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1、过程控制系统过程控制系统 第第2章章第第2 2章章 检测仪表检测仪表 要控制一个消费过程，首先必需实时检测消费要控制一个消费过程，首先必需实时检测消费过程中的有关参数。例如温度、压力、流量、液位过程中的有关参数。例如温度、压力、流量、液位等。用来检测这些参数的工具称为检测仪表，其中等。用来检测这些参数的工具称为检测仪表，其中包括丈量指示仪表及将被测参数转换成规范信号输包括丈量指示仪表及将被测参数转换成规范信号输出的丈量变送器。出的丈量变送器。过程控制系统过程控制系统 第第2章章给定值给定值被控变量被控变量干扰干扰f 控制器控制器 变送器变送器执行器执行器被控对象被控对象+e实测值实测值过程控制
2、系统过程控制系统 第第2章章国国产电动单元元组合合仪表三代表三代产品：品： 2060年代年代 DDZI型型,电子管磁放大器子管磁放大器 70年代年代 DDZII型型,晶体管分立元件晶体管分立元件 80年代年代 DDZIII型型, 线性集成防爆性集成防爆DDZIII型型组组合合仪仪表表过程控制系统过程控制系统 第第2章章DDZIII型型组组合合仪仪表表DDZ III型型电动单电动单元元组组合式合式仪仪表表组组成框成框图图将一次仪表的将一次仪表的输出作为输入输出作为输入并转换为一致并转换为一致规范信号。规范信号。用于显示成记用于显示成记录检丈量的大录检丈量的大小。小。依给定与检丈量依给定与检丈量的
3、偏向，以一定的偏向，以一定调理规律发出调调理规律发出调理信号。理信号。用于输入给用于输入给定数据。定数据。用于手动直用于手动直接控制。接控制。完成对被控完成对被控对象的控制对象的控制动作。动作。过程控制系统过程控制系统 第第2章章一次一次仪表表用于被丈量的信号用于被丈量的信号检测检测单元元传感器感器自自动化控制化控制仪表的信号通表的信号通讯早期早期 DDZI DDZI，DDZII DDZII 采用采用010mA010mA目前目前 DDZIII , DDZIII ,采用采用420mA420mA国国际规范范注解：注解：7373年年4 4月月IECIEC经过模模拟信号信号传输用用4-20mA, DC
4、4-20mA, DC电流成流成15V, DC15V, DC电压DDZIII型型组组合合仪仪表表过程控制系统过程控制系统 第第2章章采用采用420mA420mA传输的的优点点为何不用何不用电压信号信号传输? ?传输回路等效回路等效电阻小，不易受外界感阻小，不易受外界感应干干扰影响。影响。便于两便于两线制制传输，简化化传输线路，采用活零点路，采用活零点mAmA，易于判，易于判别传输缺点，提高平安防爆性能等。缺点，提高平安防爆性能等。DDZIII型型组组合合仪仪表表过程控制系统过程控制系统 第第2章章温度变送器温度变送器 检测信号要进入控制系统，必需符合控制系统检测信号要进入控制系统，必需符合控制系
5、统的信号规范。变送器的义务就是将不规范的检测信的信号规范。变送器的义务就是将不规范的检测信号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成规范信号号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成规范信号输出。输出。 数字控制系统的信号规范有：数字控制系统的信号规范有： FF协议、协议、 HART协议等协议等 模模拟控制系控制系统的信号的信号规范是：范是： 型：型：010mA、010V III型：型：420mA、15V过程控制系统过程控制系统 第第2章章模拟式温度变送器模拟式温度变送器 模拟式温度变送器有多模拟式温度变送器有多个种类、规格，以配合不同个种类、规格，以配合不同的传感元件和不同的量程需的传感元件和不同的量程
6、需求，但构造根本一样。求，但构造根本一样。-+电量电量传感元件传感元件被测温度被测温度输入电路输入电路放大电路放大电路反响电路反响电路输出电流输出电流图图2.24 温度变送器原理框图温度变送器原理框图E1过程控制系统过程控制系统 第第2章章以以DDZ-III型热电偶温度变送器为例型热电偶温度变送器为例:Et反响反响放大电路 电源输入电路输出电路过程控制系统过程控制系统 第第2章章 下面详细分析各环节的任务原理。下面详细分析各环节的任务原理。1输入电路输入电路 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电回路中串接一
