变送器八问八答续
变送器八问八答续穿孔穿芯一体化交流电流变送器在智能化监控工程中得到非常广泛的应用,以下简明地解答了两线制4-20mA输出电流变送器 / 电流主回路 / 变送器工作电源 / 远传信号线 / 4-20mA转换1-5V / DCS接口TVS限压保护/数字显示面板表之间的接线方案。以供设计者参考！
1、 问题：我们拟将普通的配电柜和电动机控制柜改进为可以与DCS/PLC接口的智能型配电柜和控制柜,拟定使用你公司生产的穿孔穿芯一体化交流电流变送器,请问怎么样接口?
解答:使用我公司生产的穿孔穿芯一体化交流电流变送器是非常方便的,先看一下DCS/PLC的模拟输入接口图纸.一般DCS/PLC输入接口有两种:外部供+24V电源和内部供+24V电源.要分别对待.
(1)DCS/PLC输入接口要求外部供+24V的,那么,你的控制柜内部就要安装AC220V/DC24V的电源模块,以下是变送器工作电源在控制柜的两线制4-20mA输出接口图纸,供你参考。
(2)DCS/PLC输入接口内部供有+24V电源的,那么,你的控制柜内部就不要安装AC220V/DC24V的电源模块了,以下是变送器工作电源在DCS/PLC内部的两线制4-20mA输出接口图纸,供你参考.
2、问题：如上所说我们不但要把普通的控制柜改进为有两线制4-20mA输出接口,我们而且要将普通的控制柜的指针面板表改进为数显面板表,可以用你公司生产的穿孔穿芯一体化交流电流变送器来带动吗? 能否推荐能匹配的数显面板表?
解答:使用我公司生产的穿孔穿芯一体化交流电流变送器来带动数显面板表是非常方便的但有局限性,只需将数显面板表输入端口串联到4-20mA输出电流环中就可以了,但是必须选购4-20mA等标准信号输入的传感器专用数显表,推荐能匹配的数显面板表如下。另外,设定.比率.量程能匹配的主回路额定电流9999A、1000A、2000A、3000A、4000A、5000A、6000A、7000A、8000A、9000A、小数点可设定，零点可调整。
上海托克智能仪表有限公司DB5传感器专用数显表的 特点:
⊙ 产品主要适用于各种具有线性输出特性的变送器测量显示
⊙ 具有小数点设定、.比率、.量程及零点调整功能
⊙ 外型尺寸48H×96W, 红色数码管显示 ⊙ 4-20mA等标准信号输入
型号：:DB5I-SA20mA、 量程：4-20mA、 显示范围:：0-9999、 输入阻抗 ：≤1Ω、 化
测量准确度：±0.5%F.S 电源 ：AC 110V/220V50Hz/60Hz 、功耗 ：≤1.5VA
托克(TUOKE)DB5传感器专用数显表照片
3、 问题：我们拟将普通的电动机控制柜改进为可以与DCS/PLC接口的智能型控制柜,要求测量三相电动机平衡电流，拟定使用你公司生产的穿孔穿芯一体化交流电流变送器三只,请问怎么样接口?
解答：:这涉及多只穿孔穿芯一体化交流电流变送器的工作电源 问题，一是采用每只单独供电（AC220/DC24V、1W），二是采用多只共用工作电源（AC220V/DC24V、功率为1W乘以N只）。穿孔穿芯一体化交流电流变送器多只共用工作电源的接线图如下。
4、 问题：我们在改造一些传统工矿设备时遇到一些输入接口是DC0-5VD的，还有ADC输入接口是DC0-5VD的，你公司生产的穿孔穿芯一体化交流电流变送器两线制4-20mA输出R如何与它们匹配？能提供最佳的电路方案吗？
解答：由于4～20mA变送器输出4mA时，在250欧取样电阻上的电压不等于0，直接经模拟/数字转换电路转换后的数字量也不为0，单片机无法直接利用，通过公式计算过于复杂。因此一般的处理方法是通过硬件电路将4mA在取样电阻上产生的电压降消除，再进行A/D转换。这类硬件电路首推RCV420,是一种精密的I/V转换电路,也是目前最佳的4-20mA转换0-5V的电路方案，有商用级（0℃－70℃）和工业级（-25℃－+85℃）供你选购。
4-20mA转换0-5V的集成电路RCV420
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5、 问题：我们在改造一些工矿设备时遇到一些输入接口是三线制DC4-20mA的,有的还要带动诸如继电器、伺服电机、电动筏等，少不了GND这根线，你公司生产两线制4-20mA输出的穿孔穿芯一体化交流电流变送器如何与它们匹配？能提供最佳的电路方案吗？
解答：有两个电路方案如下图：由于推荐方案在信号远传线路上每Km要节约1000元左右，哪个是最佳的电路由你来权衡吧。 随着现代工业的高速发展，多电机交流控制系统已经被广泛地应用于造纸、化工、钢铁、食品等工业领域，而且形成了各自独特的变频器控制系统。在实际运行中，这样的控制系统具有可靠性强、抗干扰率高，但相应的维护费用却随着时日的推移而越来越高。比如，某类型的变频器采用其独特的通讯协议和通讯接口，一旦通讯故障所造成的通讯接口板烧毁将直接导致系统的崩溃，除非购买该型号的通讯接口；同样如果该变频器由于烧毁，亦需要购买同型号的变频器；另外，系统要升级换代，必须全面更换所有变频器。如此一来，采购费用巨大、备品库存积压等现象将不可避免地存在。
