第九章-智能变送器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第九章 智能变送器,第一节 3051智能变送器,一、构成原理,爱默生-罗斯蒙特公司的3051C差压变送器是一种智能型两线制变送仪表，它将输入差压（或压力）信号转换成420mA的直流电流和数字通信（HART）信号。,3051C的产生,3051C智能变送器是在1151S智能变送器的基础上开发出来的，而1151S智能变送器是在1151模拟变送器的基础上开发出来的。,1151S的膜盒和1151模拟变送器是一样的，也是电容式室（或称室，的含义是微位移）传感器，但它的电子部件却是不同的。1151模拟变送器采用的是模拟电子线路，输出是420mA模拟信号；而1151S是以微处理器为核心部件的专用集成电路，整个变送器的电子部件由一块板组成，它既可以输出420mA模拟信号，又能在420mA上叠加数字信号，还可以和手持终端或其他支持HART通信协议的设备进行数字通信，实现远程设定零点和量程。,1151S的技术性能比1151模拟变送器好，基本精度为0.1，最大测量范围为模拟变送器的2倍，量程比为15：1，其他如稳定性、温度特性等也比1151模拟变送器要好。,将1151S电容室移到了电子罩的颈部后，1151S就成为了3051C。这样做的目的是使电容式室远离过程法兰和被测介质，当被测介质温度发生变化时，电容传热影响减弱，仪表的温度性能和抗干扰性能提高。,传感器组件,3051C有电容式和压电式两种传感器类型。电容式传感器适用于测量差压和表压。常用于表压、流量和液位测量。压电式传感器适用于测量绝压，常用于真空及液位测量。,电容式传感器,电容式传感器将差压变化转换为电容的变化。3051C变送器选用高精度电容式传感器,它的工作原理参见第八章第一节1151模拟变送器传感器部分。,电容式传感器如图9-1所示。图中：,全焊接的密封设计；,316L不锈钢外壳；,土星检测技术；,共平面的过程隔离法兰；,多总线输出信号；,专用集成电路ASIC技术；,单一电路板。,传感器组件中的电容室采用激光焊封。机械部件和电子组件同外界隔离，既消除了静压的影响，也保证了电子线路的绝缘性能。同时检测温度值，以补偿热效应，提高测量精度。电容式压力传感器具有测量精度高、测量重复性好、动态响应快、对温度静压敏感度小、制造重复性好等突出优点。,压电式传感器如图9-2所示。当压电片受到力的作用后，压电片发生变形，虚框变为实框，压电片外表面和压电片内表面的电荷极性相反。压电片一侧表面聚集正电荷，另一侧表面聚集负电荷，两个极板上的电荷量相等，但极性相反，由此产生的电势与被测压力成正比。,压电式传感器可以看作是一个电荷发生器，同时，它也是一个电容器，晶体上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板，极板间物质等效于一种介质。压电传感器可以等效为一个与电容相串联的电压源，也可以等效为一个电荷(流)源与一个电容并联，其电容量为,两极板间的电压为,式中，是极板上聚集的电荷。因此，压电传感器可看作是电容为C、电源电压为的串联电路。经压电传感器转换，差压或压力的变化转换为输出电压的变化。,压电式传感器体积小、结构简单、不需外加电源、灵敏度和响应频率高，适用于压力的测量。,膜盒,3051C的膜盒部件和传统的膜盒部件不同，体积缩小，重量减轻，整机的性能有很大提高，基本精度0.0750.1，量程比100：1，其他如静压、温度、单向特性，也都上了一个档次。,膜盒在制造过程中，需经温度和压力等特性试验。虽然膜盒是成批生产的，但不同的膜盒特性仍有差异，需要不同的校正系数。在3051C的检测部件中，增加了传感器存贮器,它是用来存放传感器的信息和校正系数的。转换时，微处理器可根据这些信息和校正系数，对传感器进行线性修正，这不但提高了仪表精度，而且还增加了零部件之间的互换性。此外，在3051C的检测部件中，还增加了测温传感器，用以修正环境温度变化而引起的热影响。,构成原理,图9-3是3051C变送器的原理框图，该变送器选用的是电容传感器。3051C变送器由传感器组件和电子组件两部分组成。3051C变送器的工作原理是：被测差压通过隔离膜片和填充液作用于电容室中心的感压膜片，使之产生微小位移，感压膜片和它两侧电容极板所构成的差动电容值也随之改变。这一差动电容值与被测差压的大小成比例关系。