現(xiàn)場總線溫度變送器原理及應(yīng)用

一、引言

　　信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。現(xiàn)場總線就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)。現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設(shè)備（稱為現(xiàn)場總線儀表）之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　目前，在國內(nèi)可購到的FF（現(xiàn)場總線基金會）現(xiàn)場總線儀表有：羅斯蒙特公司的FF3051壓力（壓差）變送器、FF3244MV溫度變送器、FFDVC50000智能閥門；Smart公司的FFLD302壓力（壓差）變送器、FFTT302溫度變送器、FFFP302現(xiàn)場總線到氣壓轉(zhuǎn)換器。本文從工程應(yīng)用出發(fā)，對FFTT302現(xiàn)場總線溫度變送器的原理和應(yīng)用加以介紹，以供自動化人員參考。

二、原理

1、功能與特性

　　TT302是一種將溫度、溫差、毫伏等工業(yè)過程參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場總線數(shù)字信號的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式（現(xiàn)場）儀表的作用。

　　TT302測量溫度配用RTD（熱電阻）或熱電偶，但也可配用其他具有電阻或毫伏輸出的傳感器，諸如高溫計、負(fù)荷傳感器、電阻或位置指示器等。TT302采用數(shù)字技術(shù)后能實現(xiàn)下列性能：單一的型號能接受多種傳感器、寬量程范圍、單值或差值測量；在現(xiàn)場和控制室之間接口容易，可大大減少安裝和維護費用，能接受二路輸入，也就是說有兩個測量點，準(zhǔn)確度為0.02%。

　　TT302溫度變送器內(nèi)裝AI（模擬輸入）、PID（比例加積分加微分控制）、ISS（輸入選擇）、CHAR（線性化）和ARTH（計算）等5種功能模塊。它們具有可由用戶組態(tài)的基本功能，各種功能模塊都有輸入、輸出，并裝有參數(shù)和一個算法。各功能模塊用一個標(biāo)識符來表示，功能模塊的輸入、輸出等能用其他儀表從總線上讀出，它們之間也能互相連接，其他儀表也能寫入模塊的輸入。TT302與其他現(xiàn)場總線儀表互連構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。用戶可通過功能模塊的連接建立適合控制應(yīng)用所需的控制策略。

2、硬件構(gòu)成原理

　　由TT302輸入板、主電路板和顯示板組成。TT302接受來自熱電偶（TC）、mV發(fā)生器、熱電阻（ohm）傳感器的信號，這些輸入信號必須在規(guī)定范圍內(nèi)。電壓規(guī)定范圍為50~500mV，電阻的規(guī)定范圍為0~200W。量程可以組態(tài)。

①輸入板

　　MUX為多路轉(zhuǎn)換器，它的作用是確保傳感器端子到信號調(diào)理板接收的電壓信號是正確的端子間電壓。

　　信號調(diào)理板的功能是給輸入信號乘上一個正確的增益以適合A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器的信號接收范圍。

　　電源隔離和信號隔離的作用是防止輸入信號與地形成地環(huán)電流而引入干擾。來自主電路板CPU的控制信號和來自A/D轉(zhuǎn)換器的信號通過光電耦合器傳輸，從而實現(xiàn)了信號電的隔離。同樣，輸入板上的電源也必須是隔離的，電源隔離是采用把直流轉(zhuǎn)換為一高頻交流，并使用變壓器分隔電的聯(lián)系來實現(xiàn)的。

②主電路板

　　中央處理器CPU是TT302的核心部件，它控制著整個儀表各個部件的協(xié)調(diào)工作、線性化和通信。系統(tǒng)程序存貯于CPU外部的只讀存貯器PROM，運算數(shù)據(jù)暫存貯于RAM，如果電源開關(guān)斷開，RAM中的數(shù)據(jù)就會丟失。然而，CPU內(nèi)還有一個非易失性存貯器EEPROM，當(dāng)電源開關(guān)斷開時，這里的數(shù)據(jù)仍保留。因此，一些重要的標(biāo)定、組態(tài)和辨識等應(yīng)用程序都存貯在這里。主電路板上的EEPROM存貯器用來存貯組態(tài)參數(shù)（指功能模塊的參數(shù)）。

