仪表回路信号讲解

仪表回路信号传输•输入输出信号：•AI是指模拟量输入.如温度、压力、转速、电流等连续变化的量.AO是指模拟量输出.即模拟量控制信号,如连续可调的执行器开度控制、变频器转速调节DI是指数字量（开关量）输入.其实就是电气二次回路通断,某些状态反馈.信号24VDC或220VACDO是指数字量（开关量）输出.从控制器发出的控制信号或状态信号信号24VDC或220VAC两线制仪表•二线制仪表即电源与信号共用两根线。所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表乊间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。•特点•1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线;可节省大量电缆线和安装费用;•2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰;两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。•3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω(取样Uout=1～5V)这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远。•4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....•5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏(0mA状态)十分方便。而且两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。为什么将4-20mA电流转换为1-5V电压信号？•因为DCS需要的是数字信号，需要将4-20mA模拟信号转换成数字信号（A/D转换），在把模拟信号变成数字信号的过程中，要经历取样、放大、整形等电路，电路的主要器件--集成运算放大器一般都是高阻器件，输入阻抗可高达数十千欧甚至兆欧级，属于电压器件，基本上不消耗电流，把这样的电路串进二线制变送器的电路中，可想而知就不会有4-20mA的电流产生了。解决的办法是把一个250欧的精密电阻串进二线制变送器的电路中(这个级别的阻值完全不影响二进制变送器的正常工作状态)，使4－20mA的电流在这个取样电阻上产生1－5V的压降，把这个压降当作电压信号送给以后的处理电路，该电路就可以正常工作了，从而去实现测量过程。•取样电阻RL=250Ω，则对应于4-20mA的输出电压U0位1-5V安全栅•安全栅又称安全保持器。本安回路的安全接口，它能在安全区（非本质安全）和危险区（本质安全）之间双向传递电信号，并可限制因故障引起的安全区向危险区的能量转递。一般安全栅有齐纳式和隔离式。•本安型安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为关联设备，是本安系统的重要组成部分。•本安防爆系统关联设备，是指安装在安全场所，本安电气设备与非本安电气设备之间的相连的电气设备。由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。•中国国家仪器仪表防爆安全监督站是中华人民共和国地区监督生产安全防爆产品的权威机构，对本安型安全栅产品有着严格、科学、详细的规定，只有通过该监督站认证的企业及其所开发生产的产品才具备符合标准的安全性能，否则可能会给使用方的设备、人员和生产造成无可估量的损害。•本安即本质安全。是通过安全栅限能达到防爆的目的，即通过的能量产生的火花不足以引起爆炸。当然安全栅一定要放在安全场所。本安仪表可以用于0区或1区。•本安型：从电路能量上加以限制，使电路无论在正常工作中或发生短路、断路等故障状态下，所产生的火花都不足以引燃易燃易爆气体，它所产生的温度也不足以使易燃易爆物自燃。隔爆型：严格密封，结构上用隔离措施，把电路和周围环境隔绝。隔离式安全栅•安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。•齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。•与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图所示。回路限能单元为安全栅的核心部分。此外，辅助有用于驱动现场仪表的回路供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。