智能變送器和閥門定位器解析實用教案

1、會計學1智能變送器和閥門智能變送器和閥門(f mn)定位器解析定位器解析第一頁，共24頁。6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器智能智能(zh nn)差壓變送器差壓變送器智能智能(zh nn)溫度變送器溫度變送器第1頁/共24頁第二頁，共24頁。電子電子(dinz)組件組件傳感器組件傳感器組件(z jin)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器溫度傳感器溫度傳感器電容傳感器電容傳感器傳感器組件傳感器組件存儲器存儲器微處理器微處理器電子組件電子組件存儲器存儲器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字通信數(shù)字通信本地量程本地量程和零位調(diào)整和零位調(diào)整壓力壓力壓力壓力輸出輸出一、一、3051C HART差壓變送器差壓變送器圖圖6-1

2、 3051C HART差壓變送器原理差壓變送器原理(yunl)框圖框圖6 .1 智能變送器智能變送器第2頁/共24頁第三頁，共24頁。功能：管道的壓差、溫度采集、處理、轉(zhuǎn)換功能：管道的壓差、溫度采集、處理、轉(zhuǎn)換(zhunhun)。組件及補償信息存儲。（傳感器號、溫度設定值等）組件及補償信息存儲。（傳感器號、溫度設定值等）（1）傳感器組件）傳感器組件(z jin)6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器 （2）電子組件）電子組件信號的采集、處理、存儲、顯示和輸出。將差壓信號變?yōu)樾盘柕牟杉?、處理、存儲、顯示和輸出。將差壓信號變?yōu)?20 mADC或或 HART協(xié)議數(shù)字信號。協(xié)議數(shù)字信號。處理：溫

3、度補償、非線性校正、標度變換。處理：溫度補償、非線性校正、標度變換。 零點、量程調(diào)整。零點、量程調(diào)整。 1、組成與功能、組成與功能第3頁/共24頁第四頁，共24頁。6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器2、智能、智能(zh nn)變送器與數(shù)字設定器遠程通信變送器與數(shù)字設定器遠程通信通過通過HART（Highway Addressable Remote Transducer ）協(xié)議實）協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)(shxin)變送器與數(shù)字設定器進行遠程組態(tài)。變送器與數(shù)字設定器進行遠程組態(tài)。變送器變送器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器HART手操器手操器顯示器顯示器24VR電流表電流表傳輸線傳輸線圖圖6-2 變送器配線原理框圖變

4、送器配線原理框圖第4頁/共24頁第五頁，共24頁。2200HZ “0”I01100HZ “1”i( mA)t0.5-0.5圖圖6-3 HART協(xié)議傳遞的二進制數(shù)字信號協(xié)議傳遞的二進制數(shù)字信號D調(diào)制調(diào)制D解調(diào)解調(diào)（1）HART協(xié)議協(xié)議(xiy)信號的特點信號的特點6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器在低頻的在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度模擬信號上疊加幅度(fd)為為0.5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊。的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊。第5頁/共24頁第六頁，共24頁。（2）數(shù)據(jù)設定器）數(shù)據(jù)設定器(通訊器通訊器)功能功能組態(tài)：選擇設置變送器的地址號、零點、量程、輸出形式、濾波時

5、間組態(tài)：選擇設置變送器的地址號、零點、量程、輸出形式、濾波時間(shjin)等，將參數(shù)傳輸?shù)阶兯推鞯?，將參?shù)傳輸?shù)阶兯推鱁EPROM中。中。診斷：對組態(tài)參數(shù)、通信狀態(tài)、變送器的運行狀態(tài)進行診斷，顯示故障代碼。診斷：對組態(tài)參數(shù)、通信狀態(tài)、變送器的運行狀態(tài)進行診斷，顯示故障代碼。抄表：讀取并顯示變送器中存儲的重要信息。（過程參量、零點、量程等）抄表：讀取并顯示變送器中存儲的重要信息。（過程參量、零點、量程等）6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器第6頁/共24頁第七頁，共24頁。圖圖6-4 HART協(xié)議協(xié)議(xiy)智能變送器智能變送器3、一種、一種HART協(xié)議協(xié)議(xiy)的智能變送器的智