电容传感器输出的信号经信号处理（AD转换）和微机处理后得到一个与输入差压对应的420mA直流电流或数字信号，作为变送器的输出。,变送器的电子部件安装在一块电路板上，使用专用集成电路(ASIC)和表面封装技术。,3051C是由传感器和微处理器相结合而构成的，它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理或处理(如滤波、放大、AD转换等)、数据显示、自动校正和自动补偿等。微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程度上提高了传感器的性能。,二、HART手持通信器,HART手持通信器主要用途是对仪表进行组态，用于功能与参数的确定。它的工作原理是利用现场总线的通信能力在生产现场连接仪表，组态构造系统功能。例如，HART（375）通信器，该通信器可以与任何HART或FF相容的设备在420mA回路的任何点接入，但在通信器的接入端子和电源之间必须提供最小负载为250的电阻。375通信器使用FSK技术，因而，在通信时不会干扰420mA信号。,HART（375）通信器的如图9-4所示。375通信器的微处理器为80MHz；内置闪存32MB；系统卡为128MB；随机存储器为32 MB；可充电电池，根据情况最多可使用10h,电池充电电压为85240V；显示为1/4VGA(240320象素)9.6cm触摸屏，单色，自动调光显示，抗反光涂层；键盘为25个键，包括4个功能键、6个动作键、12个字母数字符号键和3个迁移键；HART和现场总线接口为3个4mm的香蕉插孔（HART与FF共用其中一个插孔）。,功能键指的是F1、F2、F3、F4键，它们用于解释显示于屏幕底部的命令。例如在屏幕底部F3的位置处出现“EDIT”(编辑)，则当按功能键F3时，屏幕上就出现“编辑菜单页”；如在F2的位置处显示“DEL”，则按功能键F2时，就会删除当前字符。,动作键指的是电源开关键(IO)、光标移动键（）和热键()，其功能是接通或关闭电源、上下左右移动光标和为用户快速定义选项菜单。,字母数字符号键指的是26个英文字母、10个阿拉伯数字和12个符号。,迁移键指的是“、”3个键。当按键时，字母数字键上的左边字母起作用；当按键时，字母数字键上的中间字母起作用；当按键时，字母数字键上的右边字母起作用。,三、组态,HART通信器组态有两种组态方式：在线（联机）组态和离线（脱机）组态。前者是在通信器和变送器建立通信连接的状态下进行的组态，组态数据输入到375通信器的工作寄存器中，然后直接传送到连接的变送器上。后者则在未建立通信连接的状态下，将组态数据存入375通信器的非易失性存储器(EEPROM)中，待连接设备时可以将这些数据传送至变送器。,在组态中将修改参数传送至变送器时，为避免修改参数对控制回路带来影响，通信器会显示提示信息“WARNINGControl loop should be in manual”(警告：控制回路应置于手动状态)，该显示信息仅仅是一个提示，不能将控制回路自动切换至手动，必须在控制室进行人工操作。,当HART通信器与 HART变送器相连时，在线菜单的顶部显示变送器的名称和标签；在线菜单的底部显示F1F4软功能键，每一幅屏幕画面都可确定F1F4键的新用途。当HART通信器上电后，屏幕显示为主菜单，如图9-5。图中：HART Communicator为HART通信器；Off line为离线；On line为在线；Frequency Device为频率设备；Utility为效用。,HART通信器连到变送器回路时，变送器电源可以不关，但手持通信器的电源要关掉。如果在电源开着的时候连到变送器回路，则有时会打乱变送器的程序，所以不能带电连接。若HART通信器没有与变送器相连接时称为离线，否则称为在线，图9-6所示为在线菜单。,“Burst”是可选的通信模式，在这种通信模式下，允许单一的从站连续的广播一个标准的HART 响应信息。这种模式将主站从为得到更新的过程变量信息而不断对从站发送命令请求的重复中解放出来。同样的 HART 响应信息(PV或其他)连续的由从站广播，直到主站指示其他命令。采用“burst”通信方式，根据选择的命令不同，数据更新为每秒 3-4 次。Burst 模式只能使用在单个从设备的网络中。,HART通信器的快键顺序表如表9-1所示。它说明了组态某一功能时的按键顺序。HART通信器的菜单树如图9-7所示。