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1、第6章智能变送器和阀门定位器第1页，共23页，编辑于2022年，星期一6.1 智能变送器智能变送器智能差压变送器智能差压变送器智能温度变送器智能温度变送器第2页，共23页，编辑于2022年，星期一电子组件电子组件传感器组件传感器组件A/D转换器转换器温度传感器温度传感器电容传感器电容传感器传感器组件传感器组件存储器存储器微处理器微处理器电子组件电子组件存储器存储器D/A转换器转换器数字通信数字通信本地量程本地量程和零位调整和零位调整压力压力压力压力输出输出一、一、3051C HART差压变送器差压变送器图图6-1 3051C HART差压变送器原理框图差压变送器原理框图6.1 智能变送器智能变
2、送器第3页，共23页，编辑于2022年，星期一功能：管道的压差、温度、压力采集、处理、转换。功能：管道的压差、温度、压力采集、处理、转换。组件及补偿信息存储组件及补偿信息存储。（传感器号、温度、压力设定值等）。（传感器号、温度、压力设定值等）（1）传感器组件）传感器组件6.1 智能变送器智能变送器（2）电子组件）电子组件信号的处理、存储、显示和输出。将对应差压数字信号信号的处理、存储、显示和输出。将对应差压数字信号变为变为420 mADC或或 HART协议数字信号。协议数字信号。处理：处理：温度压力补偿、非线性校正、标度变换。零点、量程温度压力补偿、非线性校正、标度变换。零点、量程调整。调整。
3、1、组成与功能、组成与功能第4页，共23页，编辑于2022年，星期一6.1 智能变送器智能变送器2、智能变送器与数字设定器远程通信、智能变送器与数字设定器远程通信通过通过HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议实现）协议实现变送器与数字设定器进行远程组态。变送器与数字设定器进行远程组态。智能变送器智能变送器调节器调节器HART手操器手操器显示器显示器24VR电流表电流表传输线传输线图图6-2 变送器配线原理框图变送器配线原理框图第5页，共23页，编辑于2022年，星期一2200HZ “0”I01100HZ “1”i(mA)t0.5-0.5图图6
4、-3 HART协议传递的二进制数字信号协议传递的二进制数字信号D调制调制D解调解调（1）HART协议信号的特点协议信号的特点6.1 智能变送器智能变送器在在4-20mA模拟信号上叠加幅度为模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信的音频数字信号进行双向数字通讯。号进行双向数字通讯。第6页，共23页，编辑于2022年，星期一（2）数据设定器）数据设定器(通讯器通讯器)功能功能变送器组态变送器组态选择设置变送器的地址号、零点、量程、输出形式、滤波时间等，将参数选择设置变送器的地址号、零点、量程、输出形式、滤波时间等，将参数传输到变送器传输到变送器EEPROM中。中。诊断诊断对组态参数、通信状态、变
5、送器的运行状态进行诊断，显示故障代码。对组态参数、通信状态、变送器的运行状态进行诊断，显示故障代码。抄表抄表读取并显示变送器中读取并显示变送器中存储的重要存储的重要信息信息。（变送器地址号、过程参量、。（变送器地址号、过程参量、零点、量程等）零点、量程等）6.1 智能变送器智能变送器第7页，共23页，编辑于2022年，星期一图图6-4 HART协议智能差压变送器协议智能差压变送器3、一种、一种HART协议的智能差压变送器协议的智能差压变送器6.1 智能变送器智能变送器AD7715微处理器微处理器AD421波形形成电路波形形成电路带通滤波器带通滤波器HART调制解调器调制解调器解调解调DD调制调
