
信號是將測量的過程變量(如:溫度、壓力、流量、液位、組分等),按照一定精度和一定關系,經過轉換后形成信息的一種物理表現(xiàn)。
在流程工業(yè)的過程控制中,采用的信號類型分別為氣動信號、電動信號和光信號。
電動信號的傳輸要求
作為電動信號,可以測量熱電偶的電壓、熱電阻的阻值變化以及流量、壓力、液位等過程參數被轉換為標準的電流信號。電動信號分為模擬信號和數字信號,前者為連續(xù)信號,后者為離散的、不連續(xù)信號,二者之間可以通過A/D,D/A轉換單元進行轉換。
1、流程工業(yè)中的信號類型
4-20mA(DC)/1-5V(DC)、4-20mA(DC)+數字信號(如HART)、數字信號。4-20mA(DC)/1-5V(DC)信號為國際公認的標準模擬信號。現(xiàn)場傳輸信號為4-20mA(DC)(或疊加數字信號),控制室內傳輸信號為1-5V(DC),信號電流與電壓的轉換電阻為250Ω。數字信號的大小采用有限位的二進制數表示。
①信號下限為4mA,不與機械零點重合,容易識別斷電、斷路等故障;變送器需要一定的靜態(tài)工作電流;
②信號上限為20mA,是基于安全防爆、功耗等方面的考慮;
③電動信號還有0-20mA,0-10mA,0-10V,0-5V等信號,目前已較少使用。電動信號種類見表1所列。
表1 電動信號種類

2、電動信號的優(yōu)缺點
1)電動信號優(yōu)點
①電動信號適用于計算機類控制系統(tǒng)的測量與控制;
②信號的傳輸距離長,且信號傳輸相應速度快、無延遲;
③計算功能構成簡單,精度高;
④電動信號能夠實現(xiàn)多點記錄;
⑤儀表小型化,便于集中管理;
⑥可動部件少,在長時間使用時能夠保持性能不變;
⑦數字信號受干擾很小,具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高精度。
2)電動信號缺點
①電源故障時不能信號傳輸,需使用UPS裝置;
②因制造商的不同也會有不同的信號電平;
③電動信號易受到電力電纜等引起的電磁干擾;
④在爆炸環(huán)境中使用時,必須采用防爆結構。
3)信號線制
信號線制主要分為兩線制、三線制、四線制。
①兩線制是指現(xiàn)場儀表(如變送器)和控制室儀表之間采用兩根導線連接,兩根導線既是電源線,又是信號線,既節(jié)省電纜和安裝費用,又有利于安全防爆。
②三線制是指現(xiàn)場儀表(如變送器)電源線的公共端(負端)和信號線的負端共用一根線,相比四線制節(jié)省一根導線,故稱為三線制。
③四線制是指現(xiàn)場儀表(如變送器)采用兩根電源線供電,采用兩根導線傳輸信號至控制室儀表,由此稱為四線制。
HART(Highway Addressable Remote Transducer),可尋址遠程傳感器高速公路通信協(xié)議,用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備(如DCS等)之間的通信協(xié)議。目前,智能儀表信號傳輸是將HART協(xié)議疊加在4-20mA(DC)的模擬信號上,實現(xiàn)智能儀表的信號傳輸及雙向數字通信,二者在同一對導線上傳輸且互不干擾;儀表的測量信號采用4-20mA(DC)傳輸,智能儀表設備的信息、狀態(tài)、組態(tài)、校準、診斷等信息通過HART協(xié)議進行訪問;這種方式處于模擬向純數字信號傳輸轉變的過渡。通過手持通信終端、儀表設備管理系統(tǒng)(IDM)等對現(xiàn)場的智能儀表進行管理。優(yōu)點:信號疊加具有兼容性好,額外提供現(xiàn)場設備信息,基本能夠滿足儀表設備管理系統(tǒng)(IDM)的需求。缺點:數字信號傳輸速度低,模擬信號的缺點無法避免。
現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能儀表與控制系統(tǒng)的數字式、雙向傳輸、多分支結構的一種通信網絡。其特點是數字化、分布式、開放性、雙向串行傳輸、互操作性、互用性、節(jié)省布線空間、智能自診斷性。優(yōu)點:數字信號傳輸速率高;信號多樣化;傳輸信息多;能夠實現(xiàn)雙向數字通信;控制功能靈活;減少I/O模塊;減少信號電纜數量與種類。缺點:技術復雜;維護成本高;不易于維護;種類較多,兼容性較差。
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◆4-20mA信號最遠傳送距離
◆數字信號的特點,儀表人都應清楚