6、能變送器6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器AD7715微處理器微處理器AD421波形形成電路波形形成電路帶通濾波器帶通濾波器HART調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器( )AIN ( )AIN CLKINCLKOUTSCLKDOUTDINCSCLOCKDATALATCHLOOPRTNVCC420mADC解調(diào)解調(diào)DD調(diào)制調(diào)制波形注入波形注入設設定定器器HT2012fui第7頁/共24頁第八頁，共24頁。HT2012460.8KHZNCITXDITEST0INKSOTXANCVSSVDD19.2KHZOCDIRXANCITEST1NCORXDDF（u）1100HZ,2200HZ1100HZ,2200H

7、ZfDINKS=0調(diào)制使能；調(diào)制使能； INKS=1解調(diào)使能解調(diào)使能調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)調(diào)制解調(diào)芯片調(diào)制解調(diào)芯片HT2012的管腳圖及功能的管腳圖及功能第8頁/共24頁第九頁，共24頁。功能：將過程量轉(zhuǎn)換功能：將過程量轉(zhuǎn)換(zhunhun)為為420mADC電流信號。并可實現(xiàn)在信號線上傳輸電流信號。并可實現(xiàn)在信號線上傳輸HART協(xié)議的數(shù)字信號。協(xié)議的數(shù)字信號。6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器（1）差壓檢測與放大）差壓檢測與放大擴散擴散(kusn)硅差壓傳感器輸出信號經(jīng)過硅差壓傳感器輸出信號經(jīng)過AD7715內(nèi)部可編程增益放大器放大，送入內(nèi)部可編程增益放大器放大，送入A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。

8、（2）A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換16位位A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，AD7715與單片機通過與單片機通過SPI串行口進行數(shù)字通信。串行口進行數(shù)字通信。AD7715初始化命令字（增益、時鐘頻率、轉(zhuǎn)換通道等）由單片機寫入，轉(zhuǎn)換值由單片機讀取。初始化命令字（增益、時鐘頻率、轉(zhuǎn)換通道等）由單片機寫入，轉(zhuǎn)換值由單片機讀取。第9頁/共24頁第十頁，共24頁。（5）數(shù)據(jù)發(fā)送：）數(shù)據(jù)發(fā)送：D通過通過HART調(diào)制解調(diào)器與波形形成電路變?yōu)轭l率信號調(diào)制解調(diào)器與波形形成電路變?yōu)轭l率信號,通過通過2.2F的耦合電容，將整形后的的耦合電容，將整形后的HT2012發(fā)出的電壓發(fā)出的電壓(diny)信號輸

9、入到信號輸入到AD421的開關(guān)電流源和濾波器功能塊中，可實現(xiàn)的開關(guān)電流源和濾波器功能塊中，可實現(xiàn)HART電壓電壓(diny)信號向信號向0.5mA電流信號的轉(zhuǎn)換。電流信號的轉(zhuǎn)換。 此此0.5mA電流信號疊加到電流信號疊加到420mA環(huán)路上。環(huán)路上。（4）數(shù)據(jù)接收）數(shù)據(jù)接收(jishu)：帶通濾波器將帶通濾波器將420mA環(huán)路上的環(huán)路上的0.5mA HART電流信號轉(zhuǎn)換為電流信號轉(zhuǎn)換為HART電壓信號，經(jīng)電壓信號，經(jīng)HT2012解調(diào)，再送入單片機串行通信接口中，從而完成數(shù)據(jù)的接收解調(diào)，再送入單片機串行通信接口中，從而完成數(shù)據(jù)的接收(jishu)任務。任務。6 .1 智能智能(zh nn)變送器變

10、送器（3）D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換將對應差壓信號數(shù)字量經(jīng)過將對應差壓信號數(shù)字量經(jīng)過SPI串行口寫入串行口寫入AD421，進行，進行D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，輸出，輸出4-20mA模擬量。模擬量。第10頁/共24頁第十一頁，共24頁。二、二、STT3000溫度溫度(wnd)變送器變送器圖圖6-6 STT3000溫度溫度(wnd)變送器實物圖變送器實物圖6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ADDA PTC RTD圖圖6-5 STT3000溫度變送器組成框圖溫度變送器組成框圖數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設定器設定器信號信號調(diào)理調(diào)理第11頁/共24頁第十二頁，共24頁。信號處理：存儲器中存儲各種溫度傳感器的特性曲線，選擇

