現(xiàn)場總線型變送器的特點及應(yīng)用

引言

變送器是自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它既是獲取信息的傳感器，也是信息工業(yè)的源頭。目前，變送器已經(jīng)從模擬型、智能型發(fā)展到了現(xiàn)場總線型。

智能型變送器(指采用HART、DE協(xié)議的變送器)是數(shù)字信號與模擬信號混合的變送器，它和DCS(分散控制系統(tǒng))的連接仍然采用兩線制。智能型變送器與DCS通信時，在DCS中還必須配有智能卡(數(shù)字檢測卡) ，否則，即使是同一廠家的產(chǎn)品，也不能通信。不同廠家的DCS和智能型
變送器之間一般不能進(jìn)行數(shù)字通信，絕大多數(shù)仍是4~20mA的模擬量傳輸。因此這種智能型變送器的互操作性差，智能作用也不大。隨著計算機(jī)、通信和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)發(fā)生了新的變革，產(chǎn)生了取代傳統(tǒng)DCS(指未吸納現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(簡稱FCS)。為了適應(yīng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的要求，現(xiàn)場總線型變送器得到了迅速發(fā)展。

一 特點

現(xiàn)場總線型變送器與目前開始廣泛使用的智能型變送器相比較，具有如下特點。

(1)全數(shù)字性

現(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)從
控制室一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，使過去采用點到點式的模擬量信號傳輸變?yōu)槎帱c一線的串行數(shù)字式傳輸。在現(xiàn)場總線型變送器中，不論是傳感器電路，還是轉(zhuǎn)換器電路，都是數(shù)字式的。不像智能型變送器那樣，既有數(shù)字電路，又有模擬電路。因而，現(xiàn)場總線型變送器的全數(shù)字性使得變送器的結(jié)構(gòu)更加簡單，其分辨力、測量速度、穩(wěn)定性都高于智能型變送器。

(2)精確度高

在智能型變送器中，其傳感器有的不是直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字的，而是把壓差作用在膜片上，使其產(chǎn)生位移，改變電容或電阻，先輸出電壓，再經(jīng)過模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號后，送微處理機(jī)。當(dāng)然，也有一些智能型變送器，壓差膜片的位移直接轉(zhuǎn)換成頻率信號，沒有A/D轉(zhuǎn)換器。但是，為了保留有4~20mA模擬信號，數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器還都是存在的。所以，在智能型變送器中，其信號傳輸精確度在反復(fù)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換中有所降低。而現(xiàn)場總線型變送器中不存在A/D 和D/A轉(zhuǎn)換電路，所以不會產(chǎn)生A/D和
D/A的轉(zhuǎn)換誤差，因而信號的傳輸精確度有所提高，故現(xiàn)場總線型變送器要比智能型變送器精確度高。

(3)抗干擾能力強(qiáng)

在模擬型和智能型變送器中，信號是以4~20mA的連續(xù)形式存在的，信號值的變化可以無限小，因此，噪聲和信號畸變在模擬信號傳輸中是無法避免的。也就是說，變送器傳輸模擬信號時穩(wěn)定性較差，零點容易漂移。而在現(xiàn)場總線型變送器中，信號的有效值只有兩個：0或1，電平較高，一般的噪聲很難扭曲它，只有在很大的干擾出現(xiàn)時，才可能使信號發(fā)生畸變。所以，現(xiàn)場總線型變送器要比智能型變送器(當(dāng)它傳輸4~20mA模擬信號時)的抗干擾能力強(qiáng)。

(4)內(nèi)嵌控制功能

現(xiàn)場總線型變送器除了保持智能型變送器優(yōu)良的測量性能外，還增加了運(yùn)算和控制功能。在每臺現(xiàn)場總線型變送器中都內(nèi)嵌有PID控制、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、累加等模塊，用戶通過組態(tài)軟件對這些功能模塊進(jìn)行任意調(diào)用，以實現(xiàn)參數(shù)的現(xiàn)場控制。由于現(xiàn)場總線型變送器就安裝在生產(chǎn)設(shè)備附近，使信號傳輸?shù)木嚯x大大縮短，這不但提高了回路的控制質(zhì)量，降低了回路的不穩(wěn)定性，而且還可取消控制柜，進(jìn)一步節(jié)省了控制室的空間。

(5)高速通信

智能型變送器不論是采用HART通信協(xié)議，還是采用DE通信規(guī)程，其通信速率都不高，因此不能有效地實現(xiàn)實時控制?，F(xiàn)場總線型變送器要像4~20mA系統(tǒng)那樣實現(xiàn)閉環(huán)實時控制需要更高的通信速率。由于高速需要更大的電源消耗，這個要求就與本質(zhì)安全產(chǎn)生了矛盾。因而，需要選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ潘俾?，使系統(tǒng)的通信負(fù)荷盡可能小。