分析智能傳感器與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

1、分析智能傳感器與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)摘 要智能傳感器已成為當(dāng)今傳感器技術(shù)的 一個(gè)主要發(fā)展方向。智能傳感器首先借助于其傳感單 元，感知待測(cè)量，并將之轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。該信 號(hào)通過放大、濾波等調(diào)理后，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換，接著 基于應(yīng)用算法進(jìn)行信號(hào)處理，獲得待測(cè)量大小等相關(guān) 信息。然后，將分析結(jié)果保存起來，通過接口將它們 交給現(xiàn)場(chǎng)用戶或借助于通信將之告知給系統(tǒng)或上位機(jī) 等。由此可知，智能傳感器主要完成信號(hào)感知與調(diào)理、 信號(hào)處理和通信三大功能。本文將從這三方面闡述智 能傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞 智能傳感器 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 信號(hào)處理中圖分類號(hào)：TN911.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):1 009-9 1 4X（

2、 20 1 5）33-00 1 5-0 11 、智能傳感器的性能特點(diǎn) 智能儀表采用超大規(guī)模集成電路，在完成輸入信 號(hào)的非線性補(bǔ)償、零點(diǎn)錯(cuò)誤、溫度補(bǔ)償、故障診斷等 基礎(chǔ)上，還可完成對(duì)工業(yè)過程的控制。智能傳感器中 的敏感元件有些如傳統(tǒng)傳感器一樣單個(gè)存在的，有些 借助于微機(jī)械技術(shù)、硅集成等技術(shù)以陣列方式存在， 以提高測(cè)試精度與可靠性，有些將多種敏感元件以一 定的方式復(fù)合分布在感知模塊中以感知多種待測(cè)量感 知模塊出來的信號(hào)一般含有來自于外界的干擾，需要 “凈化”處理以確保測(cè)試精度。另外，該信號(hào)一般比 較小，有時(shí)甚至非常微弱，通常需要利用電橋等電路 進(jìn)行信號(hào)放大。這些功能一般通過具有濾波、放大等 功能的

3、，如測(cè)試放大器等調(diào)理電路予以實(shí)現(xiàn)。2、智能傳感器總線式技術(shù)創(chuàng)新 蔡兵煉同志現(xiàn)任通修隊(duì)副隊(duì)長(zhǎng)，目前已從事安全 監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理工作 6 年多時(shí)間，在日常工作中該同志 把理論知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合，摸索出來了“傳感器 總線接線方式”，攻克了一直沿用頻率接線只能一根線 帶一個(gè)傳感器的缺陷，為成本、工作效率和工作質(zhì)量 管理產(chǎn)生了積極意義。2.1 實(shí)施背景 我礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控傳感器原來采用頻率式接法。從廠 家采購(gòu)的傳感器內(nèi)部電源及信號(hào)線路的連接方式均是 頻率式接法；如圖 1（瓦斯傳感器為例） ：電源正負(fù)線 接入對(duì)應(yīng)的端子，信號(hào)正負(fù)線及斷電線接入對(duì)應(yīng)的端 子？。該接線方式存在的最大缺點(diǎn)是一根線只能帶一 個(gè)傳感器。頻率

4、式接線法：每個(gè)傳感器都需要從監(jiān)測(cè)分站接 出一趟傳輸線至傳感器（例如：一個(gè)掘進(jìn)工作面迎頭 安設(shè)一個(gè)瓦斯傳感器， 后回安裝一個(gè)瓦斯、 一氧化碳、 溫度傳感器，則需從分站接出 4 趟傳輸線至傳感器， 5-2煤綜采工作面共安裝傳感器 10 個(gè)，則需從分站接 出 10 趟傳輸線）。2.2 該技術(shù)創(chuàng)新的主要內(nèi)容簡(jiǎn)介 “傳感器總線式”：從監(jiān)測(cè)分站接一趟傳輸線出來 后，在后面并聯(lián)接多個(gè)傳感器。操作步驟： 把從廠家采購(gòu)的傳感器內(nèi)部電源及信號(hào)線路的頻 率式連接，按照（如圖 3）接法進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整 方式：A :將電源正負(fù)線、信號(hào)正負(fù)線及斷電線從端 子？、？上拆下。B:將電源正負(fù)線接入端子？；C:將信號(hào)正負(fù)線接入

