本文結(jié)合多路溫度遠傳監(jiān)測儀在電機多點溫度監(jiān)測上的應用實例，詳細介紹昌暉溫度遠傳監(jiān)測儀原理、主要模塊及與DCS系統(tǒng)構(gòu)建多點溫度測量系統(tǒng)的方法。
通過對電機廠家的大量事故分析發(fā)現(xiàn)，事故往往發(fā)生在電機維護的環(huán)節(jié)上，這就對電機的維護提出了更高的要求。以往由于對電機的保護沒有引起足夠的重視，屢屢發(fā)生電機損壞的事故，造成極大的經(jīng)濟損失，因此，如何更有效地保證電機設備的可靠性，是安全生產(chǎn)必須解決的重要課題。應用兩線制多路溫度遠傳監(jiān)測儀組成DCS溫度控制系統(tǒng)，可有效地解決電機維護難的問題。
方案對比
如采用測量電機各相電流、電壓的方式保護電機，就需要安裝電流、電壓互感器將大電流、高電壓轉(zhuǎn)換成小信號給電量變送器，由電量變送器把信號轉(zhuǎn)換成4-20mA傳給DCS系統(tǒng)采集器進行顯示控制。實際應用中，電機大量分布在各個廠區(qū)內(nèi)，由于各廠區(qū)分布零散，電機功率較大，安裝現(xiàn)場相對復雜。很顯然采用此方式操 作起來并不簡單，而且費用高，所以并不可取。如采用測量電機溫度的方式保護電機，電機生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時通常會在電機線 圈內(nèi)部預埋2~3個Pt100溫度傳感器，通過測量電機溫升來掌握電機的工作狀況。 只要把Pt100溫度傳感器阻值變化 轉(zhuǎn)化成4-20mA傳給DCS系統(tǒng)，就能實現(xiàn)溫度的監(jiān)控。這類變送器分為帶電源和不帶電源兩種，其中以不帶電源的兩線制變送器更適合現(xiàn)場使用，只需兩根線就可采集一路Pt100信號。然而一個電機有2~3個傳感器，就需要有2~3個變送器，由此帶來接線多、DCS采集點多、費用高、安裝麻煩等問題。對此，文中將介紹一款昌暉儀表開發(fā)的兩線制多路遠傳溫度監(jiān)測儀。
兩線制變送器的優(yōu)點
兩線制變送器通過信號線提供驅(qū)動電源，因而采用兩線制變送器可以節(jié)省電源線，解決了分散在龐大的工廠區(qū)域內(nèi)特殊電源提供不便的問題，降低了施工費用。兩線制變送器的信號是4-20mA直流電流信號，該信號抗噪信能力強，即使在有電力設備的環(huán)境下也可以保證信號的穩(wěn)定傳送。若采用電壓信號，例如在0-10V的信號線上加上10V的噪信電壓，信號線上的信號將增加1倍。而兩線制變送器的輸出端子測得變送器內(nèi)部的阻抗至少為1MΩ，因此噪信電壓(10V)加在受信阻抗上的電流值(I≈0.01mA)相對于量程20mA的影響只有1/2000， 這是兩線制變送器優(yōu)越之處。
昌暉XTRM溫度遠傳監(jiān)測儀
昌暉儀表制造有限公司向用戶開放了XTRM溫度遠傳監(jiān)測儀內(nèi)部參數(shù)的設定界面，讓使用者擁有充分的自主權(quán)， 一改長期以來使用者依賴生產(chǎn)商的被動局面，讓用戶能更方便地進行二次開發(fā)。該產(chǎn)品采用Pt100鉑電阻和熱電阻測溫，輸出信號為各個測溫回路中溫度最高的一路，并以4-20mA采用兩線制國際標準信號輸出，可以與DCS、PLC和各種二次儀表連接，并具有極強的抗干擾能力。
溫度遠傳監(jiān)測儀工作原理
XTRM溫度遠傳監(jiān)測儀是多路輸入、一路4-20mA兩線制輸出的溫度變送器，它安裝在靠近被測量點處，兩線制輸出同時作為信號和儀表的供電電源線。輸出電流分為兩個部分，恒定的4mA電流作為測量零點，同時又是儀表中電子線路和供電電流，而0-16mA變化的電流是正比于被測輸入信號的變化。昌暉溫度遠傳監(jiān)測儀以微功耗單片微處理器為基礎，把來自熱電阻或熱電偶測量的溫度信號，通過輸入信號電路，將模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，微處理器根據(jù)采樣的結(jié)果進行高精度校正后送給D/A，由D/A把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，該模擬信號通過V/I轉(zhuǎn)換為4-20mA恒定電流輸出。原理框圖如圖1所示。
圖1 多路溫度遠傳監(jiān)測儀原理框圖
溫度遠傳監(jiān)測儀主要模塊設計
XTRM多路溫度遠傳監(jiān)測儀采用模塊化設計思路，主要包括輸入電路、放大電路、CPU電路、按鍵電路、顯示驅(qū)動電路、V/I輸出電路、電源模塊電路等。
1、輸入電路
利用橋路可將Pt100電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，X1接4051多路開關(guān)的輸入端，在此溫度遠傳監(jiān)測儀中有4路這樣的電路分別為X1~X4。輸入電路如圖2所示。
圖2 多路溫度遠傳監(jiān)測儀輸入電路圖
2、放大電路