　　CPU與信號整形之間是通信控制器，此控制器用來監(jiān)視現(xiàn)場總線上的占空系數(shù)（或情況），調(diào)制和解調(diào)通信信號，引入和刪除數(shù)字信號中開始和結(jié)束的定界符。

　　本機調(diào)整為兩個干簧管（也稱磁性開關(guān)）[1]。在本機調(diào)整時，不用打開儀表的端蓋，即在儀表的電路全部被密封的情況下，利用磁棒的置入與置出就可觸發(fā)TT302內(nèi)的磁開關(guān)，進行儀表的組態(tài)和調(diào)整，從而使現(xiàn)場儀表內(nèi)的電子元件不與現(xiàn)場的惡劣環(huán)境直接接觸，大大延長了電子元件的使用壽命，也使儀表適應(yīng)惡劣環(huán)境的性能得到提高。

　　TT302是由現(xiàn)場總線供電的，供電電壓為9~32VDC。在供電的同時，儀表的輸入-輸出的數(shù)字信號也由現(xiàn)場總線傳輸，與二線制模擬變送器相近，但現(xiàn)場總線中的數(shù)字信號是雙向的，而且傳輸?shù)氖嵌鄠€信號。信號規(guī)程符合IEC-1158-2，本安，隔爆。

③顯示板

　　顯示板是一個從CPU接收數(shù)據(jù)的微功耗液晶顯示器，它為四位半數(shù)字值和五位字母的LCD（液晶顯示器）。

三、應(yīng)用[2]

　　目前，在中國已有十幾家工業(yè)企業(yè)選用了Smart公司的302現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。安慶石化腈綸廠是國內(nèi)率先采用Smart302現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的廠家，其現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應(yīng)用示意圖如圖2所示。

　　PCI為過程控制接口卡，它通過卡上的OPRAM（雙口RAM）與PC機CPU進行快速信息交換，從而實現(xiàn)PC機與所有現(xiàn)場總線儀表間的信息交換，而PC機的CPU主要從事管理工作。每塊卡可接4個相互獨立的通道，每個通道下可掛接4塊總線安全柵（SB302）。

　　總線安全柵除了起總線安全隔離作用外，還起總線供電和總線重復(fù)器（放大器）作用。

　　LD302是一種將差壓、絕壓、差壓、液位和流量等工業(yè)過程參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場總線數(shù)字信號的變送器，它還具有控制功能，起到了基地式儀表的作用。

　　TT302可就地實現(xiàn)溫度的自動控制，同時把溫度信號通過現(xiàn)場總線傳送給操作站。

　　FI302是把現(xiàn)場總線數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為4~20mADC電流信號的轉(zhuǎn)換器，IF302是把4~20mA(DC)電流信號轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場總線數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換器。這兩個轉(zhuǎn)換器可使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬控制系統(tǒng)相連。

　　操作站采用普通工控機及AIMAX-WIN人機界面軟件。

　　雙向的全數(shù)字通信總線從控制室的操作站一直延伸到現(xiàn)場儀表，中間節(jié)省了很多A/D、D/A等環(huán)節(jié)，既可提高系統(tǒng)的精度，又可減少I/O卡及其安裝空間，因而可以大大減少運行和維護方面的費用。在安全可靠性方面，由于控制功能下放在各處的現(xiàn)場總線儀表內(nèi)，從而將危險分散，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

四、結(jié)束語

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)越性是不容置疑的，因此，象TT302這樣的現(xiàn)場總線儀表是很有發(fā)展前途的儀表，它將使傳統(tǒng)的傳感器或變送器消失，從而開創(chuàng)一個工業(yè)控制的新時代。