仪表与装置 第03章变送器-1.ppt
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1、控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系变送器变送器 变送器在自动检测和变送器在自动检测和变送器在自动检测和变送器在自动检测和控制控制控制控制系统中的作用,是系统中的作用,是系统中的作用,是系统中的作用,是将各种工艺参数,如温度、压力、流量、液将各种工艺参数,如温度、压力、流量、液将各种工艺参数,如温度、压力、流量、液将各种工艺参数,如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号,位、成分等物理量转换成统一的标准信号,位、成分等物理量转换成统一的标准信号,位、成分等物理量转换成统一的标准信号,以
2、供显示、记录或控制之用以供显示、记录或控制之用以供显示、记录或控制之用以供显示、记录或控制之用 1控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系按照被测参数分类按照被测参数分类 差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器 压力变送器压力变送器压力变送器压力变送器 温度变送器温度变送器温度变送器温度变送器 液位变送器液位变送器液位变送器液位变送器 流量变送器等流量变送器等流量变送器等流量变送器等 变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性 xyxminxmaxyminymaxxmin 可能0,也可能02控制仪表
3、和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.概述概述 变送器的构成原理变送器的构成原理 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理 数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理 3控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系模拟变送模拟变送器的构成器的构成原理原理测量部分测量部分测量部分测量部分 放大器放大器放大器放大器 反馈部分反馈部分反馈部分反馈部分 x测量部分Ki模拟式模拟式变送器的组成变送器的组成:zi放大器Koy反馈
4、部分Kfzf+零点调整零点迁移+z0关键环节关键环节:4控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系当满足KoKf1的条件时 输入输出关系输入输出关系 xKiziKoyKfzf+z0RETURN5控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系如果,ymin,ymax 与xmin,xmax,如何调整?1.调整调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率,调试会影响零点可以改变线性关系的斜率,调试会影响零点2.调整调整z0可以改变零点,同时也
5、会引起线性关系的平移可以改变零点,同时也会引起线性关系的平移6控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理 x检测元件A/D转换CPU通信电路数字信号存储器一般形式一般形式x检测元件A/D转换CPU通信电路FSK信号存储器A/D转换Frequency shift keying采用采用HART协议通信方式协议通信方式RETURN7控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系软件软件数字式
6、数字式变送器软件部分变送器软件部分包括包括:A/D采样程序采样程序 量程转换程序量程转换程序 工程量变换程序工程量变换程序 滤波滤波程序程序 误差校正程序误差校正程序 D/A输出程序输出程序 通讯通讯程序程序 辅助功能程序辅助功能程序数字式变送器还配置有数字式变送器还配置有手持终端手持终端 8控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.2 变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题 量程调整量程调整 零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移 线性化线性化 变送器信号传输方式变送器信号传输方式 9控制仪表和计算
7、机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.2.1.3.1.2.1.量程调整量程调整量程调整量程调整 量量程程调调整整相相当当于于改改变变变变送送器器的的输输入入输输出出特特性性的的斜斜率率,也也就就是是改改变变变变送送器器输输出出信信号号y与与输输入入信信号号x之之间间的的比比例系数例系数 xyxminxmaxyminymax使变送器的输出信号上限值使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值与测量范围的上限值xmax相对应相对应 10控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计
8、量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系量程调整的方法量程调整的方法 改变反馈部分的反馈系数改变反馈部分的反馈系数Kf 改变测量部分转换系数改变测量部分转换系数Ki 软件实现软件实现 模拟式变送器模拟式变送器数字式变送器数字式变送器 Kf Ki 量程量程 量程量程 回放回放11控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.2.2.3.1.2.2.零点调整零点调整零点调整零点调整零点调整的方法零点调整的方法模模拟拟变变送送器器:调调Z0数数字字变变送送器器:软软件件使变送器的输出信号下限值使变