11、傳信號處理：存儲器中存儲各種溫度傳感器的特性曲線，選擇傳感器類型和量程感器類型和量程(lingchng)，根據(jù)傳感器特性曲線進行線性，根據(jù)傳感器特性曲線進行線性化處理及校正。（線性插值法）化處理及校正。（線性插值法）minminminmaxminmax)(TDDDDTTTKK信號輸出：處理后信號經(jīng)過信號輸出：處理后信號經(jīng)過(jnggu)D/A轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換器及V/I變換變換器轉(zhuǎn)換為器轉(zhuǎn)換為4-20mA直流信號。經(jīng)過直流信號。經(jīng)過(jnggu)通信芯片通信芯片HART數(shù)字信號疊加在電流線上。數(shù)字信號疊加在電流線上。6 .1 智能智能(zh nn)變送器變送器1、組成、組成輸入電路：輸入電路：配接各

12、種標準的配接各種標準的熱電偶熱電偶BSKETN、熱電阻熱電阻。也可輸。也可輸入入毫伏信號毫伏信號。通過信號處理、。通過信號處理、A/D轉(zhuǎn)換離散為數(shù)字量。硬件電路可轉(zhuǎn)換離散為數(shù)字量。硬件電路可實現(xiàn)熱電阻導線補償及熱電偶冷端溫度補償功能。實現(xiàn)熱電阻導線補償及熱電偶冷端溫度補償功能。第12頁/共24頁第十三頁，共24頁。通信組態(tài)通信組態(tài)(z ti)：變送器與數(shù)據(jù)設定器連接。通過數(shù)據(jù)設定器完成對變送器的組態(tài)：變送器與數(shù)據(jù)設定器連接。通過數(shù)據(jù)設定器完成對變送器的組態(tài)(z ti)、診斷和校驗。、診斷和校驗。組態(tài)組態(tài)(z ti)儀表編號儀表編號測溫元件輸入類型測溫元件輸入類型輸出形式輸出形式(xngsh)濾

13、波時間濾波時間測量范圍（上下限）測量范圍（上下限）工程單位工程單位診斷診斷傳感器、傳感器、A/D、D/A、通信等故障檢測報警、通信等故障檢測報警校驗校驗給定對應溫度電阻或電壓，轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度給定對應溫度電阻或電壓，轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度6 .1 智能變送器智能變送器2、數(shù)據(jù)設定器的功能、數(shù)據(jù)設定器的功能第13頁/共24頁第十四頁，共24頁。6.2 智能智能(zh nn)閥門定位器閥門定位器一、作用一、作用:具有閥門具有閥門(f mn)快速定位功能，使閥門快速定位功能，使閥門(f mn)開度精確對應于調(diào)節(jié)器輸出的控制信號。開度精確對應于調(diào)節(jié)器輸出的控制信號。二、工作原理二、工作原理模擬量的模擬量的420

14、mA信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋進行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進行控制計算信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋進行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進行控制計算(j sun)，向壓電閥發(fā)出電控指令使供氣與排氣閥門開大或關(guān)小。，向壓電閥發(fā)出電控指令使供氣與排氣閥門開大或關(guān)小。 使氣動執(zhí)行器閥桿精確定位。使氣動執(zhí)行器閥桿精確定位。三、控制方式三、控制方式1、控制值與反饋值偏差控制。、控制值與反饋值偏差控制。2、數(shù)據(jù)設定器給定的設定值與反饋值偏差控制。、數(shù)據(jù)設定器給定的設定值與反饋值偏差控制。第14頁/共24頁第十五頁，共24頁。6.2 智能智能(zh nn)閥門定位器閥門定位器A/