,3051C变送器的配线如图9-8所示。手持通信器可接在信号回路的任一端点，读取变送器输出的反映差压大小的数字信号，并对变送器进行组态。,HART手持通信器是一个与所有遵循HART协议的变送器相连接的手持终端，3051智能变送器是遵循HART协议的变送器，它的校验和调整可以在HART手持通信器上进行，也可以在装有HART通信卡的DCS上进行。如果这两种设备都没有，那只能在表体上进行。不过这时仪表的智能功能便发挥不了，只能当作一台高精度的模拟变送器使用。,HART手持通信器可以连到变送器接线端子，也可连到其他任何连接处，但不能直接接在电源两端，一定要经过负载电阻（需250）。HART的两根通信电线是没有极性的，可以随便连接。,在接线端子处：PWR/COMM为电源或通信端子，表示电源线或数字通信线应接在此处，当然手持通信器也可接在此处；TEST为测试端子，校验时高精度电流表或电压表（应并联250）可接在此处。此线路检测叠加在420mA信号的数字信号，并通过回路传送所需信息，完成DCS或HART手持通信器（也称为数据设定器）与3051C智能变送器的双向数字通信。,设定过程变量单位（快键顺序为：1，3，2）,3051C可使用下述过程变量单位：inH2O，inHg，ftH2O，mmH2O，mmHg，psi，bar，mbar，g/cm,2,，kg/cm,2,，Pa，KPa，torr和atm(大气压)。,设定输出方式（快键顺序为：1，3，5）,可以将变送器输出设定为线性（Linear）或者平方根(Sq.Root)输出。设定变送器为平方根输出模式,可使模拟输出与流量成正比。为避免因输入接近零值而产生极高的增益，当输入接近零时，3051自动地切换到线性输出，如图9-9所示。在平方根输出模式下，线性输出分两段：对于差压输入量程的0%0.6%，曲线的斜率(Slope)为1（y=x）；对于差压输入量程的0.6%0.8%，曲线的斜率为42（y=42x）。分两段的目的是使线性段与平方根曲线段相互转变时有较好的平滑性或连续性，以保证变送器在零输入附近有稳定输出。,零点和量程调整,最常用的一项组态是调整变送器的零点和量程。对变送器有三种调整的方法：使用通信器直接输入量程的上下限值；使用通信器和压力输入源；使用变送器上的零点和量程按钮与压力输入源；其中后两种调校的效果一样。,1)通过通信器键盘输入改变量程时（快键顺序为：4或5）,，4mA点和20mA点的设定互不影响，但改变两点的设定值都会引起量程的变化。例如：如一台变送器原设置为4mA(0kPa)，20mA(100kPa)，如果通过通信器键盘输入新的4mA(50kPa)，此时20mA仍保持为100kPa，则变送器的量程变为50kPa。,2)使用压力输入源调校和通信器调校时（快键顺序为：1，2，3，1，2），调整4mA点不会影响表的量程值。例如一台变送器原设置为4mA(50kPa)，20mA（100kPa），如果此通过压力输入源进行调校，将4mA设置为O KPa，则此时20mA变为50KPa，表的量程保持50kPa不变。,3)当不知道4mA和20mA点的具体值，并且无手持通信器时，利用本机零点和量程按钮与压力输入源，可以调整变送器量程。当设定4mA点时，量程保持不变；当设定20mA点时，量程改变。如果对量程下限的调整引起量程上限超出传感器极限值，量程上限值会自动设定在传感器极限值，而量程也会相应地发生调整。利用变送器的量程和零点按钮调整变送器量程时，应依照下述步骤进行操作。,拧松变送器表盖顶上固定的认证标牌螺钉，旋开标牌，露出零点和量程按钮,如图9-10所示。,利用精度为310倍于所需校验精度的压力源，向变送器高压侧加量程的下限值相应的压力。,如要设定4mA点，先按住零点按钮至少2s，然后核实输出是否为4mA。如果安装了表头，则表头将显示“ZERO PASS(零点通过)”。,向变送器高压侧加量程的上限值相应的压力。,如要设定20mA点，先按住量程按钮至少2s，然后核实输出是否为20mA。如果安装了表头，则表头将显示“SPAN PASS(量程通过)”。,当采用压力源调整量程时，4mA和20mA的设定值是根据操作者提供的输入压力值进行转换的，有时通信器的压力读数与压力输入源的值不同。这可能是由以下几个原因造成：变送器安装位置；用户的压力标准与工厂（仪表制造厂）标准不同；由于过压、过热（冷）或长期漂移造成传感器原有特性漂移。这种差别可以通过组态中的传感器数字微调项进行消除。,设定阻尼。