信号处理单元则根据安全栅的功能要求进行信号处理。•工业现场一般需要采用两线制传输方式的配电器，既要为诸如压力变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。但一些特殊的工业现场不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花型防爆的性能，可靠地防止电源高压与信号之间的混触，利用电流、电压双重化限制回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额以下的具有特殊功能的配电器—安全栅。•隔离式安全栅，基本有检测端安全栅和操作端安全栅两种类型。检测端安全栅与两线制变送器配套使用；操作端安全栅与电气转换器或电气阀门配套使用。也有信号输入等类型隔离式安全栅。•由于隔离式安全栅采用了限压、限流、隔离等措施，不仅能防止危险能量从本安端子进入危险现场，提高系统的本安防爆性能，而且还增加了系统的抗干扰能力，大大提高了系统运行的可靠性。24VDC电源经DC-AC-DC变换后，输出模块电路所需要的多种电压。•检测端隔离式安全栅的原理是：模块电路将通过本安能量限制电路输入的电流或电压信号转变为0.2-1VDC后，送入模块内进行采集、放大、运算和进行抗干扰处理后，再经变压器调制成输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。模块还需输出一个隔离的18.5∽28.5VDC电压，通过本安能量限制电路做为供给两线制变送器的工作电压。本安能量限制电路能限制大电流或高电压的危险信号窜入危险现场。•操作端隔离式安全栅的原理是：将调节器或操作器输出的4-20mADC信号隔离后再输出4-20mADC的信号，通过本安能量限制电路供给电气转换器或现场的电气阀门定位器使用。接线端子排•端子排，意为承载多个或多组相互绝缘的端子组件并用于固定支持件的绝缘部件。端子排的作用就是将屏内设备和屏外设备的线路相连接，起到信号（电流电压）传输的作用。有了端子排，使得接线美观，维护方便，在远距离线之间的联接时主要是牢靠，施工和维护方便。CPU如何查找信号故障•一、系统常见故障及排除•现场常见的问题有三个方面：一是从现场来的信号本身有问题；二是系统硬件故障；三是软件组态有错误或组态与硬件协调有误引起冲突。•1、现场信号问题主要有以下几个方面：•测量元件坏；•变送器故障；•连线问题，包括信号线接反、松动、脱落、传输过程中接地及传输过程中受干扰影响耦合出超过DCS系统可接受的干扰等。•总之从信号测量、发送，到DCS接线端子，这中间任何一个环节出错，所造成的结果都表现为数据显示有误。•2、DCS硬件故障•DCS硬件故障常常表现为以下几个方面：•模块与底座接插不严密；•拨码开关错误、通讯线接线方向错误及终端匹配器未接；•硬件接线与实际信号要求的不一至；•机柜内电源输出有误；•硬件本身坏。（查看状态灯）•以上几个方面问题的结果表现为：加电硬件板级故障（指示灯显示状态不对）；设备不工作；或系统工作但显示的对应测点值不正确、系统输出不能驱动现场设备等。•3、软件组态有错误或组态与硬件协调有误•软件组态有错误或组态与硬件协调时出现的问题主要表现为以下几个方面：•数据库点组态与对应通道连接信号不匹配；•由于网络通信太忙引起系统管理混乱；•打印机不打印等。•加电硬件板级故障（指示灯显示状态不对）；设备不工作；或系统工作但显示的对应测点值不正确、系统输出不能驱动现场设备等。4、处理方法•首先是要判断出故障是发生在DCS系统内部还是在外围设备或是连线上。一般方法是：（1）从卡件接线端子排上拆除故障点卡件通道现场侧接线；（2）对于模拟量输入通道，可用模拟量信号源加信号，若操作电脑上显示正常则故障点应在外围设备或是连线上；对于对于开关输入通道，可短接通道，若操作电脑上显示正常则故障点应在外围设备或是连线上；对模拟量输出通道，可模拟量信号测量仪接入通道，在操作电脑上对设备进行操作，若检测输出信号正常则故障点应在外围设备或是连线上；对于开关量输出通道，可万用表电阻档接入通道，在操作电脑上对设备进行操作，若检测卡件输出继电器闭合则故障点应在外围设备或是连线上。•判断出故障是发生在DCS系统内部还是在外围设备或是连线上后，就可对症下药，迅速排除故障。•在处理故障中应注意以下问题：•(1)对在系统联锁、保护、自动中使用的AI、DI量，在处理前应将相应的联锁、保护、自动解除或是进行强制后方可进行处理。•(2)对于外供电回路，在拆除卡件现场侧接线是应先将外围设备电源切除或拆除后用绝缘胶布进行包裹，防止短路发生。•(3)对于DI卡若其上通道灯均灭，一般是查询电压丢失或卡件故障。