對(duì)于熱工控制儀表，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)力求做到通用化和相互兼容。通用化是指同一臺(tái)儀表可以來(lái)顯示或控制不同的參數(shù)，盡管被測(cè)的參數(shù)千差萬(wàn)別，不論它們的變化范圍如何，雖然所用的傳感器、變送器、轉(zhuǎn)換器不一樣，但顯示儀表卻完全相同，目前這些技術(shù)在顯示儀表上已成熟應(yīng)用。相互兼容(也稱可互換性)是指不同系列或不同生產(chǎn)廠家的儀表能夠共同使用在同一檢測(cè)控制系統(tǒng)中，彼此配合，共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。如能做到通用化和相互兼容，就能改善控制儀表及其部件的互換性，減少備品備件，在生產(chǎn)工藝流程改變時(shí)，原有儀表中的大多數(shù)都能物盡其用，節(jié)省改建的投資。

 

　　以前廣泛使用的電動(dòng)或氣動(dòng)單元組合儀表具有很好的通用性，不僅其顯示單元和控制單元是通用的，甚至像差壓變送器這樣的變送單元也可以用于壓力、流量、液位、密度和力等多種信號(hào)的測(cè)量。比如智能溫度變送器設(shè)計(jì)成既可以配熱電偶，也可以配熱電阻，既可以測(cè)或一個(gè)點(diǎn)的溫度，也可以測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)的溫度(通常被稱為溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)儀)或溫差，其測(cè)量范圍和零點(diǎn)都能自由調(diào)整。通用化不但使儀表制造廠減少了品種規(guī)格，還給用戶帶來(lái)靈活方便、一物多用的好處。

 

　　在火電廠中，安裝在控制室的DCS系統(tǒng)要與安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的壓力變送器、執(zhí)行器等進(jìn)行信號(hào)連接，要做到通用性和相互兼容，必須統(tǒng)一儀表間的信號(hào)制式，無(wú)論模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)都應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化。

 

　　信號(hào)制是指在成套系列儀表中，各個(gè)儀表的輸入、輸出信號(hào)采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號(hào)問(wèn)題。只有采用統(tǒng)一信號(hào)，才能使各個(gè)儀表間的任意連接成為可能。

 

　　1、模擬氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)

 

　　GB/T 777-2008《工業(yè)自動(dòng)化儀表用模擬氣動(dòng)信號(hào)》中規(guī)定：模擬氣動(dòng)信號(hào)下限值為20kPa，上限值為100kPa

 

　　2、模擬直流電流信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)

 

　　GB/T 3369.1-2008《過(guò)程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)第1部分：直流電流信號(hào)》中模擬直流電流信號(hào)(負(fù)載電阻為0-300Ω)的規(guī)定見(jiàn)表1表1模擬直流電流信號(hào)

 

　　3、電模擬信號(hào)

 

　　電模擬信號(hào)有直流電流、直流電壓、交流電流和交流電壓四種。從信號(hào)范圍看，下限可以從零開(kāi)始，也可以不從零開(kāi)始(即有一個(gè)活零點(diǎn))，上限也可高可低。如何確定統(tǒng)一信號(hào)的種類和范圍，對(duì)整套儀表的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。下面昌暉儀表對(duì)直流電流、直流電壓進(jìn)行分析比較。

 

　　3.1直流電流信號(hào)

 

　　直流電流信號(hào)是目前使用*廣泛的信號(hào)類型，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

　?、僦绷鞅冉涣鞲蓴_少

 

　　交流容易產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)的干擾，對(duì)附近儀表和電路有影響，外界交流干擾信號(hào)混入后與有用信號(hào)形式相同，難以濾波；直流信號(hào)就沒(méi)有這個(gè)缺點(diǎn)。在信號(hào)傳輸中，直流不受到交流感應(yīng)影響，易于解決儀表的抗干擾問(wèn)題。

 

　?、谥绷餍盘?hào)對(duì)負(fù)載的要求簡(jiǎn)單

 

　　交流有頻率和相位問(wèn)題，對(duì)負(fù)載的感抗或容抗敏感，使得影響因素增多，計(jì)算復(fù)雜；直流電路只考慮電阻。直流不受傳輸線路的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，不存在相位移問(wèn)題，使接線簡(jiǎn)化。

 

　?、鄄捎弥绷餍盘?hào)便于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一信號(hào)，便于等現(xiàn)場(chǎng)儀表與壓力變送器數(shù)字儀表配用。

 

　?、苤绷餍盘?hào)容易獲得基準(zhǔn)電壓。因此，世界各國(guó)都以直流電流和直流電壓作為統(tǒng)一信號(hào)。

 

　　3.2直流電壓信號(hào)

 

　　用直流電壓信號(hào)作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)時(shí)，如果一個(gè)發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)輸送給幾個(gè)接收儀表，則幾臺(tái)接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接，如圖1所示。

 