本文将引入一种基于现场总线的多电机交流控制系统，它结合了目前最主流的现场总线技术，并考虑了实际应用的便利性，从总线引入、硬件组构、软件原理三方面出发详细阐述了该多电机交流控制系统的主要特点。
2、现场总线Profibus的引入
现场总线Profibus，即Process fieldbus ，它自1984年开始研制现场总线产品，经过十多年的开发、生产和应用，Profibus已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。目前PNO（Profibus用户组织）已拥有600多个成员，生产近千种产品。Profibus产品在欧洲市场占有率大于40％，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
Profibus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络（OSI，Open system interconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。Profibus-DP,Profibus-PA和Profibus-FMS构成了Profibus家族。其中Profibus-DP（Decentralized Periphery）是一种高速和便宜的通信连接，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用。使用Profibus-DP模块可取代24伏或4～20毫安的串联式信号传输。直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用RS－485传输技术或光纤媒体。本文介绍的就是DP部分。
标准现场总线Profibus DP的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成。其中主设备用以控制总线上的数据传输，且在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线；从设备是相对于主设备而言较为简单的外部设备，且未被授权访问总线；网络网路如传输介质和网络链接器，前者如屏蔽双绞电缆构成电气网络、用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络、或是基于两种媒介之间由OLM转换的混合网络，后者如RS485总线连接器、RS485总线终端、RS485中继器、光链路模块OLM等。
在多电机交流控制系统中，存在着电机控制点、各交流变频器分布线长而且分散的特点，采用现场总线技术可以在控制室内和现场操作台各装设分布式I/O模块，联成总线网络，以数字方式来进行控制数据的串行传输，这样一来，控制系统将具有更佳的抗干扰能力，所提供给变频器的参考值亦比较精确。
3、多电机交流控制系统的硬件组构
图一（上）是多电机交流控制系统的硬件联络图。由图中可知，现场总线Profibus的主设备采用了西门子可编程控制器PLC S5，通过IM308接口模块再与Profibus总线联络。做为主设备，PLC S5负责读取悬挂在总线上的所有分布式I/O模块的变频器状态字（包括数字量和模拟量），同时进行变频器控制字（包括数字量和模拟量）的传送。从设备为分布式输入输出模块ET200， 每一个ET200从站可以挂接最大至32个的数字量或模拟量输入输出卡（如DI、DO、AI、AO等）， 并通过对于ET200从站接口卡IM318进行地址DIP设置后即可确认该挂接的I/O卡的地址值。
由于ET200从站的远程分布特性，因此在变频器较为集中的地方进行设置相应的从站，并对相关联的变频器进行点对点的连接，具体接线方式如图一（下）所示。所有的变频器都有I/O接口，包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出。其中数字量输入有正向启动、反向启动、外部故障（如电机温升等）、点动、使能、设定频率启动等，数字量输出包括变频器运行信号、故障信号、运行频率区间信号、报警信号等；模拟量输入输出必须先进行U/I方式的设定，以确认4～20mA信号抑或0～10V信号，其中模拟量输入主要为设定速度或频率的参考值，模拟量输出为电流实际值、速度实际值、频率实际值、DC回路电压值等。
图一 多电机交流控制系统硬件联络图
