摘要：針對(duì)智能變送器在使用和維護(hù)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的儀表供電和阻抗匹配問題進(jìn)行了研究。以日本橫河公司生產(chǎn)的EJA、美國Honeywell公司生產(chǎn)的ST3000和美國羅斯蒙特公司生產(chǎn)的 3051等智能變送器為例,，在基于變送器整體結(jié)構(gòu)不變和保證安全性的前提下，采用調(diào)整負(fù)載大小,、改變線路結(jié)構(gòu)和
0 引言
現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)裝置使用了多種智能變送器,，如日本橫河電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的EJA智能變送器、美國Honeywell公司生產(chǎn)的ST3000智能變送器和美國Rosemount公司生產(chǎn)的3051智能變送器等,。這些智能變送器都是系列產(chǎn)品,，用戶可根據(jù)變送器使用位置的工況及變送器的性價(jià)比選擇相應(yīng)的產(chǎn)品。
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(chǎng)或在同一控制回路的任何地方，同其進(jìn)行雙向通信[1]。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(chǎng)，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(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(chǎng),，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(chǎng)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(cè)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(chǎng)測(cè)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 V<10.5V (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(chǎng)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(cè)參數(shù)較大時(shí)，回路電流就不再隨被測(cè)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(cè)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(cè)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)用中的儀表供電和阻抗匹配問題,，首先需要了解智能變送器（以EJA為例）的基本工作原理,。EJA智能變送器是由單晶硅諧振式傳感器上的兩個(gè)H形振動(dòng)梁分別將差壓、壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào),，送到脈沖計(jì)數(shù)器,，再將頻率之差直接傳遞至CPU進(jìn)行信號(hào)處理；經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為與輸人信號(hào)相對(duì)應(yīng)的4-20mA DC的輸出信號(hào),，并在模擬信號(hào)上疊加一個(gè)BRAIN/HART數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信,。膜盒組件中內(nèi)置特性修正存儲(chǔ)器存儲(chǔ)傳感器的環(huán)境溫度、靜壓,，輸入輸出特性修正經(jīng)CPU運(yùn)算的數(shù)據(jù)[7] ,。通過I/O口與外部設(shè)備（如手持智能終端BT200或BT275以及DCS中的帶通信功能的I/O卡)以數(shù)字通信方式傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)疊加在4-20mA信號(hào)線上,，對(duì)4-20mA信號(hào)不產(chǎn)生任何擾動(dòng)影響[6],。
智能變送器在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，最常遇到的就是儀表供電和阻抗匹配問題,，除EJA和ST3000智能變送器外,，其他的智能變送器也存在同樣的問題。如Rosemount的3051智能變送器最大負(fù)載電阻和供電電壓也要滿足如圖5所示的對(duì)應(yīng)關(guān)系,，即R=43.5×(U-10.5),，還要求直流電源的紋波應(yīng)小于2%，對(duì)于CSA認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的變送器,，其供電電壓還不能超過42.4V,。可見,，智能變送器都對(duì)最低工作電壓的幅值和負(fù)載電阻有嚴(yán)格要求,，應(yīng)用中也需要特別注意。
3 結(jié)束語
智能變送器在石油化工裝置中的應(yīng)用越來越廣泛,，與常規(guī)變送器相比,，它有許多優(yōu)點(diǎn),，但它對(duì)儀表維護(hù)人員的要求也較高，需要正確地選擇和使用,。在使用和維護(hù)過程中,，要認(rèn)真閱讀智能變送器和DCS系統(tǒng)資料；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的技術(shù)要求須做深人細(xì)致的探討,；并結(jié)合工作實(shí)際,，發(fā)揮儀表工程技術(shù)人員的智慧，處理好智能變送器的供電和阻抗匹配問題,，從而為提高儀表維護(hù)水平,，為智能變送器的推廣使用，也為提高石油化工生產(chǎn)的自動(dòng)化水平創(chuàng)造條件,。
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