9、送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin=0相对应相对应 xy0 xmaxyminymax12控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.2.2.3.1.2.2.零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移 使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值与测量范围的下限值xmin相对应,在相对应,在xmin=0时,称为零点调整,在时,称为零点调整,在xmin0时,称为零点迁移时,称为零点迁移 当测量的起始点由零变为某一正值,称为正迁移;当测量的起始点由零变
10、为某一正值,称为正迁移;当测量的起始点由零变为某一负值,称为负迁移当测量的起始点由零变为某一负值,称为负迁移 零点调整使变送器的测量起始点为零零点调整使变送器的测量起始点为零零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:xminxyxmaxyminymax0 xmaxxminxmax零点迁移的方法零点迁移的方法模模拟拟变变送送器器:调调Z0数数字字变变送送器器:软软件件13控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.2.3.3.1.2.3.线性化线性化线性化线性化
11、 原因原因:传传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系模拟式变送器模拟式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法:1.使反馈部分与使反馈部分与传传感器组件感器组件具有相同的非线性特性具有相同的非线性特性 14控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系数字式变送器数字式变送器 非线性补偿方法非线性补偿方法:软件实现软件实现 2.使使测量部分测量部分与与传传感器组件感器组件具有相反的非线性特性具有相反的非线性特性15控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算
12、机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系3.1.2.4.3.1.2.4.变送器信号传输变送器信号传输变送器信号传输变送器信号传输 气动变送器气动变送器气动变送器气动变送器:电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器:HARTHARTHARTHART通讯通讯通讯通讯协议方式协议方式协议方式协议方式 数字式变送器数字式变送器数字式变送器数字式变送器:两根气动管线(气源和信号)两根气动管线(气源和信号)两根气动管线(气源和信号)两根气动管线(气源和信号)二线制二线制二线制二线制四线制四线制四线制四线制 双向双向双向双向全数字量传
13、输信号全数字量传输信号全数字量传输信号全数字量传输信号(现场总线通信方式现场总线通信方式现场总线通信方式现场总线通信方式)16控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式电动模拟式变送器信号传输方式 二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号信号 二线制二线制 四线制四线制 供电电源和输出信号分别用二根导线传输供电电源和输出信号分别用二根导线传输 RL四线四线制变制变送器送器Io电源
14、二线二线制变制变送器送器RLErrIo17控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰 二线制变送器的条件:二线制变送器的条件:工作电流:工作电流:工作电压工作电压:二线制二线制二线制二线制二线制优点:二线制优点:目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器目前大多数变送器均为二线制变送器 二线二线制变制变送器送器RLErrIo+VT18控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国
15、计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系数字数字数字数字式变送器信号传输方式式变送器信号传输方式式变送器信号传输方式式变送器信号传输方式HARTHART(Highway Addressable Remote TransducerHighway Addressable Remote Transducer)协议是一种过渡协议是一种过渡性协议,它采用性协议,它采用FSKFSK技术,在技术,在4 42020mAmA过程测量模拟信号上叠加了一过程测量模拟信号上叠加了一个频率信号,使模拟信号与数字双向通讯能同时进行,即个频率信号,使模拟信号与数字双向通讯能同时进行,即在
16、一条电在一条电缆上同时传输缆上同时传输4 42020mAmA的模拟信号和数字信号,的模拟信号和数字信号,互不干扰。我国目前互不干扰。我国目前工业现场中工业现场中4 42020mAmA标准的模拟仪表仍大量存在,标准的模拟仪表仍大量存在,HARTHART协议起到了承协议起到了承前启后的作用,在我国得到了广泛的应用。前启后的作用,在我国得到了广泛的应用。HART通讯协议通讯协议:物理层物理层 数据链路层数据链路层 应用层应用层 HART通信协议是依照国际标准化组织通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连的开放式系统互连(OSI)参参考模型,简化并引用其中三层:考模型,简化并引用其中三层
17、:这种被称为可寻址远程传感高速通道最早由这种被称为可寻址远程传感高速通道最早由Rosemount公司开发并得公司开发并得到到80多家著名仪表公司的支持多家著名仪表公司的支持,于于 1 993年成立了年成立了HART通信基金会。通信基金会。19控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系中国计量学院自动化系物理层物理层物理层物理层 物理层规定了信号的传输方法和传输介质物理层规定了信号的传输方法和传输介质传送速率为传送速率为1200 bit/sbit/s FSKFSK信号相位连续,均值信号相位连续,均值0 0,则叠加上的信号对模拟信号
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