,（快键顺序为：1，3，6）,变送器的电子阻尼特性是使变送器的响应时间对于输入快速变化引起的输出读数呈平滑变化曲线。可根据系统回路动态变化所需要的响应时间、信号稳定性和其他要求决定适当的阻尼设定，缺省阻尼时间为0.4s,阻尼时间的设定范围为025.6s。,LCD表头选项（快键顺序为：1，4，3，4）,表头选项指令可根据应用设定表头，设定表头可以显示下述信息：工程单位；量程百分比；用户设定表头标尺；工程单位和百分比之间交替显示；工程单位和用户设定表头标尺之间交替显示。,传感器数字微调,智能变送器与模拟变送器工作的主要不同是智能变送器被特性化了。进行特性化时，将变送器传感器的输出值与输入压力值进行比较，并将比较数据存入变送器的EEPROM中。变送器在工作时，则利用这些数据，根据输入的压力产生一种标有工程单位的变量输出值。数字微调功能就是让操作人员能够改变其特性曲线，不要把传感器数字微调与量程调整相混淆。虽然通过量程的调整也可以使某个输入压力值对应于4mA或20mA点，但这种调整不影响变送器其他各点压力输出值与输入压力的变换关系。对于智能变送器，利用传感器的数字微调功能可以修改变送器的数字读数与输入压力之间的变换关系。,为了变送器更好地工作，可以修改表的特性化，有两种方式：对变送器重新进行特性化；进行数字微调。一般变送器在出厂时已经被特性化了，用户只要修改表的特性曲线来适应自己的标准压力信号，最简便的方法是进行数字微调。,数字微调分两个步骤进行：第一步为传感器微调，调整变送器输出的数字读数与输入压力相一致；第二步为420mA数字微调，对输出级电子部件进行调整。为取得最佳效果，应在稳定的环境下使用高精密仪器进行调校，避免出现对变送器的超量调整，变送器能接收的微调值不超过原来特性化曲线的5。,传感器微调有两种方法：量程微调和零点微调，两者的复杂程度不一样，究竟该使用哪种方法取决于现场的应用情况。,零点微调（快键顺序为：1，2，3，3，1）,。在采用零点微调功能，用HART手持通信器校验传感器时，按下述步骤操作：使变送器通大气，并且将手持通信器与测量回路相连；从手持通信器主菜单中选择1DeviceSetup2 Diagnostics and Service3Calibration3Sensor trim1Zero trim，准备进行零点微调；遵循手持通信器提供的指令完成零点微调的调整。,量程微调（快键顺序为：1，2，3，3）,。采用量程微调功能，用HART手持通信器校验传感器，按下述步骤操作：将整个校验系统连接安装通电。校验系统包括变送器、HART手持通信器、电源、压力输入源和读数装置；从手操器主菜单中选择1DeviceSetup2Diagnostics and Service3Calibration3Sensor trim2Lower sensor trim，准备进行传感器量程下限微调点的调整；遵循手持通信器提供的指令，完成对量程下限值的调整；重复以上步骤调整量程上限值，用3 Upper sensor trim替代步骤中的2 Lower sensor trim。,量程微调包括传感器下限微调和传感器上限微调，即需要调整测量范围的两个端点值，使得两点间的各输出值呈线性化。要想得到好的精度，所选的上限和下限值应分别等于或略大于4mA和20mA点。调整时，需要压力源的精度至少3倍于变送器，应用时一定要让压力稳定保持10s后才进行调整。,如果没有精密的压力源，可以采用零点微调。零点微调为一点调整，调整时变送器必须处于未迁移状态，即偏离真正的零压不超过3。这种方法在消除由于变送器安装位置带来的影响或补偿差压变送器由于静压引起的零点漂移时很有用，但这种调整保持原有的特性化曲线的斜率。,微调可改变传感器特性化曲线，如果传感器微调不当，或者使用不符合精度要求的设备进行微调，则变送器性能可能降低。,微处理器在处理了传感器的信号之后，输出一个数字量，经过数模转换(DA)线路把该数字量转换为420mA的模拟信号送往信号线。变送器在使用一段时间后或进行了特性化后，可能需要对DA转换线路进行检查和微调。Hart通信器提供了两种DA微调方式：digital-to-analog trim数模微调和scaled DA trim定标数模微调。两者是有区别的，前者是调整变送器的4mA和20mA点的模拟输出电流值，使得这两点的模拟输出等于4.00mA和20.00mA。而后者是调整4mA和20mA点与用户可选择的参考标尺相对应，而不是与4mA和20mA对应。