現場兩線制儀表應用已經非常普遍，如各種兩線制壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、溫度變送器、兩線制物位變送器、兩線制成分變送器等等。目前，兩線制現場儀表普遍使用控制系統的I/O卡件、配電器、智能調節器、無紙記錄儀、數顯表的配電功能提供24VDC電源。如果以一臺采用壓力變送器構成的顯示系統為例，采用DC24V電源、配電器所提供的24VDC電源構成的系統及接線原理見圖1，采用帶配電功能數顯表構成的系統及接線原理見圖2。


圖1 采用電動單元組合儀表構成的系統及接線原理圖



圖2 采用帶配電功能數顯表構成的系統及接線原理圖

比較圖1、圖2，可以看到采用帶配電功能的儀表后，不僅設備減少了兩臺(DC24V電源、配電器)，而且除220VAC電源線外，相互間接線由圖1的6根減少到圖2的2根，因此這種方式構成的系統簡單、價格低廉，在生產現場使用已經非常普遍。

但是，在生產現場采用智能調節器、無紙記錄儀、數顯表配電功能所提供的24VDC電源向變送器供電方案時，往往碰到電源電壓大幅降低所導致兩線制變送器工作不穩定甚至不能正常工作的故障情況。

為什么會出現這些問題？問題的癥結在哪里？儀表廠家對配電問題功能應有什么樣的考慮？用戶應用時要注意哪些問題？本文對此作了一些探討。

1、兩線制24VDC供電儀表
兩線制壓力、差壓、流量變送器是典型的24VDC供電儀表，也是最早的兩線制儀表，雖然說的是24VDC供電，卻允許其實際供電電壓有一個較大的變化范圍，通常這個范圍是10.5VDC-45VDC。在產品樣本中常見到這樣一個插圖(如圖3所示)，說明了供電電壓與負載的關系。


圖3 變送器供電電壓與負載關系圖

圖3表明當變送器的負載由小變大時，所要求的供電電壓也需要相應提高，比如當負載為600Ω時，變送器的供電電壓就應該大于24V。按筆者的理解，這里所說的供電電壓應該指的是配電設備提供的電壓，這個電壓一方面提供變送器自身所需的工作電壓，另一方面它還向負載電阻提供壓降(這個壓降在變送器輸出最大電流時達到最大值，通常最大電流取為21mA或22mA)。

由此可見，問題可以分解成三個方面：變送器要求工作電壓的高低；負載電阻的大小；配電設備提供電壓的穩定性。

2、變送器要求工作電壓的高低
同作為兩線制壓力、差壓、流量變送器，其產品樣本中最低工作電壓有的為10.5V，有的為11V或12V，這個差別很小，應用時稍加注意即可。需要留意的是帶就地液晶顯示器的變送器，它要求的最低工作電壓通常要高于這個電壓，如ABB公司MV2000T系列變送器，不帶就地液晶顯示器的變送器最低工作電壓為10.5V，帶就地液晶顯示器的變送器最低工作電壓為14V。在現場使用這種變送器時，當變送器兩端電壓降低到稍低于14V時，液晶顯示器就不工作了，但輸出電流信號或許還有。

除了兩線制壓力、差壓、流量變送器外，其它參數的變送器對工作電壓要求也不同，如兩線制物位計，其最低工作電壓往往高一些，表1列出了部分兩線制物位變送器的工作電壓范圍。

表1 部分兩線制物位變送器的工作電壓范圍



由于兩線制物位變送器本身的工作電壓要求較高，即使是配電電源的工作電壓能穩定在24VDC，但當負載電阻稍大(例如超過250Ω)且輸出電流較大時，由于負載兩端的壓降較大，兩線制物位變送器本身的工作電壓就可能達不到要求值。

比如某廠的SBLB靶式流量變送器、SBUT外浮筒液位變送器的產品樣本要求電源電壓為24VDC±5%，即22.8VDC-25.2VDC，數顯式溫度變送器的產品樣本要求電源電壓為24VDC±10%，即22.6VDC-26.4VDC，這些變送器對電源電壓的要求比兩線制物位變送器還高。

3、負載電阻的大小
圖3已經介紹了變送器的最低工作電壓要適應負載電阻大小的要求，所以一定要對變送器輸出回路的負載情況有大致的了解，比如對調節器、無紙記錄儀、數顯表來說，有時變送器的4-20mA電流信號送到這些儀表時是通過250Ω采樣電阻后以電壓信號方式輸入的，那么從圖3可以了解到變送器的最低工作電壓至少應該是16.5V。有時也會在變送器的4-20mA電流信號回路中再串一些負載。如信號需在兩處顯示時串接兩臺數顯表或信號在一臺表上記錄的同時還送到調節器進行控制，這樣往往使負載達到500Ω，兩線制變送器的工作電壓則進一步降低。

4-20mA+HART通訊輸出的智能型變送器，當與手操器或與PC機相連接時，均要求回路中至少有250Ω(或200Ω)的負載才能正常通訊，所以在多數情況下，250Ω的負載是必須要考慮的。