X1~X4這4路信號經(jīng)電子開關(guān)選擇后，由于信號較小，須進行線性放大，本表采用了運放組成的儀表放大器，性能十分優(yōu)越，已被廣泛地用于測量放大器中。三個運算放大器為低漂移功能塊，它們是由專用型集成運放前再加上一級分立元件輸入級組成的，由于分立元件輸入級的對稱性經(jīng)過精選，所以可使一般運放的性能指標得到提高，有很高的共模抑制能力和較低的輸出溫漂。放大電路如圖3所示。
圖3 多路溫度遠傳監(jiān)測儀放大電路
3、按鍵電路
人機對話采用按鍵的方式進行，設有5個按鍵，分別是參數(shù)功能設定鍵(SET)，參數(shù)增加鍵▲、參數(shù)減少鍵、左移鍵和右移鍵。用戶需要時可通過面板按鍵查看任何一路溫度。
4、顯示驅(qū)動電路
顯示驅(qū)動采用6位動態(tài)掃描顯示，掃描頻率設計為70Hz左右。LED顯示窗口顯示溫度測量值，通道狀態(tài)指示燈CH1~CH4指示當前LED顯示窗口所顯示4路輸入信號當中最高的一路。顯示驅(qū)動電路如圖4所示。
圖4 多路溫度遠傳監(jiān)測儀顯示驅(qū)動電路
5、CPU電路
單片機是美國德州儀器(IT)公司生產(chǎn)的高集成度、高精度的單芯片系統(tǒng)SoC，是目前工業(yè)界中具有最低功耗的16 bit Flash RISC微控制器。具有豐富的片內(nèi)外設，是一款性價比極高的單片機，用它作為系統(tǒng)的控制核心，不僅極大地簡化了系統(tǒng)硬件電路，還大大提高了系統(tǒng)的性價比。
集中體現(xiàn)了現(xiàn)代單片機先進的低功耗設計理念，其時鐘系統(tǒng)提供了豐富的軟硬件組合形式。它包括一個片內(nèi)DOC和兩個晶體振蕩器，可以產(chǎn)生三種系統(tǒng)適用的時鐘， 支持六種工作方式， 有五種低功耗模式。可以通過軟件對內(nèi)部時鐘系統(tǒng)進行不同設置來控制芯片，使它處于不同工作方式，從而使整個系統(tǒng)達到最低的功耗并發(fā)揮最優(yōu)的性能，所以該單片機非常適合XTRM多路溫度遠傳監(jiān)測儀的設計要求。
6、V/I輸出電路
V/I輸出電路采用PWM脈寬調(diào)制方式輸出，具有電路簡單、成本低、精度高、抗干擾能力強的優(yōu)點。輸出采用全軟件調(diào)試，無電位器調(diào)節(jié)，方便且 實用。多路溫度遠傳監(jiān)測儀還可根據(jù)儀表的測量量程，變送輸出與測量值相對應的4-20mA模擬信號，提供給無紙記錄儀、其它儀表、PLC和DCS系統(tǒng)使用。V/I輸出電路如圖5所示。
圖5 多路溫度遠傳監(jiān)測儀輸出電路
7、電源模塊電路
電源模塊電路經(jīng)保護電路(過壓、過流、抗干擾)進入穩(wěn)壓電路，提供CUP及其它器件的工作電源。電源模塊電路如圖6所示，此電路有以下特點：
①輸出電壓穩(wěn)定性高；
②溫度系數(shù)低；
③價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單。
圖6 多路溫度遠傳監(jiān)測儀電源模塊電路
系統(tǒng)組態(tài)
DCS系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復雜應運而生的綜合控制系統(tǒng)，它是計算機技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供友好的人機界面和強大的通信功能。是實現(xiàn)過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設備。兩線制變送器在工業(yè)自動化領(lǐng)域中使用頻率較高，與其他工業(yè)現(xiàn)場設備一樣，兩線制變送器也存在干擾及抗干擾的問題。依據(jù)DCS系統(tǒng)AI卡件接口模式(電流型或環(huán)路供電型)選用功能不同的隔離配電器，原則上要求它既能給變送器提供隔離電源、保證每個變送器有一個獨立電源，又能將變送器信號隔離輸送到DCS。XTRM多路溫度遠傳監(jiān)測儀組成計算機DCS監(jiān)控系統(tǒng)，具有動畫顯示、報表、報警、趨勢、打印等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度參數(shù)的集中監(jiān)視、控制、記錄。
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采用昌暉儀表制造有限公司XTRM多路溫度遠傳監(jiān)測儀可以輕松接入DCS控制系統(tǒng)，直觀地在中控室觀察各個電機運行溫度狀況，一旦發(fā)現(xiàn)溫升超標可以馬上采取措施防止事故發(fā)生。此方法目前大量用于水泥廠、發(fā)電站、造紙廠等企業(yè)。實際應用表明，采用XTRM多路溫度遠傳監(jiān)測儀在多點溫度監(jiān)測上可廣泛推行。
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