例如：通过一个250的负载测量，则为15V；这时如果通过DCS测量，则为0100。,第二节 LD301智能变送器,一、构成原理,LD301是SMAR公司研制的产品，它是一种测量差压、绝压、表压、液位和流量的智能变送器，它是在具有运行可靠和性能优越并经过现场验证的电容传感器的基础上开发的。LD301采用数字技术后能实现几种变送功能的选择，在现场和控制室之间接口容易，大大减少了安装、运行和维护费用。,LD301由传感器和主电路板组成，如图9-11所示。为为被测差压，传感器采用电容传感器作为压力敏感元件，其工作原理参见第八章第一节。,电子转换器。有两个电子转换器：一个是将电容转换为频率（或数字信号），而电容是被测差压的函数；另一个是将静压（被测介质的工作压力）转换为数字信号。,温度转换器。它将传感器工作温度转换为数字信号，进行工作温度变化的补偿，以提高测量精度。,中央处理单元。它是变送器的智能核心，担负着测量范围调整、功能设定、比例积分微分控制、输出控制、模拟传输和HART通信等任务。,HART调制解调器。它负责在主设备和从设备之间进行数据交换。变送器从供电电流中解调信息，并把回应信息调制在电流上。1200Hz 表示“1”，2200Hz 表示“0”。由于频率信号是对称的，因此对420mA 信号的直流电平没有影响。,D/A转换器。转换器把来自CPU 的数字信号转换成模拟信号。,数字协处理器。,显示控制器。接收CPU 的数据并使液晶显示器的相应字段变亮。同时控制器驱动背景光和字段的控制信号。,输出。控制供给变送器的电流。其作用如同一个可变的电阻负载，电阻数值取决于来自D/A 转换器的电压。,供电。采用信号线（两线制）向变送器电路供电。变送器静态耗电3.6mA；运行时，视测量信号大小和传感器状态而定，耗电可高达21mA。LD301 在变送器模式时，如果设置成低信号故障，则用3.6mA 指示故障；如果设置成高信号故障，则是21mA。如果低于测量下限，指示3.8mA；如果高于测量上限，则是20.5mA；测量值在3.8mA20.5mA 间正比于量程内的给定压力。4mA 对应工作量程的0，而20mA 对应100。,本机零点/量程调整。两个用于调整的开关，利用磁性激活。该磁性工具不需通过机械的或电气的接触即可激活开关。,二、显示器,根据DISPLAY 中的设置可以交替显示两个指示。可以显示由用户选定的一到两个变量。当选择两个变量时，显示变量每3 秒间隔进行一次交替。液晶显示包括一个4 位(因有一位数码管不完整，故称为四位半)数字区，一个5 位字母数字区和信息区，如图9-12所示。,正常运行时，LD301 处于监视模式。此模式下，显示在用户设置的主要和次要变量间交替，见图9-13，此时表头显示的是测定值，为25毫米水柱。显示器将指示工程单位、数值和参数，同时还有多个状态指示字符。当用户进行完全本地调整时，监视方式被中断。显示还能指示错误和其它信息，见表9-2。,三、组态,LD301 智能变送器是数字仪表，它的数字通信协议(HART)使仪表可以连接到计算机上，以便通过非常简单并完全的方式进行组态。SMAR 为其HART设备研发了两种类型的组态器：HT2 组态器（旧）和HPC301 组态器（新）。HT2 组态器采用PSION 膝上电脑为平台，而HPC301 采用最新技术的Palm 掌上电脑。,利用HART组态器，可以实现如下组态功能：变送器标识和制造数据；主变量微调（压力）；主变量微调（电流）；变送器调整到工作量程；工程单位选择；流量测量的传递函数；线性化表格；累计组态；PID 调节器组态和MV%特性化表格；设备组态；装置维护。在组态器和变送器间发生的操作不会中断压力测量，也不会干扰信号输出。组态器可以同时连接在420mA信号线对上，距变送器最远可达2km。,上位机组态,在计算机中装入CONF401软件并电气接线图接好线，就可以在控制室内对LD301进行组态，图9-14为CONF401的组态屏幕。,屏幕中：,Table为表格；,User Unit为用户单位；,Totalization为累积；,LCD Indicator为液晶显示器；,Maintenance为维护；,Trim为微调；,Graphics为图形；,Multidrop为多挂接；,Factory为工厂；,Information为信息；,Divice Info 为设备信息；,Date sheet Info为数据页信息；,Monitor为监控；,Specific Monitor为特殊监控；,Device Status设备状态；,Rerange为重调量程；,Configration为组态；,Write Protect为写保护；,Read Only为只读；,Alarm Selection为报警选择；,High为高；,Low为低；,Function为输出功能；,linear为线性。