15、D微處理器微處理器LCD顯示顯示數(shù)字通信數(shù)字通信霍爾霍爾按鍵按鍵3V24V3V24V處理處理設定設定反饋反饋輸入輸入壓電閥壓電閥排氣排氣供氣供氣氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器閥位檢測閥位檢測圖圖6-7 閥門定位器結(jié)構(gòu)圖閥門定位器結(jié)構(gòu)圖第15頁/共24頁第十六頁，共24頁。6.2 智能智能(zh nn)閥門定位器閥門定位器2、在進氣狀態(tài)下，應使兩個壓電閥加高電平，使進氣閥打開、在進氣狀態(tài)下，應使兩個壓電閥加高電平，使進氣閥打開(d ki)，排氣閥關(guān)閉。，排氣閥關(guān)閉。3、在閥位保持狀態(tài)下，應使進氣壓電閥加低電平，排氣壓電閥加高電平，使進氣閥與排氣閥均關(guān)閉。、在閥位保持狀態(tài)下，應使進氣壓電閥加低電平，排氣壓電

16、閥加高電平，使進氣閥與排氣閥均關(guān)閉。4、設定閥位與反饋閥位偏差較大、設定閥位與反饋閥位偏差較大(jio d)時，使進氣壓電閥加寬脈沖，進氣閥開大進氣量，排氣壓電閥加寬脈沖，排氣閥基本關(guān)閉；時，使進氣壓電閥加寬脈沖，進氣閥開大進氣量，排氣壓電閥加寬脈沖，排氣閥基本關(guān)閉；1、在不加電狀態(tài)或兩個壓電閥加低電平下，壓電陶瓷進氣閥關(guān)閉，排氣閥打開。、在不加電狀態(tài)或兩個壓電閥加低電平下，壓電陶瓷進氣閥關(guān)閉，排氣閥打開。 （排氣）（排氣）進氣閥電開閥，進氣閥電開閥，開度隨開度隨PWM占空比的增大而增大占空比的增大而增大排氣閥電關(guān)閥，排氣閥電關(guān)閥，開度隨開度隨PWM占空比的增大而減小占空比的增大而減小四、控制

17、說明四、控制說明第16頁/共24頁第十七頁，共24頁。6.2 智能智能(zh nn)閥門定位器閥門定位器5、設定閥位與反饋閥位偏差（正偏差）較小時，使進氣壓電閥加窄脈沖、設定閥位與反饋閥位偏差（正偏差）較小時，使進氣壓電閥加窄脈沖(michng)，進氣閥開度減小，排氣壓電閥加寬脈沖，進氣閥開度減小，排氣壓電閥加寬脈沖(michng)，排氣閥基本關(guān)閉。，排氣閥基本關(guān)閉。6、檢測閥位與設定閥位偏差基本、檢測閥位與設定閥位偏差基本(jbn)為為0時，進氣壓電閥低電平、排氣壓電閥高電平，進氣和排氣閥關(guān)閉。保持壓力和閥位。時，進氣壓電閥低電平、排氣壓電閥高電平，進氣和排氣閥關(guān)閉。保持壓力和閥位。7、微處

18、理器輸出變占空比的、微處理器輸出變占空比的PWM脈沖信號，經(jīng)過升壓驅(qū)動電路控制進氣和排氣壓電閥的開度，改變進氣量和排氣量。脈沖信號，經(jīng)過升壓驅(qū)動電路控制進氣和排氣壓電閥的開度，改變進氣量和排氣量。第17頁/共24頁第十八頁，共24頁。1、在不加電狀態(tài)或兩個、在不加電狀態(tài)或兩個(lin )壓電閥加低電平下，壓電陶瓷壓電閥加低電平下，壓電陶瓷進氣閥關(guān)閉，排氣閥打開。進氣閥關(guān)閉，排氣閥打開。 （排氣）（排氣）圖圖6-8 閥門定位器（閥門定位器（a）陶瓷片陶瓷片排氣排氣供氣供氣氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器第18頁/共24頁第十九頁，共24頁。圖圖6-8 閥門定位器（閥門定位器（b）陶瓷片陶瓷片排氣排氣供氣供氣氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器2、在進氣狀態(tài)下，應使兩個壓電閥加高電平，使進氣閥、在進氣狀態(tài)下，應使兩個壓電閥加高電平，使進氣閥打開打開(d ki)，排氣閥關(guān)閉。，排氣閥關(guān)閉。第19頁/共24頁第二十頁，共24頁。3、在閥位保持狀態(tài)、在閥位保持狀態(tài)(zhungti)下，應使進氣壓電閥加低下，應使進氣壓電閥加低電平，排氣壓電閥加高電平，使進氣閥與排氣閥均關(guān)閉電平，排氣壓