6、制波形注入波形注入设设定定器器HT2012第8页，共23页，编辑于2022年，星期一第9页，共23页，编辑于2022年，星期一功能：功能：将过程量转换为将过程量转换为420mADC电流信号。并可实电流信号。并可实现在信号线上传输现在信号线上传输HART协议的数字信号。协议的数字信号。6.1 智能变送器智能变送器（1）差压检测与放大）差压检测与放大扩散硅差压传感器输出信号经过扩散硅差压传感器输出信号经过AD7715内部可编程增益内部可编程增益放大器放大，送入放大器放大，送入A/D转换器。转换器。（2）A/D转换转换16位位A/D转换，将模拟量转换为数字量，转换，将模拟量转换为数字量，AD7715
7、与单片机与单片机通过通过SPI串行口进行数字通信。串行口进行数字通信。AD7715初始化命令字（增初始化命令字（增益、时钟频率、转换通道等）由单片机写入，转换值由单片益、时钟频率、转换通道等）由单片机写入，转换值由单片机读取。机读取。第10页，共23页，编辑于2022年，星期一（5）数据发送：）数据发送：D经调制器变为频率信号经调制器变为频率信号f,通过通过HT2112波形行程电路变为电压波形行程电路变为电压u，经，经过过D421的的V/I变换，变为变换，变为0.5mA电流信号。电流信号。此此0.5mA电流信号叠加到电流信号叠加到420mA环路上。环路上。（4）数据接收：）数据接收：带通滤波器
8、将带通滤波器将420mA环路上的环路上的0.5mA HART电流信号转换为电流信号转换为HART电压信号，经电压信号，经HT2012解调，再送入单片机串行通信接口中，从解调，再送入单片机串行通信接口中，从而完成数据的接收任务。而完成数据的接收任务。6.1 智能变送器智能变送器（3）D/A转换转换将对应差压信号数字量经过将对应差压信号数字量经过SPI串行口写入串行口写入AD421，进行，进行D/A转换，转换，输出输出4-20mA模拟量。模拟量。第11页，共23页，编辑于2022年，星期一二、二、STT3000温度变送器温度变送器图图6-6 STT3000温度变送器实物图温度变送器实物图6.1 智
9、能变送器智能变送器调节器调节器ADDA PTC RTD图图6-5 STT3000温度变送器组成框图温度变送器组成框图数据数据设定器设定器信号信号调理调理第12页，共23页，编辑于2022年，星期一信号处理：信号处理：存储器中存储各种温度传感器的特性曲线，选择传感存储器中存储各种温度传感器的特性曲线，选择传感器类型和量程，根据传感器特性曲线进行线性化处理及校正。（器类型和量程，根据传感器特性曲线进行线性化处理及校正。（线线性插值法性插值法）信号输出：信号输出：处理后信号经过处理后信号经过D/A转换器及转换器及V/I变换器转换为变换器转换为4-20mA直直流信号。经过通信芯片流信号。经过通信芯片H
10、ART数字信号叠加在电流线上。数字信号叠加在电流线上。6.1 智能变送器智能变送器1、组成、组成输入电路：输入电路：配接各种标准的配接各种标准的热电偶热电偶BSKETN、热电阻热电阻。也可输入。也可输入毫毫伏信号伏信号。通过信号处理、。通过信号处理、A/D转换离散为数字量。硬件电路可实现热电阻转换离散为数字量。硬件电路可实现热电阻导线补偿及热电偶冷端温度补偿功能。导线补偿及热电偶冷端温度补偿功能。第13页，共23页，编辑于2022年，星期一通信组态：通信组态：变送器与数据设定器连接。通过数据设定器变送器与数据设定器连接。通过数据设定器完成对变送器的组态、诊断和校验。完成对变送器的组态、诊断和校
11、验。组态组态仪表编号仪表编号测温元件输入类型测温元件输入类型输出形式输出形式滤波时间滤波时间测量范围（上下限）测量范围（上下限）工程单位工程单位诊断诊断传感器、传感器、A/D、D/A、通信等故障检测报警、通信等故障检测报警校验校验给定对应温度电阻或电压，转换结果的精度给定对应温度电阻或电压，转换结果的精度6.1 智能变送器智能变送器2、数据设定器的功能、数据设定器的功能第14页，共23页，编辑于2022年，星期一6.2 智能阀门定位器智能阀门定位器一、作用一、作用:具有阀门快速定位功能，使阀门开度精确对应于调节器输出的控制具有阀门快速定位功能，使阀门开度精确对应于调节器输出的控制信号。信号。二