,目前，很多HART变送器都当作模拟变送器使用，由于不能通信的原因，很少利用上位机对变送器进行组态，这是HART变送器在生产应用中亟待解决的问题。上位机组态是现场总线变送器的主要组态方式，详细内容请见现场总线变送器。,HPC301手持终端组态,图9-15显示了HPC301终端的面板。LD301遵循HART协议，可以用HART手持通信器组态，它与3051C的组态操作相同，这里不再重述。,HT2手持终端组态,HT2组态器,图9-16为HT2组态器外形。手持终端的主要特性：RAM 32KB；EPROM 64KB(可扩展)；显示80个字符；电源9V DC(电池)。手持终端侧面有2个槽可以插入存储器模块或专用程序模块，将存有LD301专用程序的模块插入后即可充当LD301编程器用。任意操作HT2不会损坏变送器，但有些操作要慎重，如CONF中的LOWER，UPPER等，因为对它们操作失误可能导致重新校验变送器。,SMAR手持终端的面板如图9-21所示。键钮有双重涵义：键钮顶部刻有符号；键钮上方也刻有符号。ON为开机用，显示LD301 OFF，如果显示不清楚，可调侧面的对比度钮，按ON键还可使编程在某一步骤时退回到它的上一步骤；、为光标移动键；SHIFT为上挡键，此时显示屏上的光标不闪动；DEL为删除打错的字符；SPACE为空格键；EXE为确认键，确认一次操作或完成一次输入。,用光标指向LD301 OFF中的OFF，按EXE则关机，或者直接按O键也可以关机。如果开机后，在5min内没有按任何键，手持终端将自动关闭。此后如果开机，将显示自动关机前的状态。图9-17为HT2组态器的面板。,标有LD301的程序模块应插入手持终端的插座B中，数据模块插入插座C中，它可用于离线编程时存放变送器数据，当然这些数据也可存储在手持终端的RAM中，注意在开机状态切勿拔插这一存储块，以免丢失数据。,菜单树,主菜单LD301所有可利用软件资源的主菜单是一个由上向下生长的树状(倒树状)结构，所以也称为程序树，如图9-18所示。,ON-LINE SINGLE-UNIT为在线单台组态。在线单台组态供HT2与单台变送器相连时使用，而这台变送器的地址为0。,ON-LINE MULTIDROP为在线多站组态。多站组态供HT2与几个并联的变送器相连，直到地址编号为15。这些变送器的组态用,不同的地址。,OFF-LINE为离线组态。离线状态供HT2不与变送器连接时使用，几个变送器的数据可写入，也可储存，它能够用标签号TAG识别,储存的标准组态。这些组态可输进变送器，而且标签号TAG也可改变。EXIT为用于返回到上一层菜单的选择，即返回LD301 OFF，ON键也有此功能。,组态操作,当HT2第一次合上电源开关或更换新电池后，屏幕显示为,语言种类选择：英语、法语、德语。光标在English下闪动，按EXE键后屏幕显示为,光标若移至off，并按EXE键或O键，HT2将关机。光标移至LD301处按EXE键，HT2的操作系统从插入的EPROM存储器(数据模块)传入HT2的RAM存储器，屏幕显示为,HT2处在操作LD301状态，软件号为5.。几秒钟后，三种可选择菜单将显示为,在线单台组态；在线多台组态；离线组态。光标移至ON LINE SINGLE UNIT下闪动，按EXE键选择在线单台组态后，显示为,搜寻所连接的变送器，XMTR=transmitter(变送器)，稍候显示为,这一显示表示现在HT2连接的是一台LD301智能压力变送器(带有PID功能)，它的软件号是5.。按EXE键后，主菜单显示为,这有两个主菜单供选择，由组态决定，如果PID功能投入，则显示右面屏幕主菜单，否则显示左面屏幕主菜单。“”表示主菜单的选择；“XMTR”表示作为变送器在工作；“PID”表示作为控制器在工作。变送器420mA输出能组态为PID控制器输出，其公式为：,式中:SP为设定值；PV为过程变量(压力、液位、流量等)；e为偏差，e=PVSP(正作用)或e=SPPV(反作用)；KP为比例增益；TI为积分时间；TD为徽分时间；MV为操作变量(输出)。