智能變送器的阻抗匹配問題

引言

　　智能變送器是一種數(shù)字化的變送器，使用手持通信器或采用遵循相關(guān)協(xié)議的其他主機(jī)可在控制室、現(xiàn)場或在同一控制回路的任何地方，同其進(jìn)行雙向通信。同時(shí)，它還具有一些先進(jìn)的功能，如操作人員無需到現(xiàn)場，只要在操作室通過手持通信器或DCS操作站鍵盤，就可以很容易地對(duì)現(xiàn)場智能變送器各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定與修改或故障檢查，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也方便了工藝生產(chǎn)。智能變送器在石油化工企業(yè)推廣得很快，但是，在使用智能變送器和儀表維護(hù)過程中也遇到了一些問題，在工作實(shí)際中采取了切實(shí)可行的措施進(jìn)行解決，取得了較好的效果。

　　1 智能變送器應(yīng)用中的問題

　　1.1 EJA智能變送器的應(yīng)用

　　EJA 智能變送器是日本橫河電機(jī)株式會(huì)社的產(chǎn)品，它率先采用了數(shù)字化單晶硅諧振式傳感器。該傳感器輸出一對(duì)差值數(shù)字信號(hào)，用來直接消除外界干擾。公用工程裝置現(xiàn)場使用了一臺(tái)EJA118w雙法蘭液位變送器，控制室采用24 VDC穩(wěn)壓電源供電，將信號(hào)引入常規(guī)調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)常規(guī)調(diào)節(jié)回路，并在測量回路中串聯(lián)接人一臺(tái)記錄儀、一臺(tái)液位高(H)限報(bào)警設(shè)定器和一臺(tái)液位低(L)限報(bào)警設(shè)定器。EJA智能變送器應(yīng)用回路如圖1所示。

　　　　在安裝前，采用BRAIN協(xié)議的BT200通信器對(duì)變送器、線路和回路中的其他儀表進(jìn)行了校驗(yàn)，顯示一切正常。但將智能變送器安裝到現(xiàn)場，投用后發(fā)現(xiàn)智能變送器工作不穩(wěn)定。當(dāng)液位在85%以下時(shí)，控制回路尚能正常調(diào)節(jié);但當(dāng)液位超過85%時(shí)，現(xiàn)場水罐溢流，調(diào)節(jié)器液位指示在80%處波動(dòng)，回路電流不再隨被測參數(shù)值的增加而增加，變送器出現(xiàn)了故障。用 BT200通信器進(jìn)行檢查，診斷信息為通信故障。于是我們?cè)囍鴮⒂涗泝x刪除，發(fā)現(xiàn)用BT200通信恢復(fù)正常，智能變送器的工作也恢復(fù)正常，即使回路電流達(dá)到或超過20 mA也能正常工作。據(jù)此我們判斷是記錄儀造成了智能變送器不能正常工作，可是，再次檢查后發(fā)現(xiàn)記錄儀也是好的。

　　由此可見，刪除記錄儀只是減少了回路的負(fù)載電阻，而整個(gè)回路的供電和儀表的連接順序都沒有改變。負(fù)載電阻的減少意味著變送器本身的供電電壓的提高。經(jīng)過分析可知，EJA智能變送器要求的供電電壓必須大于10.5V，并且回路供電電壓與負(fù)載電阻要滿足R=(U-10.5)/0.0236。供電電壓和負(fù)載電阻的關(guān)系如圖2所示。

　　　　圖2中：陰影部分為BT200與變送器的可通信范圍。當(dāng)電源電壓為24V時(shí)，最大外接負(fù)載為570Ω。變送器的供電電壓必須大于16.4V，負(fù)載電阻必須大于25Ω, BT200才能與變送器通信?，F(xiàn)場測量線路電阻為15Ω左右，各負(fù)載的電阻都為25Ω。

　　當(dāng)液位超過85%時(shí)，變送器的供電電壓為：

　　24-16×85%×(250+250+250+250+15)=10.2 V10.5V (l)

　　由此可知，要使變送器正常工作，關(guān)鍵是增加其電壓，使之大于10.5V。增加電壓可以通過降低回路負(fù)載電阻的辦法來解決，而由于回路負(fù)載電阻已固定，所以只有提高穩(wěn)壓電源的電壓。最后將穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)到30V，變送器工作穩(wěn)定，通信正常。

　　1.2 ST300智能變送器的應(yīng)用

　　在裝置DCS改造過程中，我們采用了美國Honeywell公司的DCS和ST3000智能變送器。根據(jù)本安防爆的要求，選用了P+F類型的安全柵。智能變送器用兩芯屏蔽電纜連接到安全柵上，經(jīng)過安全柵再連接到與DCS的AI卡相連的端子組件FTA上。 ST3000智能變送器與DCS連接回路接線如圖3所示。

　　　　圖3所示的接線方式支持4~20mA模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳遞[4]。對(duì)每臺(tái)智能變送器進(jìn)行了校驗(yàn)并安裝到現(xiàn)場后，聯(lián)校時(shí)發(fā)現(xiàn)智能變送器工作不穩(wěn)定，但檢查線路、FTA、安全柵等硬件均正常。當(dāng)被測參數(shù)較大時(shí)，回路電流就不再隨被測參數(shù)值的增加而增加，則變送器出現(xiàn)故障，此時(shí)，用遵循DE協(xié)議的SFC通信器檢查，診斷信息為HI RES/LOW VOLT，表明回路負(fù)載電阻太大或變送器供電電壓太低。試著刪除安全柵后，智能變送器的工作恢復(fù)正常，即使回路電流達(dá)到或超過20mA也能正常工作。經(jīng)測量，線路電阻為15Ω左右、FTA信號(hào)采樣電阻為250Ω、限流電阻為145Ω、安全柵電阻約為330Ω，所以在回路中，負(fù)載電阻=740Ω。

　　ST000智能變送器的電壓與電阻關(guān)系如圖4所示。負(fù)載電阻R=(U-10.8)/0.0218，供電電壓U=24 VDC，變送器要求的最大負(fù)載電阻必須共605.5Ω, 顯然740Ω超過了額定的605.5Ω阻值。由于無法再提高FTA的輸出電壓，導(dǎo)線電阻和FTA采樣電阻降低比較困難，并且安全柵是從安全角度考慮設(shè)置的，也不能任意取消，所以，只有降低回路負(fù)載電阻，才能滿足變送器的通信和使用要求。

　　　　通過查閱Honeywell公司的DCS用戶手冊(cè)可知，145Ω電阻在測量變送回路中起限流保護(hù)作用。將FTA上的145Ω限流電阻用烙鐵焊接時(shí)，用焊接銅導(dǎo)線作短路處理，在此回路中不會(huì)影響 FTA 的安全運(yùn)行，實(shí)施后變送器運(yùn)行恢復(fù)正常[2]。

　　從圖4可以看出，ST3000智能變送器電路啟動(dòng)的基本供電電壓大于10.8V。在供電電壓為16.28V時(shí)，回路負(fù)載電阻不能超過250Ω，變送器可以正常工作。

　　陰影部分為Honeywell DE通信協(xié)議的智能終端與變送器的可通信范圍，在回路中至少要有250Ω的回路負(fù)載電阻，變送器本身的供電電壓必須大于16.28VDC，否則智能終端與變送器不能正常通信。

2 智能變送器應(yīng)用中的問題分析

　　為進(jìn)一步分析智能變送器應(yīng)用中的儀表供電和