　　發(fā)送儀表的輸出電壓要同時(shí)輸送給幾個(gè)接收儀表，則幾臺(tái)接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接

 

　　采用直流電壓信號(hào)需要注意兩點(diǎn)：

 

　　①為減少傳輸誤差，要求發(fā)送儀表內(nèi)阻r0及導(dǎo)線電阻Rcm足夠小。若遠(yuǎn)距離傳輸電壓信號(hào)，則增大了的Rcm值勢(shì)必對(duì)接收儀表電阻ri提出過(guò)高的要求，而輸入阻抗高將易于引入干擾，因此直流電壓信號(hào)不適于作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)。

 

　?、诮邮諆x表輸入阻抗越高，誤差越小。當(dāng)并接的儀表較多時(shí)，相當(dāng)于總的輸入阻抗減小，誤差增大，因此并接的儀表越多，要求每個(gè)儀表的輸入阻抗就越大。

 

　　用直流電壓作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)時(shí)，由于儀表是并聯(lián)連接，其主要優(yōu)點(diǎn)是：在設(shè)計(jì)安裝上比較簡(jiǎn)單；增加或減少某個(gè)儀表不會(huì)影響其他儀表工作；對(duì)儀表輸出級(jí)的耐壓要求可以降低，從而提高了儀表的可靠性。

 

　　從以上分析可見(jiàn)，直流電流信號(hào)傳輸與直流電壓信號(hào)傳輸各有特點(diǎn)，直流電流信號(hào)適于遠(yuǎn)距離傳輸，電壓信號(hào)使儀表可采用并聯(lián)連接。因此，在國(guó)外的電動(dòng)儀表系統(tǒng)以及我國(guó)的DDZ-Ⅲ型儀表中，進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用直流電流信號(hào)，控制室內(nèi)部各儀表之間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用直流電壓信號(hào)，即連線的特點(diǎn)是電流傳輸、并聯(lián)接收電壓信號(hào)的方式。

 

　　4、信號(hào)上下限大小的比較

 

　　表1中，傳輸信號(hào)的下限值(零點(diǎn))電流不一樣，分別為4mA和0mA。前者稱為活零點(diǎn)信號(hào)，后者稱為真零信號(hào)。

 

　　真零信號(hào)下限值從零開(kāi)始，便于進(jìn)行模擬量的加、減、乘、除、開(kāi)方等數(shù)學(xué)運(yùn)算，處理起來(lái)十分方便，但是它難以區(qū)分正常情況下的下限值和電路故障(如斷線)，容易引起誤解或誤操；活零點(diǎn)信號(hào)在正常情況下是4mA，一旦出現(xiàn)0mA，肯定是發(fā)生了斷線、短路或是停電，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，對(duì)生產(chǎn)安全極為有利。

 

　　采用活零點(diǎn)信號(hào)不但為兩線制壓力變送器創(chuàng)造了工作條件，而且還能避開(kāi)晶體管特性曲線的起始非線性，這也是4-20mA信號(hào)比0-10mA信號(hào)優(yōu)越之處。

 

　　要在運(yùn)算處理活零點(diǎn)信號(hào)之前，先把對(duì)應(yīng)于零點(diǎn)的信號(hào)值減掉，運(yùn)算完的結(jié)果還要把零點(diǎn)信號(hào)加上去。固然不甚方便，但在廣泛應(yīng)用運(yùn)算放大器和微處理器的儀表里，減或者加幾個(gè)常數(shù)是非常容易的，所以采用活零點(diǎn)也就不成問(wèn)題了。

 

　　信號(hào)電流范圍的上限值受到電路功率的限制，不宜過(guò)大，以避免輸出電路的設(shè)計(jì)和器件選擇不便。況且信號(hào)電流過(guò)大還容易使導(dǎo)線和元件發(fā)熱，不利于安全防爆。國(guó)外的電動(dòng)儀表。一般信號(hào)的上限都不超過(guò)50mA。從減小直流電流性信號(hào)在傳輸線中的功率損失和減小儀表體積，以及提高儀表的防爆性能等方面看，電流信號(hào)的上限值小些好。但是，信號(hào)上限值選擇過(guò)小也不好，因?yàn)槲⑷跣盘?hào)易受到干擾，而且要求接收儀表壓力變送器有較高的靈敏度，這就給儀表的輸入和放大電路帶來(lái)設(shè)計(jì)上的困難。

 

　　當(dāng)確定采用活零點(diǎn)信號(hào)后，上限值與下限值之比*好是5:1，以便與氣動(dòng)模擬信號(hào)的上下限有同樣的比值，這樣，直流電流信號(hào)和氣壓信號(hào)就有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，容易相互換算。所以，我國(guó)規(guī)定的4-20mA及輔助聯(lián)絡(luò)信號(hào)1-5V和20-100kPa具有同樣的上下限比值。這些就是4-20mA信號(hào)上下限范圍確定的由來(lái)。


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