,输出是一种并行的互不干扰的PID算法，对PV具有微分作用，对误差具有比例积分作用。这一分支仅当PID模块投入时才能进入。即在CONF分支中对“PID ONOFF”进行组态，如果组态PID ON，就能进CNTRL分支。,下面仅以变送器的上、下限（或零点、量程）设定说明组态操作过程。,用标准压力输入直至设定的输出为4mA处，则该压力即被设定为下限值（LOWER VALUE），而量程被保持。用标准压力输入直至设定的输出为20mA处，则该压力即被设定为上限值（UPPER VALUE），例如：LOWER VALUE=0mmH2O；UPPER VALUE=1000mmH2O；若零点迁至175mmH2O，其操作如下：在主菜单中选CONF，然后按EXE，显示为,使光标在Lower下面,按EXE,显示为,调整下限值,提问下限值改变否,不改变时按N,改变时按Y,则屏幕显示为,本语句提醒你:控制回路应置于手动状态,按EXE,屏幕显示为,敲入密码，按EXE后，屏幕显示为,移动光标至“WITH REFERECE”（有标准标定），因有一已知压力值，所以按EXE，屏幕显示为,提供下限压力值并稍等片刻，压力稳定后，屏幕显示为,提问：所设的压力是否作为下限值？如果是下限值，按Y（否则按N），屏幕显示为,提示回路可进入自动状态，按EXE，屏幕显示为,注意：上限值改变后，其量程未变。,四、本机（地）调整,如果变送器配有显示，并被设置为可完全本机调整，那么磁性工具几乎就像HART组态一样功能强大。在很多基本应用中，有了它就不再需要组态工具。如果LD301没有连接表头，则本机调整模式不可能被使能。,在变送器的标识牌下有两个孔，可以通过它使用磁性工具来激活两个磁性开关，见图9-19。,两个孔带有Z(零点)和 S(量程)标记，下面将简单的分别以(Z)和(S)来表示。按照所选择的调整类型，由磁性工具插入(Z)和(S)时所执行的动作。简单的本机调整分为变送器模式和调节器模式。变送器模式:Z 选择量程下限数值；S 选择量程上限数值。调节器模式:Z 在选项OPERATION和TOTAL间移动；S 激活所选功能。完全本机调整：Z在所有选项间移动；S激活所选功能。,第三节 ABB智能变送器,一、压阻式传感器,PTSP型压力变送器是已并入ABB公司的BEILY公司生产的产品，PTSP型压力变送器中的传感器就是压阻式压力传感器，简称P传感器，如图9-20所示。P传感器就是压阻传感器，其工作原理与第八章第二节扩散硅变送器中介绍的压阻传感器相同，这里不再重述。,二、电感式传感器,PTSD差压变送器也是已并入ABB公司的原BEILEY公司生产的产品，PTSD差压变送器中的传感器是电感式传感器，它使用一个电隔离的差动变压器为传感器，简称D传感器，如图9-21所示。,D传感器的原理示意图如图9-22所示。D传感器是用两个对半表壳将测量膜片夹住，并通过膜片边缘的焊接使膜片张紧并与中心对准，在测量膜片中心的两侧还各焊上一个磁性铁心。在压力小于90kPa时，膜片有波纹；在大于90kPa时膜片变平。这个特点的膜片提供了较好的对称性、柔软性和在静压下的准确性。,两个感应线圈在两个对半表壳内的每一侧铁心处。将两个隔离膜片边缘焊好后，它们与测量膜片之间形成两个充液容室，里面的填充液是硅油或氟油。隔离膜片的作用是使测量膜片与工作介质隔离，以防止测量膜片腐蚀和过载损坏，从外部保护了传感器。传感器用来测量绝对压力时，作为参考一侧的测量容室应为密闭真空，加在隔离膜片上的压力(或差压)是通过填充液传递到测量膜片上的。差动变压器是利用测量膜片受压力(或差压)作用后所产生的位移，来改变铁心与线圈之间的相对位置，使线圈的电感量发生改变，从而使压力(或差压)变化的信号转换成线圈电感量的变化的。,差动变压器的结构示意图如图9-27所示。,差动变压器有一个原线圈，有两个结构完全相同的副线圈，副线圈按电压反向串联，因此称差动变压器。磁性铁心由测量膜片带动在线圈中移动，可改变原线圈与左、右两段副线圈的耦合情况。当铁心处于线圈中间位置时，由于原线圈与左、右两段副线圈的耦合情况相同，两段副线圈中的感应电动势和大小相等。又由于副线圈是反向串联，故与相位相反，因此，这时总的输出电动势为零。当磁性铁心偏离中间位置时，输出一个交流电动势u，其大小取决于磁性铁心位置偏离中间位置的距离大小，而其相位取决于磁性铁心处于中间位置的左（上）面还是右（下）面，因此也决定了与原线圈输入电动势是同相还是反相。