型仪表的发展与应用

　　目前在化工工业中型仪表的应用越来越普及，化工生产过程中各参数的测量控制都应用到型仪表，型仪表不但表现出单表本身zuoyue的性能，更因有可与计算机进行数字通讯能力进一步拓展了其应用范围。本文结合型仪表在生产中的应用，探讨型仪表的发展和应用中应注意的几个问题。
1．何谓型仪表
　　型仪表是以微处理器为中央控制单元能完成物理信号的输入输出、信号转换和计算机控制等功能，并可与外界通讯的仪器仪表。我们通常把部分国外jin口的仪表铭牌上标有SMART标记或有HART标记的认为是型仪表；但是在使用过程中部分仪表虽未标明型，但仪表本身具有通过按键进行ge种参数设定或可按一ding的通讯协议与外部进行数字通讯的，也被认为是型仪表。
2．型仪表相比常规仪表的优点
　　1）先 的微处理技shu，高性能的集成芯片，功能强大，性能优越。
　　2）可kao性与精度较高，稳定性好，长期工作维护量小。
　　3）具有双向通讯能力。
　　4）适用范围广，可在线修改参数，具有内部计算、数据存储、自诊断、自校验等ge种功能。
　　5）具有大量的管理信息，可供用户参考。
3．型仪表的发展经历的几个阶段
　　型仪表是现代控制技shu、通讯技shu、计算机技shu、制造技shu发展的bi然结果，它大致经历了三个阶段。
　　（1）模拟式仪表的发展阶段。
　　　普通模拟式仪表的发展经过电II型（供电电压交流220V，输出电流0~10mA）和电III型（供电电压直流24V ，输出电流4~20mA）两个阶段。电III型仪表虽在体积、功耗和测量精度方面有了较大ti gao。但是20世纪70年代DCS的问世与快SU发展，模拟仪表自身的 te性和缺点凸显出来。主要有:
　　　1）模拟式仪表测量与控制精度较低，一般在0.5~1.5之间；
　　　2）模拟式仪表的功能比较单一，测量参数，输出变量可选性不强；
　　　3）模拟仪表的零点、量程调整会相互影响，零点量程调整时需反复进行，仪表调试维护量较大。
　　　4）每路模拟信号的传输bixu使用一对信号线，并且存在传输过程信号衰减、精度降低、干扰信号的引入等长期难以解决的问题，严重影响了其计算机网络的连接。为了解决此问题，仪表厂商积ji研发更适合当今生产需求的新型化仪表。
　　（2）型仪表的起源。
　　　为了实现模拟信号的远距离传送，并将多个现场变送器的模拟信号通过一对信号线传送到控制中心，美国Rosement（罗斯蒙 te公司）于1986年开发出一种将模拟信号调制成数字调频信号，并用数字调频信号实现传输的HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议，在现场安装的仪表是一种被称为“Smart Field Instrument”的型仪表，Smart仪表可以用一对传输线同时送出4~20mA和FSK频移键控两种信号，实现控制中心与仪表之间的双向通信。并开发出HART手持通讯器，方便地实现仪表与通讯器之间的双向通讯。
　　　值得一提的是，美国另一大仪表生产商Honeywell（霍尼韦尔公司）1984年也开发出新型仪表，可设定模拟4~20mA输出或数字输出模式（DE模式），以便与DCS实现数字通讯。STS—103手持式通讯器方便用于Honeywell系列仪表的组态和调试。
目前，世界上jue大多数仪表生产商生产的型仪表的通讯方式采用HART协议，如：ABB，E+H，Siemens等。
（3）型仪表的飞速发展阶段。
　　由于型仪表功能上明显的优点，进年来，化工工业的四大参数压力、温度、液位、流量测量及成分测量、阀位控制等都广fan用到型仪表，DCS的推广与应用，也带动型仪表的长足发展和常规仪表的更新换代。因型仪表可与DCS进行数字通讯，在DCS操作界面上能方便地进行故障检查和参数修正等工作；型仪表的推广越来越普及，也大大的促进国内仪表厂商积ji开发型仪表，开发出一些符合HART协议和以微处理器为基础与上位机联网通讯的型仪表产品；随着仪表化程度的ti gao和微处理器功能的加强，现在仪表的功能已不jin限于数据采集，还越来越多的加入远程控制功能。
4．型仪表的通讯
　　型仪表的数字通讯技shu，克服了以往模拟仪表的数据传输方面的不足，更加适应了计算机的发展要求，也促进了型仪表本身的发展。目前型仪表的通讯模式主要有以下几种。
　　（1）HART通讯协议