5、端子？（甩開斷電線）。 說明:（紅、黑色線路為電源正負(fù)線，接入分站模擬量的電源 +電源-， 藍(lán)、綠色線路為信號(hào)正負(fù)線， 接入分站 485 信號(hào)+信號(hào)-，黃色線去掉不用） 。操作關(guān)鍵點(diǎn): 該技術(shù)創(chuàng)新核心技術(shù)為信號(hào)傳輸，操作時(shí)的關(guān)鍵 是傳感器內(nèi)部線路的調(diào)整及分站內(nèi)線路的連接。操作 者必須熟悉監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作原理，牢記傳感器內(nèi)部線 路的調(diào)整方式及分站內(nèi)線路的連接方式。3、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)3.1 智能傳感器和現(xiàn)場(chǎng)總線是組成 FCS 的兩個(gè)重 要部分FCS用現(xiàn)場(chǎng)總線在控制現(xiàn)場(chǎng)，建立一條高可靠性 的數(shù)字通訊線路，實(shí)現(xiàn)各個(gè)智能傳感器之間及智能傳 感器與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，把單個(gè)分散的智能傳感 器變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

6、智能傳感器中的數(shù)據(jù)處理有助于減 輕主控制站的工作負(fù)擔(dān)，使大量的信息處理就地化， 減小了現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的信息往返，降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)通訊容量的要求，經(jīng)過智能傳感器預(yù)處理過的數(shù)據(jù) 通過現(xiàn)場(chǎng)總線匯集到主機(jī)上，進(jìn)行更高級(jí)的處理，提 高了系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力，這樣FCS把各個(gè)智能 傳感器連接成了可以互相溝通信息，共同完成控制任 務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能更好的體現(xiàn) DCS 中的“信息集中， 控制分散”的功能，提高了信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、實(shí)時(shí) 性和快速性。3.2 FCS對(duì)DCS的影響傳統(tǒng)的 DCS 系統(tǒng)由各種工作站通過局域網(wǎng)絡(luò)連 接而成，操作站和信息管理站完成系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控 和運(yùn)行管理，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站則完成生產(chǎn)過程信息

7、的采集 和控制， DCS 的主要問題是開放型差分散不夠，需要 用大量的電纜傳遞信號(hào)，F(xiàn)CS則突破了 DCS系統(tǒng)中通 訊由專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所造成的缺陷，把基 于封閉專用的解決方案變成了基于開放通用標(biāo)準(zhǔn)化的 解決方案，把集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)， 把 DCS 控制站中基本且可獨(dú)立的功能塊徹底的下放 到現(xiàn)場(chǎng)智能中去。實(shí)際上，工業(yè)過程控制的發(fā)展大體分：氣動(dòng)儀表 控制-電動(dòng)儀表控制-計(jì)算機(jī)集中控制-DCS幾個(gè)階 段。目前，我國(guó)部分過程工藝都以 DCS 作為主流控制 系統(tǒng)，電皿型作為主導(dǎo)儀表，加上認(rèn)識(shí)上的原因，現(xiàn) 場(chǎng)總線仍為非主導(dǎo)儀表，暫不能普及 FCS。DCS是一 個(gè)不斷發(fā)展的控制系統(tǒng)

8、，它必然不斷采用現(xiàn)場(chǎng)總線技 術(shù)對(duì)自身進(jìn)行改造， 使 DCS 能與現(xiàn)場(chǎng)總線智能和局部 FCS連接起來。4、取得的效果 傳感器總線式接法在井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)用 后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠。在節(jié)約人力物力方面 （舉例說明）：一個(gè)掘進(jìn)工作 面需要安裝 4個(gè)傳感器，工作面迎頭安裝 1 個(gè)瓦斯傳 感器，后回（開口點(diǎn)10-15m）安裝3個(gè)傳感器（1個(gè) 瓦斯傳感器、1 個(gè)溫度傳感器、 1 個(gè)一氧化碳傳感器）， 改為總線式接線法后只需敷設(shè)一趟線路，將后回（開 口點(diǎn) 10-15m）3 個(gè)傳感器并聯(lián)在一根傳輸線上，比頻 率式接法約節(jié)約傳輸線 400m 左右（ 400m 傳輸線節(jié)約 資金約 2400元）；一個(gè) 5-2 煤綜采面上隅角安裝 2個(gè) 傳感器，機(jī)尾回風(fēng)安裝 2 個(gè)傳感器，回風(fēng)順槽安裝 3 個(gè)傳感器，膠運(yùn)順槽機(jī)頭安裝 3個(gè)傳感器，共 10 個(gè)傳 感器，采用總線式接法可節(jié)省傳輸線 8000 米左右（節(jié) 約資金約 48000元）。原來需要 4 個(gè)人一個(gè)班完成的安 裝工作采用總線式后兩個(gè)人半個(gè)班就可以完成，勞動(dòng) 效率提高 2 倍之多。目前井下共有 2 個(gè)綜采面， 2 個(gè) 連采面，8 個(gè)掘進(jìn)面，約共計(jì)節(jié)約傳輸線 2萬多米（