实验证明，在两个串联线圈上产生的交流电动势u与焊在测量膜片上磁性铁心的位移大小成正比例地变化。下面用数学公式说明差动变压器的工作原理。,根据电工学的互感电动势公式,对（9-1）和（9-2）进行拉氏变换,（9-1）,（9-2）,（9-3）,（9-4）,对（9-3）和（9-4）求频率特性,（9-6）,（9-7）,（9-8）,上式表明当R、L、u、（即i）确定后,u的大小由决定，而决定于铁心的位移，即决定于被测差压或压力。,三、2600T系列变送器,PTSD和PTSP现在已升级为ABB公司2600T系列变送器，如HART变送器264B/D/V/P型。ABB公司的2600T系列变送器能够在最为恶劣或有害的环境中准确可靠地测量差压、表压、绝压、流量和液位。2600T系列变送器的组成方框图如图9-24所示。,2600T主要包含两个功能单元：一是主单元；二是辅助单元。2600T系列变送器与PSTD不同的是，电感传感器（差动变压器）移到了膜盒的上部，所以离介质的距离远了，传感器受介质温度的影响减小。同时检测器内部还装了温度传感器，根据传感器检测到的温度，变送器中的微处理器能随时修正温度变化所带来的影响，所以变送器的温度特性很好。,2600T系列变送器除了模拟加HART数字通信产品外、还有Profibus和FF现场总线通信等产品；2600T系列不但采用了电感式传感器、而且还采用了电容式传感器和压阻式传感器；2600T系列变送器可以用下列工具进行组态：就地按钮和高精度压力源；就地按钮和LCD指示器；手持终端。,第四节 ST3000智能变送器,ST3000智能变送器是美国霍尼威尔公司研制的产品。它主要由测量头和电子室两大部分组成，如图9-25所示。,ST3000变送器的主测参数是差压P，它将差压转换成420mA DC和数字信号输出，并具有双向通信功能。为了消除被测介质的静压P和温度T对差压测量的影响，设置了静压传感器和温度传感器。差压传感器、静压传感器和温度传感器将各自被测参数转换成电信号，分别经各自的信号调理电路调理成统一电平的信号，经多路开关切换至10位AD转换器转换成数字量，送入微处理器、存储器和输出信号调理单元进行处理，最后转换成420mA DC和数字信号输出。输出信号与被测差压P成正比关系。,(1)半导体复合传感器 半导体复合传感器，是在一片14.7的硅片上运用超大规模集成电路的离子注入技术和激光刀修整技术制作了三种传感器，分别检测差压、静压和温度，并集成了电子多路开关和AD转换器。这里的差压和静压传感器与PTS型变送器的P传感器一样，也是根据半导体压阻效应原理工作的。而温度传感器则是根据其半导体材料的电阻率随温度变化的特性测温的。半导体复合传感器有效地解决了差压、静压和温度之间交叉灵敏度的影响，从而具有精度高、宽量程比和高稳定性的特点。将制作在半导体复合传感器上的电阻，接成惠斯登电桥，如图9-26所示，图中温度传感器为热敏电阻，三个传感器均由恒流源供电。当P、P和T发生变化时，便转换成电压输出。设、和分别为三个传感器的输出电压，则,（9-9）,由以上三式可求解出差压P的表达式。,（9-10）,（9-11）,（9-12）,式(9-12)表明，欲精确测量被测差压，必须考虑被测介质的静压和温度变化对其的影响。为此，三传感器的输出信号经转换开关和AD转换成数字量后，由微处理器按一定运算法则运算便可消除交叉灵敏度的影响。,(2)微处理器 这里的微处理器包含了中央处理单元CPU、只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM和电可擦（可）编程只读存储器EEPROM。ROM的作用是存储程序；PROM存储三传感器的特征参数；EEPROM是为了保存RAM中的数据，是不挥发型(非丢失)后备存储器。当仪表工作时，EEPROM存储着与RAM同样的数据，当仪表断电时，RAM中存储着的数据丢失，而EEPROM中的存储着的数据则保存。当仪表恢复供电时，存储在EEPROM中的数据会自动地传送到RAM中。由于EEPROM是一种电可擦除的或电可写入的PROM，故不需要后备电池。,变送器出厂前，首先利用三维标定法，将被测差压特性数据、静压特性数据和温度特性数据存储于PROM中。实际工作时，微处理器分别采集到三传感器的信号数据后，利用预先存储于PROM中特性数据，通过软件进行三传感器数据融合处理，便可消除交叉灵敏度对主测参数P的影响。数据融合的结果通过DA转换成DC 420m