7、个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和丈量零点的调整。偶的冷端补偿和丈量零点的调整。Ei=Et + VRcu VR4冷端冷端补偿设计：VRcut0=E(t0 ,0)Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿过程控制系统过程控制系统 第第2章章Ei零点调整零点调整温度补偿温度补偿Ei = Et + VRcuVR4 = Et + VRcut0 + VRcu0 VR4 调调R4实现实现量程调整。量程调整。 冷端冷端补偿：VRcut0=E(t0 ,0)VRcut0t 0度度时时Rcu上上压压降增量降增量VRcu0 0度度时时Rcu上压降，上压降，规范规范热电势热电势零点零点调整调整过程控制系统过程控
8、制系统 第第2章章 大幅度的零点大幅度的零点调整叫零点迁移。适用价整叫零点迁移。适用价值是：是： 有些工有些工艺的参数的参数变化范化范围很小，例如，某很小，例如，某设备的温度的温度总在在5001000之之间变化。假化。假设仪表丈量表丈量范范围在在0 1800之之间，那么，那么500以下、以下、1000以上的丈量区域属于浪以上的丈量区域属于浪费。由于。由于变送器的送器的输出范出范围是一定的。可是一定的。可经过零点迁移，配合量程零点迁移，配合量程调整，使整，使仪表的丈量范表的丈量范围在在5001000之之间，可提高丈量精，可提高丈量精度。度。Ei = Et + VRcut0 + VRcu0 VR4
9、零点调整零点调整过程控制系统过程控制系统 第第2章章180050018000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/50010000变变送送器器输输出出Io/mA温度温度T/204442020 a. 未迁移未迁移 b. 零点正向迁移零点正向迁移 c. 零点正向迁移零点正向迁移 且减少量程且减少量程图图2.26 温度变送器的零点迁移和量程调整温度变送器的零点迁移和量程调整过程控制系统过程控制系统 第第2章章 RP1为为零零点点迁迁移移电电位位器器，RP2为为量量程程迁迁移移电电位位器器，改改动动RP2，可可改改动动反反响响电电压压Vf的
10、的分分压压比比，即即改动反响强度，因此改动整个变送器的量程。改动反响强度，因此改动整个变送器的量程。差动输入：差动输入：实践输入电路实践输入电路 Et + VRCU IC2 + VRP1 +VRP2 IC2 -Et调调RP1、RP2相相互影响。互影响。过程控制系统过程控制系统 第第2章章2、放大电路、放大电路 由于热电偶输出的热电势为毫伏级信号，放大由于热电偶输出的热电势为毫伏级信号，放大电路必需是高增益低漂移的运放，同时还要采取抗电路必需是高增益低漂移的运放，同时还要采取抗干扰措施。由于丈量元件和衔接导线在现场很容易干扰措施。由于丈量元件和衔接导线在现场很容易引入干扰。例如用热电偶丈量电炉温
11、度时：引入干扰。例如用热电偶丈量电炉温度时： eAB耐火砖的漏电耐火砖的漏电阻、漏电容阻、漏电容假设不接地，假设不接地，那么那么e AB=0过程控制系统过程控制系统 第第2章章实践放大电路实践放大电路 高高增增益益、低低漂漂移移的的IC2 ，构构成成差动放大器差动放大器复复合合管管Ta1、Ta2构构成成射射极极输输出出器器，实实现现V-I 的转换的转换稳稳压压管管VD0的的作作用用是是在在电电流流输输出出回回路路断断线线时时，电压输出信号不受影响电压输出信号不受影响调制调制隔离隔离过程控制系统过程控制系统 第第2章章3、反响电路、反响电路 在反响电路中需求完成量程调整和非线性校正在反响电路中需
12、求完成量程调整和非线性校正两个功能。量程调整本质上是调整放大电路的闭环两个功能。量程调整本质上是调整放大电路的闭环放大倍数，经过调理反响电阻的大小就可实现。而放大倍数，经过调理反响电阻的大小就可实现。而非线性校正那么需求一个校正网络来实现。非线性校正那么需求一个校正网络来实现。 IoEt-+Et热电偶热电偶被测温度被测温度T输入电路输入电路放大电路放大电路非线性反响非线性反响输出电流输出电流IoTIoVfT过程控制系统过程控制系统 第第2章章实践反响电路实践反响电路IC1及及非非线线性性反反响响构构成成的的线线性性化化修修正正电电路路，将将Vf转转换换为为电电压压Vf后后，反反响响到到IC2的