多电机交流控制系统的硬件组构相对简单，以可编程控制器为中心，通过Profibus总线依次连接了相关联的ET200从站组，并通过各从站组连接相应的变频器组。其中总线采用电气双绞线路，布线明了；从ET200从站到关联变频器组采用较短的控制线路连接即可。此传输数据方式以串行的数字方式为主、只有在到达变频器时才又采用部分模拟信号，因此丝毫不影响传输数据的可靠性和抗扰性。
4、多电机交流控制系统的软件设计
4.1 多电机交流控制系统的软件流程
基于现场总线的多电机交流控制系统的软件设计包括以下几点，如图二（上）所示：
1） PLC IM308接口模块的初始化：在现场总线启动前，必须先配置Profibus总线，并分配各个总线站的参数（总线上的传输速率、总线的标准（一般为DP-Standard）、设定故障模式（包括诊断设置和诊断地址等）。
2） 读取1＃变频器的状态字和实际值：通过连接在变频器端的ET200从站的I/O端子，通过对远程I/O的操作，读取变频器的状态字（数字量）和实际值（模拟量）。
3） 判断变频器是否处于故障，如故障则报警存档，否则根据系统的要求输出模拟量值到连接1＃变频器端ET200从站的I/O端子，包括控制字和设定值。
4） 重复2、3步骤，依次对2＃、3＃、4＃……N＃变频器进行读写操作。
4.2 多电机交流控制系统的逻辑控制原理
逻辑控制是指变频器与其它外部控制信号间实现对特定设备的开启和运行进行逻辑互锁。比如在纸厂对供料泵进行变频控制时，改供料泵开启的必要条件有：（1）阀门打开到位；（2）料罐液位正常；（3）供料泵密封水正常。如果此3条件缺少任何一个，将不能开启该设备。而该供料泵持续运行的条件，除以上3个条件，尚需增加管路流量、压力正常这一条件，否则将自动停止供料泵的运行。
逻辑控制的目的是为了保护人身安全、保证设备正常和稳定生产质量，因此在多电机交流控制中对其进行逻辑互锁的保护是必不可少的一步。
4.3 变频器的闭环控制原理
通常情况下，变频器以开环方式运行，但对于较高的生产要求时，尤其在多电机交流传动控制中，变频器必须在闭环控制下才能达成生产所需的目标。比如胶片机、冷轧机、造纸机等连续性生产线，闭环控制尤其重要。
在图二（下）图中，变频器是以闭环控制进行工作。其中电流内环转矩控制直接由变频器内部完成，未在本图中注明。图中描述的是速度控制闭环，从模拟输入信号（按照各变频器的说明书来决定是电流或电压信号，并且需设置好相应的DIP开关和参数），通过最高和最低频率的限定，即与从速度传感器反馈回来经过滤的信号相比后，进入PID控制（PID的参数可在变频器参数中整定），再通过斜率发生器（包括RAMP ON TIME / RAMP DOWN TIME）后，直接进入电流环控制电机的输出。如此就构成了变频器的闭环控制。
图二 多电机交流控制系统的软件流程
5、结束语
通过对本系统的建构，能广泛应用于小型浆纸厂、粉末加工厂、楼宇风泵控制等领域。由于它通过一种开放式、具有IEC标准的现场总线Profibus系统进行组构，因此具有（1）低柔性的修改和扩展功能；（2）实现分布式控制，提高系统的响应速度，提高控制精度；（3）降低系统的不可靠性，增强可维护的功能。 传感器变送器的应用非常广泛，不论是在工业、农业、国防建设，还是在日常生活、教育事业以及科学研究等领域，处处可见模拟传感器的身影。但在模拟传感器的设计和使用中，都有一个如何使其测量精度达到最高的问题。
而众多的干扰一直影响着传感器的测量精度，如：现场大耗能设备多，特别是大功率感性负载的启停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰；工业电网欠压或过压（涉县钢铁厂供电电压在160V～310V波动），常常达到额定电压的35％左右，这种恶劣的供电有时长达几分钟、几小时，甚至几天；各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆，信号会受到干扰，特别是信号线与交流动力线同走一个长的管道中干扰尤甚；多路开关或保持器性能不好，也会引起通道信号的窜扰；空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作；此外，现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化，腐蚀性气体、酸碱盐的作用，野外的风沙、雨淋，甚至鼠咬虫蛀等都会影响传感器的可靠性。
模拟传感器输出的一般都是小信号，都存在小信号放大、处理、整形以及抗干扰问题，也就是将传感器的微弱信号精确地放大到所需要的统一标准信号(如1VDC～5VDC或4mADC～20mADC)，并达到所需要的技术指标。
这就要求设计制作者必须注意到模拟传感器电路图上未表示出来的某些问题，即抗干扰问题。只有搞清楚模拟传感器的干扰源以及干扰作用方式，设计出消除干扰的电路或预防干扰的措施，才能达到应用模拟传感器的最佳状态。
二、干扰源、干扰种类及干扰现象.
