xué)生實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞:電熱鍋爐;實(shí)驗(yàn)裝置;實(shí)訓(xùn)平

電熱鍋爐是將電能轉(zhuǎn)化為熱能的熱力裝置，與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐相比，電熱鍋爐更加環(huán)保、可控、節(jié)能［1-5］。在學(xué)校中，設(shè)計(jì)一套電熱鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置可以為學(xué)生提供學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生可以設(shè)計(jì)算法在該裝置上進(jìn)行驗(yàn)證，還可以測(cè)試多種控制器的控制效果。

1電熱鍋爐的設(shè)計(jì)

如圖1所示為電熱鍋爐實(shí)物圖。該電熱鍋爐由220V交流電供電，通過(guò)控制器給鍋爐中的水加熱。設(shè)計(jì)一套電熱鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置，首先要設(shè)計(jì)控制開(kāi)關(guān)接線圖，并與實(shí)物連接，控制開(kāi)關(guān)接線圖如圖2所示。按下啟動(dòng)按鈕，該裝置進(jìn)入工作狀態(tài)。其中斷路裝置起過(guò)載和短路保護(hù)作用，接觸器起到電起動(dòng)器的作用。全隔離單相交流調(diào)壓模塊將控制電路與高壓電路隔離，把輸入的電壓信號(hào)控制在0～5V。按下停止按鈕，電路會(huì)斷開(kāi)，鍋爐停止工作。電氣控制圖如圖3所示。

2硬件選型