　　　它是Rosemouent公司于1985年开发出一种将模拟信号调制成数字调频信号，并用数字调频信号实现传输的协议。在现场安装的仪表是被称为“Smart Field Instrument”,其中包括1个调制解调器，可以将4~20mA的信号调制成符合BELL202标准的FSK频移键控信号。其通讯原理：将要传送的数据信息用1mA的P—P交流信号调节4~20mA直流回路电路。因为传输交流电信号的平均值是0，所以调节信号对输出没有干扰，因此在不中断传输信号的情况下，完成了zhen正的同步通讯。Smart仪表可以用一对传输线同时送出4~20 mA和FSK 两种信号。按标准仪表接法，接线是点对点的，而将多个Smart仪表共线连接，则可使用FSK数字信号并通过MODEM将信号送入计算机。HART协议不jin可用数字信号实现测量值的传递外，还可使用设备说明语言DDL（Device Description Language）实现控制中心与仪表之间的双向通信。
　　（2）DE通讯协议
　　　它是Honeywell公司于1984年开发的一种其式仪表家族（SFI）与其上位机或现场通讯器（STC）之间的数字通讯协议，SFC可设定仪表的通讯方式是模拟方式或数字方式。当SFC连接到SFI并打开电源时，它能自动检测是何种变送器，并开发出通信请求，应答被送到SFC上，这时SFC和SFI之间开始通讯。
STS103/SFI之通讯过程为半双工主从式通讯方式（在同一时间数据只在一个方向传送，传送到变送器或到STS103）。STS103与模拟变送器的数据传输过程：STS103shou先发出一个26mA访问脉冲，使变送器处于通讯模式，此脉冲也使回路电流降到4mA，数据开始在STS103和STI之间进行交换。因为通讯时回路中的电流会改变，模拟通讯前变送器的回路应置于手动状态。数字通讯时也使用半双工方式传输数据：DE通讯使用16mA脉冲信号，它对4~20mA电流信号有干扰。当变送器工作在DE模式时，就不需要脉冲信号了，因此，当处于DE工作模式时，手动操作是不需要的。当处于数字模式时，回路中的电压、电流表将不显示输出。
　　（3）化设备
　　　型仪表的通信一般使用串行通信或现场总线。在串行通讯中常用RS-232和RS-485接口。当串行通讯建立后，型仪表的动力直接来源于串行端口，无须外部供电。RS-232接口为点对点式连接，这种方式不能实现联网功能，而且通信线不允许很长，因此目前采用较少，而多数采用RS-485接口。 RS-485允许多台设备共用线路，而且通信线路较长。RS-485采用差动方式传动信号，并ti gao了传输电平，因此抗共模干扰能力fei 常强，适用于在现场使用。实际上RS-485就是一种只有物理层通信的现场总线。
5．型仪表的应用
　　（1）型仪表的安装
　　　a.传感器的安装地点，主要考虑安装现场环境条件，如温度、湿度、腐蚀性、振动等，尽量减小振动和温度影响，远离电磁干扰源（电机、变压器）。
　　　b.安装传感器时应有固定良好的支撑，不能以传感器及外壳做支撑。并将流量管固定，不能倾斜，以免产生虚假流量。
　　　c.对于不同的传感器，根据要求确定是垂直，还是水平安装。
　　　d.严格按使用手册要求进行电缆接线，确保接线正确并注意屏蔽。
　　（2）应用过程中应注意的问题
　　　A.型仪表的使用电压和环境温度要考虑
　　　　a.一般型仪表的使用电压较宽，但超出其通讯要求范围的电压将使型仪表不能与外进行数字通讯。
　　　　b.使用环境温度和湿度要考虑。型仪表大多都规定了在正常工作状态下的环境温度，在严寒高纬度的地区 te别要注意其选型，使用过程中可加电拌热和保温加以解决。在湿度较大的地区，要注意密封，防zhi水分在印刷电路板上凝结。
　　　B.型仪表的选用要与控制系统匹配
　　　　例如：Fisher DVC5000系列数字式阀门控制器输入阻抗大约在600欧姆，而常规式阀门控制器一般输入阻抗为250欧姆，这将造成某些控制系统卡件不能驱动数字阀门控制器，HART通讯器也不能通讯。通过安装HARTzhuan用滤波器才能得到解决。
　　　C.型仪表的静电防护
　　　　仪表在维修过程中其内部的CMOS和混合式集成电路易受到静电的影响而损坏。因此，为了减少仪表的维修成本，ti gao其稳定性和可kao性，在维修中bixu采取bi要的静电防护措施，静电防护的基本原则：一是尽可能阻止（降低）静电产生的可能性和减少静电电荷的积累；二是让静电荷能及时得以泄放。
　　目前，我国化工厂的仪表大多是既有模拟信号输出，又有数字信号输出的过渡性产品，传输信号基本上仍是4~20mA模拟信号，数字通信也jin限于组态、校验、诊断辅助信息的通信。随着现场总线技shu的推广应用，现场型仪表将实现完全数字化、化。