一些公司還提供了根據供電電壓計算負載的公式，可以確定在保證供電電壓情況下的最大負載RL(Ω)。



式中：Us為配電電源保證的供電電壓，V；Umin為變送器要求的最低工作電壓，V；Imax為變送器的最大工作電流，A，通常可取0.022。

4、配電設備提供電壓的穩定性
以往采用24VDC電源箱或開關電源(容量通常較大，如15A、10A、5A等等)，所帶儀表及變送器的數量相對較少時電源的穩定性較好，前面所說的問題筆者在現場還從未碰到過。如今采用無紙記錄儀、數顯表所帶配電功能供電，筆者在短短兩三年內就碰到三四次，其中有使用無紙記錄儀的，也有使用數顯表的，并涉及到多個生產廠家，說明還是一個較為普遍存在的問題。

在采用某公司帶配電功能的數顯表向VAGPULS系列雷達物位計供電時，出現4-20mA信號大幅波動、工作不穩定甚至不能正常工作的故障情況。經測試，在物位計上的工作電壓遠低于表1要求的20VDC，只好不用數顯表的配電功能，臨時增加一臺24VDC開關電源向雷達物位計供電，所輸出的4-20mA信號送至數顯表顯示。

在采用某公司帶配電功能的無紙記錄儀向ABB公司MV2000T系列智能變送器供電時，出現4-20mA信號大幅波動及就地數字顯示表頭無顯示的問題，經測試，無紙記錄儀帶負載后，有的儀表供電電壓降至17V，在智能變送器電源端子上測得的電壓往往低于14V，對另一臺帶配電功能的無紙記錄儀測試結果是儀表供電電壓帶負載后降至21V。由于生產裝置投運前，大部分變送器還未承受壓力和差壓，輸出電流為4mA，在無紙記錄儀的輸入端250Ω電阻上壓降僅為1V，智能變送器供電所需電壓尚能保證，待生產裝置投運后，部分變送器均承受正常的壓力和差壓，其工作電流上升到12-20mA之間，250Ω電阻上壓降迅速上升，而智能變送器供電所需電壓迅速下降，于是問題都暴露出來。經查看產品使用說明書，無紙記錄儀每一個配電回路的最大電流為30mA，似乎應該能保證變送器的供電。向生產廠家反映多次后，廠家才重視這個問題，并派專人攜帶改造后的配電板到現場，將原有配電板換下后，所有智能變送器工作恢復正常，現場測試表明：儀表供電電壓帶負載后僅降低少許，約在23.8-24V之間。經向儀表廠家來現場技術人員了解，他們只不過將電源回路一個限流電阻由27Ω減少到10Ω，從而使無紙記錄儀每一個配電回路的內部壓降減少，而最大輸出電流由30mA增大到大于50mA，問題就這樣解決了。

筆者查閱了部分智能調節器、無紙記錄儀、數顯表產品的樣本，發現大多數這類儀表所帶配電功能對每個回路的最大輸出電流為20-30mA。東輝DY2000數字顯示儀老樣本中配電部分的參數是24VDC，最大電流30mA，而新版資料中則將最大電流改為50mA；無獨有偶，宇光數字顯示儀5.0版樣本中配電部分的參數是DC24V，最大電流25mA，而6.0版新資料中則將最大電流改為50mA。而在索思、萬訊數字顯示儀產品的樣本中，配電部分的參數是DC24V，最大電流50mA。看來也有不少廠家在用戶使用過程中發現了這一問題，早已對此作了改動。但是也有相當一部分廠家配電部分的參數仍采用24VDC，最大電流30mA的指標。

在專用配電設備的技術資料中，筆者發現國外公司產品的技術規格中有三點很吸引人：

①日本橫河公司YS-80系列的SDND電源箱，它的輸出電壓可用轉換開關在23～26V、26～28V兩檔之間切換，也就是說，當用電設備的供電電壓要求較高或負載較大時，可以將電源箱的輸出電壓調到26～28V這一檔；

②日本橫河公司I系列的5223電源箱，它提供了輸出端負載電流從0%變化到100%時，電源箱輸出電壓的相對變化小于-6%(如負載電流0%時，電源箱輸出電壓為24V，那么，輸出端負載電流100%時，電源箱輸出電壓也應大于22.56V)；

③美國Foxboro公司762型可編程序調節器的配電功能中提到向現場變送器提供標稱28V電源，而在其前期產品761型可編程序調節器向現場變送器提供的是標稱25V電源。

5、結語
用戶在使用帶24VDC配電功能的儀表時要關注兩線制現場儀表用電電壓的要求及實際負載大小，否則也有可能超出數顯表配電的實際能力，使現場儀表不能正常使用。

兩線制現場儀表用電最低電壓的要求是不一樣的，雖然標稱電壓都是24VDC，但低的可以是10.5V，高的卻要求22V或更高。兩線制現場儀表的實際負載取決于其輸出4-20mA電流回路連接了幾臺儀表及每臺儀表的采樣電阻值的大小，通常情況下4-20mA電流回路連接的儀表數不要超過2臺，總采樣電阻值不超過500Ω。

凡帶配電功能的儀表，其配電功能的技術性能指標應該能完整表述，例如應達到以下要求：對每個配電回路的最大輸出電流≥50mA，當輸出端負載電流從0%變化到100%時配電回路輸出電壓的相對變化率的指標(如10%，或20%)。

凡帶配電功能的儀表對4-20mA回路的采樣電阻為250Ω時，由于至少有一部分供電電壓降在這個電阻上，建議其標稱輸出電壓提高為28V。

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