13、反相输入端。的反相输入端。经经Tf隔隔离离，经经整整流流、滤滤波波，在在Rf、Cf 上上得得到到与与IO成成正比的直流反响电压正比的直流反响电压Vf过程控制系统过程控制系统 第第2章章过程控制系统过程控制系统 第第2章章电源电源变变送送器器的的供供电电电电源源是是+24V。为为了了提提高高变变送送器器的的抗抗共共模模干干扰扰才才干干和和有有利利于于平平安安防防爆爆，放大器需求在电路上与电源隔离。放大器需求在电路上与电源隔离。 为此此，24V直直流流电源源经调制制解解调后后，获得得9V的的直直流流电压供供应运运算算放大器。放大器。过程控制系统过程控制系统 第第2章章 平安防爆措施平安防爆措施VD
14、i1、VDi2限压、限压、Ri1、 Ri2限流。限流。变压器隔离变压器隔离限压限压限流限流过程控制系统过程控制系统 第第2章章4、DDZ-III型热电偶温度变送器的实践线路简图型热电偶温度变送器的实践线路简图Et反响反响放大电路 电源输入电路输出电路过程控制系统过程控制系统 第第2章章过程控制系统过程控制系统 第第2章章 近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体化温度变送器，它将传感元件与丈量电路一体化，化温度变送器，它将传感元件与丈量电路一体化，电路高度集成，自带冷端补偿功能，电路高度集成，自带冷端补偿功能， 24VDC供电。供电。过程控制系统过程控制
15、系统 第第2章章2.2.6.2智能温度变送器智能温度变送器 智能变送器是采用微处置器技术的现场型仪智能变送器是采用微处置器技术的现场型仪表。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，而表。可输出模拟、数字混合信号或全数字信号，而且可以经过现场总线通讯网络与上位计算机衔接，且可以经过现场总线通讯网络与上位计算机衔接，构成集散控制系统和现场总线控制系统。构成集散控制系统和现场总线控制系统。过程控制系统过程控制系统 第第2章章智能数字式变送器的硬件构成智能数字式变送器的硬件构成采用频移键控(FSK)方法，在420mA根底上叠加幅度为0.5mA的正弦调制波作为数字信号 过程控制系统过程控制系统 第第2章章
16、西仪西仪444系列温度变送器系列温度变送器上海横河上海横河YT200温度变送器温度变送器过程控制系统过程控制系统 第第2章章仪表的特性和表的特性和优点包括：点包括： 多多协议输出：出：DEDE，HARTHART，模，模拟信号信号420420A)A) 通用通用热电偶提供内部数字式冷端偶提供内部数字式冷端补偿或或热电阻阻提供提供导线补偿，毫伏和欧姆信号，毫伏和欧姆信号输入入 缺点缺点时上限或下限上限或下限维护 对于于传感器缺点和无效信号即感器缺点和无效信号即时报警警 在在线诊断和断和远程程组态 两两线制制 Honeywell过程控制系统过程控制系统 第第2章章艾默生艾默生罗斯蒙特公司罗斯蒙特公司R
17、osemount 世界上第一台世界上第一台2-2-线制温度变送器是罗斯蒙特公司于线制温度变送器是罗斯蒙特公司于19671967年年推出的，世界上第一台智能型温度变送器和第一台多参数推出的，世界上第一台智能型温度变送器和第一台多参数智能型温度变送器均是由罗斯蒙特公司设计和制造的。智能型温度变送器均是由罗斯蒙特公司设计和制造的。FFFF现场总线现场总线3244MV 3244MV 温度变送器是首批经现场总线基金会温度变送器是首批经现场总线基金会注册的温度变送器。注册的温度变送器。过程控制系统过程控制系统 第第2章章SMAR TT302 现场总线现场总线FF温度变送器温度变送器 smar/produc
18、ts/tt301.asp - 4-20 mA - TT301 smar/products/tt301.asp - 4-20 mA - TT301系列系列 输入回路具入回路具备自自动调零功能，零功能，长期期稳定性更出色；定性更出色； 两两线制，制，4-20mA4-20mA输出叠加直接数字通出叠加直接数字通讯； 独特的独特的传感器感器1616点特性化曲点特性化曲线； 输出出电流分辨率流分辨率为1.5 A/bit1.5 A/bit，更新，更新时间为0.50.5秒秒; ; 公用的数学公用的数学协处置器提高任置器提高任务性能性能; ; 支持多挂接方式支持多挂接方式; ; PID PID控制功能；控制功能； 设定点定点发生器功能；生器功能； 支持支持DTMDTM、DDDD和和EDDL.EDDL. smar/products/tt302.asp- TT302smar/products/tt302.asp- TT302系列系列 自自诊断；断； 双通道；双通道； 过程控制系统过程控制系统 第第2章章硬件构成硬件构成