12、、工作原理二、工作原理调节器输出信号与阀位传感器的反馈进行比较后送入微机，微处理调节器输出信号与阀位传感器的反馈进行比较后送入微机，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算，向压电阀发出电控指令使器根据偏差的大小和方向进行控制计算，向压电阀发出电控指令使供气与排气阀门开大或关小。供气与排气阀门开大或关小。使气动执行器阀杆精确定位。使气动执行器阀杆精确定位。三、控制方式三、控制方式1、调节器控制值与反馈值偏差控制。、调节器控制值与反馈值偏差控制。2、数据设定器给定的设定值与反馈值偏差控制。、数据设定器给定的设定值与反馈值偏差控制。第15页，共23页，编辑于2022年，星期一6.2 智能阀门定位器
13、智能阀门定位器A/D微处理器微处理器LCD显示显示数字通信数字通信霍尔霍尔按键按键3V24V3V24V处理处理设定设定反馈反馈输入输入压电阀压电阀排气排气供气供气气动执行器气动执行器阀位检测阀位检测图图6-7 阀门定位器结构图阀门定位器结构图第16页，共23页，编辑于2022年，星期一6.2 智能阀门定位器智能阀门定位器压电阀：压电陶瓷片在电压作用下产生弯曲变形原理压电阀：压电陶瓷片在电压作用下产生弯曲变形原理之城的两位式控制阀。之城的两位式控制阀。第17页，共23页，编辑于2022年，星期一1、在不加电状态或两个压电阀加低电平下，压电陶瓷进、在不加电状态或两个压电阀加低电平下，压电陶瓷进气阀
14、关闭，排气阀打开。气阀关闭，排气阀打开。（排气）（排气）图图6-8 阀门定位器（阀门定位器（a）陶瓷片陶瓷片排气排气供气供气气动执行器气动执行器四、控制说明四、控制说明第18页，共23页，编辑于2022年，星期一图图6-8 阀门定位器（阀门定位器（b）陶瓷片陶瓷片排气排气供气供气气动执行器气动执行器2、在进气状态下、在进气状态下，应使两个压电阀加高电平，使进气阀打开，应使两个压电阀加高电平，使进气阀打开，排气阀关闭。排气阀关闭。第19页，共23页，编辑于2022年，星期一3、在阀位保持状态下在阀位保持状态下，应使进气压电阀加低电平，排气压电阀，应使进气压电阀加低电平，排气压电阀加高电平，使进气
15、阀与排气阀均关闭。加高电平，使进气阀与排气阀均关闭。图图6-8 阀门定位器（阀门定位器（c）陶瓷片陶瓷片排气排气供气供气气动执行器气动执行器第20页，共23页，编辑于2022年，星期一4、设定阀位与反馈阀位偏差较大时，进气压电阀加宽脉冲，进气阀、设定阀位与反馈阀位偏差较大时，进气压电阀加宽脉冲，进气阀开大进气量，排气压电阀加宽脉冲，排气阀基本关闭开大进气量，排气压电阀加宽脉冲，排气阀基本关闭图图6-8 阀门定位器（阀门定位器（d）陶瓷片陶瓷片排气排气供气供气气动执行器气动执行器宽宽PWM脉冲源脉冲源脉冲源脉冲源宽宽PWM第21页，共23页，编辑于2022年，星期一5、偏差较小时，使进气压电阀加
16、窄脉冲，进气阀开度减小，排气压、偏差较小时，使进气压电阀加窄脉冲，进气阀开度减小，排气压电阀加宽脉冲，排气阀基本关闭。电阀加宽脉冲，排气阀基本关闭。图图6-8 阀门定位器（阀门定位器（e）陶瓷片陶瓷片排气排气供气供气气动执行器气动执行器窄窄PWM脉冲源脉冲源脉冲源脉冲源宽宽PWM第22页，共23页，编辑于2022年，星期一6、偏差基本为、偏差基本为0时，进气压电阀低电平、排气压电阀高电平，时，进气压电阀低电平、排气压电阀高电平，进气和排气阀关闭。保持压力和阀位。进气和排气阀关闭。保持压力和阀位。图图6-8 阀门定位器（阀门定位器（f）陶瓷片陶瓷片排气排气供气供气气动执行器气动执行器第23页，共23页，编辑于2022年，星期一