1、6 智能变送器和阀门定位器智能变送器和阀门定位器第一节第一节 智能变送器智能变送器智能变送器特点智能变送器特点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二节第二节 智能阀门定位器智能阀门定位器智能电气阀门定位器智能电气阀门定位器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、
2、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 智能变送器智能变送器功能：管道的压差、温度采集、处理、转换。功能：管道的压差、温度采集、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、温度设定值等）。（传感器号、温度设定值等）（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）电子组件信号的采集、处理、存储、显示和输出。将差压信信号的采集、处理、存储、显示和输出。将差压信号变为号变为420 mADC或或 HART协议数字信号。协议数字信号。处理：温度补偿、非线性校正、标度变换。处理：温度补偿、
3、非线性校正、标度变换。零点、量程调整。零点、量程调整。1、组成与功能、组成与功能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）协议实现变送器与数字设定器进行远程组态。协议实现变送器与数字设定器进行远程组态。变送器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2200HZ “0”I01100HZ “1”i(mA)t0.5-0.5图图6-3 HART协议传递的二进制数字信号协
4、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低频的在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为模拟信号上叠加幅度为0.5mA的的音频数字信号进行双向数字通讯。音频数字信号进行双向数字通讯。（2）数据设定器）数据设定器(通讯器通讯器)功能功能组态：组态：选择设置变送器的地址号、零点、量程、输出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形式、滤波时间等，将参数传输到变送器EEPROM中。中。诊断：诊断：对组态参数、通信状态、变送器的运行状态进对组态参数、通信状态、变送器的运行状态进行诊断，显示故障代
5、码。行诊断，显示故障代码。抄表：读取并显示变送器中抄表：读取并显示变送器中存储的重要存储的重要信息信息。（过程。（过程参量、零点、量程等）参量、零点、量程等）6.1 智能变送器智能变送器图图6-4 HART协议智能变送器协议智能变送器3、一种、一种HART协议的智能变送器协议的智能变送器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带通滤波器滤波器HART调制解调器调制解调器()AIN()AIN CLKINCLKOUTSCLKDOUTDINCSCLOCKDATALATCHLOOPRTNVCC420mADC解调解调DD调制调制波形注入波形注入设设定
6、定器器HT2012fuiHT2012460.8KHZNCITXDITEST0INKSOTXANCVSSVDD19.2KHZOCDIRXANCITEST1NCORXDDF（u）1100HZ,2200HZ1100HZ,2200HZfDINKS=0调制使能；调制使能；INKS=1解调使能解调使能调制调制解调解调调制解调芯片调制解调芯片HT2012的管脚图及功能的管脚图及功能功能：功能：将过程量转换为将过程量转换为420mADC电流信号。并可电流信号。并可实现在信号线上传输实现在信号线上传输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
7、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内部可编程内部可编程增益放大器放大，送入增益放大器放大，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与与单片机通过单片机通过SPI串行口进行数字通信。串行口进行数字通信。AD7715初始化初始化命令字（增益、时钟频率、转换通道等）由单片机写命令字（增益、时钟频率、转换通道等）由单片机写入，转换值由单片机读取。入，转换值由单片机读取。（5）数据发送：）数据发送：D通过通过HART调制解调器与波形形成电路变为频率信号调制解调器与波形形成电路变为频率信号,通
8、过通过2.2F的耦合电容，将整形后的的耦合电容，将整形后的HT2012发出的电压信号输入到发出的电压信号输入到AD421的开关电流源和滤波器功能块中，可实现的开关电流源和滤波器功能块中，可实现HART电压信电压信号向号向0.5mA电流信号的转换。电流信号的转换。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电流信号转换电流信号转换为为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。接口中，从而完成
9、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，输出转换，输出4-20mA模拟量。模拟量。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
10、据传感器特性曲线进行线性化处理及传感器类型和量程，根据传感器特性曲线进行线性化处理及校正。（校正。（线性插值法线性插值法）minminminmaxminmax)(TDDDDTTTKK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直流信号。经过通信芯片直流信号。经过通信芯片HART数字信号叠加在电流数字信号叠加在电流线上。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。也可输入输入毫伏信号毫伏信号。通过信号处理、。通过信号处理、A/D转换
11、离散为数字量。硬件转换离散为数字量。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。电路可实现热电阻导线补偿及热电偶冷端温度补偿功能。通信组态：通信组态：变送器与数据设定器连接。通过数据设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。定器完成对变送器的组态、诊断和校验。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
12、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。出的控制信号。二、工作原理二、工作原理模拟量的模拟量的420mA信号传给微处理器，与阀位传感器的反信号传给微处理器，与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计馈进行比较，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供气与排气阀门开大或关小。算，向压电阀发出电控指令使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
13、气动执行器阀杆精确定位。三、控制方式三、控制方式1、控制值与反馈值偏差控制。、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。6.2 智能阀门定位器智能阀门定位器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6.2 智能阀门定位器智能阀门定位器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，应使两个压电阀加高电平，使进气阀打开，排气阀关闭。气
14、阀打开，排气阀关闭。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，应使进气压电阀加低电平，排气压电阀加高电平，使进气阀与排气阀均关闭。排气压电阀加高电平，使进气阀与排气阀均关闭。4、设定阀位与反馈阀位偏差较大时，使进气压电、设定阀位与反馈阀位偏差较大时，使进气压电阀加宽脉冲，进气阀开大进气量，排气压电阀加宽阀加宽脉冲，进气阀开大进气量，排气压电阀加宽脉冲，排气阀基本关闭；脉冲，排气阀基本关闭；1、在不加电状态或两个压电阀加低电平下，压电、在不加电状态或两个压电阀加低电平下，压电陶瓷进气阀关闭，排气阀打开。陶瓷进气阀关闭，排气阀打开。（排气）（排气）进气阀电开阀，进气阀电开阀，开
15、度随开度随PWM占空比的增大而增大占空比的增大而增大排气阀电关阀，排气阀电关阀，开度随开度随PWM占空比的增大而减小占空比的增大而减小四、控制说明四、控制说明6.2 智能阀门定位器智能阀门定位器5、设定阀位与反馈阀位偏差（正偏差）较小时，、设定阀位与反馈阀位偏差（正偏差）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。6、检测阀位与设定阀位偏差基本为、检测阀位与设定阀位偏差基本为0时，进气压电时，进气压电阀低电平、排气压电阀高电平，进气和排气阀关闭。阀低电平、排气压电阀高电平，进气和排气
16、阀关闭。保持压力和阀位。保持压力和阀位。7、微处理器输出变占空比的、微处理器输出变占空比的PWM脉冲信号，经过脉冲信号，经过升压驱动电路控制进气和排气压电阀的开度，改变升压驱动电路控制进气和排气压电阀的开度，改变进气量和排气量。进气量和排气量。1、在不加电状态或两个压电阀加低电平下，压电陶瓷、在不加电状态或两个压电阀加低电平下，压电陶瓷进气阀关闭，排气阀打开。进气阀关闭，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
17、气状态下，应使两个压电阀加高电平，使进气阀，应使两个压电阀加高电平，使进气阀打开，排气阀关闭。打开，排气阀关闭。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，应使进气压电阀加低电平，排气压电阀加高电平，使进气阀与排气阀均关闭。压电阀加高电平，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4、设定阀位与反馈阀位偏差较大时，进气压电阀加宽脉冲，、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，排气阀基本关闭进气阀开大进气量，排气压电阀加宽脉冲，排气阀基本关闭图图6-8 阀
18、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PWM5、偏差较小时，使进气压电阀加窄脉冲，进气阀开度减小，、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。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（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PWM6、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
