氣體檢測應(yīng)用的組網(wǎng)方案簡介

氣體探測和監(jiān)控是當(dāng)前比較普遍的應(yīng)用，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測、國防等領(lǐng)域。本文將詳細(xì)介紹氣體檢測行業(yè)的RS-485組網(wǎng)方案。

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為氣體檢測儀器儀表行業(yè)的發(fā)展提供了條件，市場和政府政策的推動(dòng)、人們安全意識(shí)的進(jìn)步、相關(guān)法規(guī)法律的完善是氣體檢測行業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力。近幾年，全球氣體檢測儀器保持著8%左右的速度增長。伴隨我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也將迎來更大的繁榮。氣體檢測儀器儀表行業(yè)的廣闊前景，吸引了相關(guān)工業(yè)儀器儀表巨頭的高度關(guān)注。

一、氣體檢測傳感器的功能和分類

氣體檢測儀是一種氣體泄露濃度檢測的儀器儀表工具，其中包括：便攜式氣體檢測儀、手持式氣體檢測儀、固定式氣體檢測儀、在線式氣體檢測儀等。主要利用氣體傳感器來檢測環(huán)境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來檢測氣體的成份和含量的傳感器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、石油化工及電力行業(yè)。

圖1 氣體檢測儀應(yīng)用示意圖

氣體檢測儀輸出信號(hào)主要分為兩種：4-20mA和RS-485。

l   4-20mA：通常民用采取該方式；

l   RS-485：主要用于工業(yè)現(xiàn)場，并且部分應(yīng)用場景會(huì)使用隔離；

4~20mA模擬量傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：處理速度快，在應(yīng)用時(shí)可以省掉軟件開發(fā)上的麻煩，很方便的集成到系統(tǒng)中來。但是在實(shí)施時(shí)，從布線方面講，模擬量的采集只能一對(duì)一的布線，即一個(gè)模擬量信號(hào)必須布一條（對(duì)）線。另外，模擬量的抗干擾能力較弱，傳輸?shù)木嚯x、所能表示的數(shù)據(jù)也很有限。

RS-485傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：相對(duì)于模擬量信號(hào)，RS485的響應(yīng)速度較慢。但是RS485通訊可以傳輸較大位寬的數(shù)據(jù),可以傳輸較多的數(shù)據(jù)內(nèi)容。另外在布線上，RS485信號(hào)的采集可以采用一對(duì)多的總線方式(只用兩條線就可以采集多個(gè)信號(hào)量)，RS485信號(hào)的傳輸距離也較遠(yuǎn)，抗干擾能力也較強(qiáng)。行業(yè)產(chǎn)品將逐漸由4~20mA替換為RS-485總線形式。

表1 氣體檢測儀通訊方式對(duì)比

二、氣體檢測儀表組網(wǎng)特性

氣體報(bào)警控制系統(tǒng)包括氣體檢測探單元、信號(hào)傳輸采集單元、顯示單元（報(bào)警控制主機(jī)上集中顯示）、監(jiān)控器、控制單元、報(bào)警單元、被控設(shè)備單元（如風(fēng)機(jī)、電磁閥）組成。氣體檢測探頭將現(xiàn)場檢測到的氣體濃度轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如4-20mA或者RS485等信號(hào)，然后將信號(hào)輸送到報(bào)警控制主機(jī)上進(jìn)行統(tǒng)一顯示。兩種通訊形式的組網(wǎng)框圖如下圖2與圖3所示。

圖2 4~20mA通訊應(yīng)用框圖

圖3 RS-485通訊應(yīng)用框圖

三、氣體檢測儀行業(yè)分析

1、行業(yè)通訊方案升級(jí)

氣體檢測儀早期使用4~20mA模擬量傳輸，由于兩方面原因?qū)⒈籖S-485所替換。

通訊形式特性原因：模擬量傳輸存在系統(tǒng)不可組網(wǎng)、抗干擾性較差及傳輸數(shù)量較少等問題；

其次對(duì)于氣體檢測廠家而言，4~20mA的檢測儀表過于通用，已被替換，會(huì)選用RS-485做自主協(xié)議建立替換壁壘。

2、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布帶來隔離RS-485需求機(jī)會(huì)點(diǎn)，氣體檢測儀在冶金、石油、化工、市政、地下管廊等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，根據(jù)國標(biāo)《GB15322.2-2003可燃?xì)怏w探測器第2部分：獨(dú)立式可燃?xì)怏w探測器》5.1.16章節(jié)中要求在于市政及城市地下管廊項(xiàng)目中，氣體檢測儀設(shè)備接受下表各項(xiàng)測試，試驗(yàn)后探測器功能應(yīng)用正常。包括如下：

l   試驗(yàn)期間，探測器不應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或不可恢復(fù)的故障信號(hào)；

l   試驗(yàn)后，探測器的報(bào)警動(dòng)作值與報(bào)警設(shè)定值之差不應(yīng)超過±5%LEL。

具體如下所示：

圖4 氣體檢測儀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

ZLG致遠(yuǎn)電子基于自主研發(fā)設(shè)計(jì)的電源芯片ZLG1001，推出Priority系列全工況優(yōu)選電源（簡稱P系列），滿足所有工況需求，為用戶提供穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的供電解決方案。

P系列電源產(chǎn)品參數(shù)如下：

l   隔離電壓：3000VDC；

l    產(chǎn)品封裝：SIP兼容國內(nèi)、國際產(chǎn)品的封裝；

l   支持持續(xù)短路，自恢復(fù)；

l   符合RoHS的生產(chǎn)工藝；

l   完善的老化測試、EMC測試。

另外，ZLG致遠(yuǎn)電子推出的全隔離SK系列開板隔離RS-485模塊SK4400S，由于應(yīng)用更簡便、展板面積較分立搭建更小，已深受行業(yè)認(rèn)可。SK4400S具體參數(shù)如下所示：

l   集隔離及ESD總線保護(hù)功能于一身；

l   隔離電壓3500VDC/2500VAC；

l   同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多允許連接128個(gè)節(jié)點(diǎn)；

l   工作溫度：-25℃～+85℃；

l   帶短路保護(hù)、過溫保護(hù)。