传感器及仪器仪表在现场运行所受到的干扰多种多样，具体情况具体分析，对不同的干扰采取不同的措施是抗干扰的原则。这种灵活机动的策略与普适性无疑是矛盾的，解决的办法是采用模块化的方法，除了基本构件外，针对不同的运行场合，仪器可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可靠性。在进一步讨论电路元件的选择、电路和系统应用之前，有必要分析影响模拟传感器精度的干扰源及干扰种类。
1、主要干扰源
（1）静电感应
静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因此又称电容性耦合。
（2）电磁感应
当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，这一现象称为电磁感应。例如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。
（3）漏电流感应
由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。
（4）射频干扰
主要是大型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰。如可控硅整流系统的干扰等。
（5）其他干扰
现场安全生产监控系统除了易受以上干扰外，由于系统工作环境差，还容易受到机械干扰、热干扰及化学干扰等。
2、干扰的种类
（1）常模干扰
常模干扰是指干扰信号的侵入在往返2条线上是一致的。常模干扰来源一般是周围较强的交变磁场，使仪器受周围交变磁场影响而产生交流电动势形成干扰，这种干扰较难除掉。
（2）共模干扰
共模干扰是指干扰信号在2条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返2个线路中流过。共模干扰的来源一般是设备对地漏电、地电位差、线路本身具有对地干扰等。由于线路的不平衡状态，共模干扰会转换成常模干扰，就较难除掉了。
（3）长时干扰
长时干扰是指长期存在的干扰，此类干扰的特点是干扰电压长期存在且变化不大，用检测仪表很容易测出，如电源线或邻近动力线的电磁干扰都是连续的交流50Hz工频干扰。
（4）意外的瞬时干扰
意外瞬时干扰主要在电气设备操作时发生，如合闸或分闸等，有时也在伴随雷电发生或无线电设备工作瞬间产生。
干扰可粗略地分为3个方面：
（a）局部产生（即不需要的热电偶）；
（b）子系统内部的耦合(即地线的路径问题)；
（c）外部产生（Bp电源频率的干扰）。
3、干扰现象：在应用中，常会遇到以下几种主要干扰现象：
（1）发指令时，电机无规则地转动；
（2）信号等于零时，数字显示表数值乱跳；
（3）传感器工作时，其输出值与实际参数所对应的信号值不吻合，且误差值是随机的、无规律的；
（4）当被测参数稳定的情况下，传感器输出的数值与被测参数所对应的信号数值的差值为一稳定或呈周期性变化的值；
（5）与交流伺服系统共用同一电源的设备(如显示器等)工作不正常。
干扰进入定位控制系统的渠道主要有两类：信号传输通道干扰，干扰通过与系统相联的信号输入通道、输出通道进入；供电系统干扰。
信号传输通道是控制系统或驱动器接收反馈信号和发出控制信号的途径，因为脉冲波在传输线上会出现延时、畸变、衰减与通道干扰，所以在传输过程中，长线的干扰是主要因素。任何电源及输电线路都存在内阻，正是这些内阻才引起了电源的噪声干扰，如果没有内阻，无论何种噪声都会被电源短路吸收，线路中也不会建立起任何干扰电压；此外，交流伺服系统驱动器本身也是较强的干扰源，它可以通过电源对其它设备进行干扰。
三、抗干扰的措施
1、供电系统的抗干扰设计
对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。
（1）用硬件线路抑制尖峰干扰的影响
常用办法主要有三种：
①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性；
②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲；
③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。
（2）利用软件方法抑制尖峰干扰
对于周期性干扰，可以采用编程进行时间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样，从而有效地消除干扰。
（3）采用硬、软件结合的看门狗（watchdog）技术抑制尖峰脉冲的影响
软件：在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”，则CPU就不会在定时到之前访问定时器，因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，保证智能仪器回到正常程序上来。
（4）实行电源分组供电，例如：将执行电机的驱动电源与控制电源分开，以防止设备间的干扰。
（5）采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。
（6）采用隔离变压器
考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合，而是靠初、次级寄生电容耦合的，因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分布电容，以提高抵抗共模干扰能力。
（7）采用高抗干扰性能的电源，如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效，它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值（电压峰值小于TTL电平）的电压，但干扰脉冲的能量不变，从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。 楼主辛苦，看完你的文章我对ET200模块有了初步的认识，谢谢。
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