浅析现场总线型变送器的校验

2022-09-12

引言

随着计算机、通信和微处理器技术的发展, 控制系统逐步由分布控制 (DCS) 向现场总线 (FCS) 控制的模式推进, 就地仪表设备也由模拟量逐步向数字量仪表的方向发展。为了适应现场总线控制系统的要求, 现场总线型变送器得到了迅速发展。由于现场总线型变送器与传统意义上的模拟型、智能型变送器有了本质上的区别, 所以现阶段对现场总线仪表设备的维护及校准溯源方法则是众说纷纭, 分歧很大。下面将对现场总线型变送器校验的必要性及方式方法进行论述。

一、现场总线型变送器校验的必要性

现场总线系统作为新兴的总线协议, 得到了部分过程用户的采用, 也有了一些典型的应用案例, 如一些石油石化炼油项目。

现场总线系统作为一种数字式通信网络, 使过去采用点到点式的模拟量信号传输变为多点一线的串行数字式传输。因而, 现场总线型变送器大幅度减少了系统中的模拟信号, 从而几乎消除了回路的误差。并且全数字化双向通信在提高了系统的测量和控制精度的同时, 也使系统组态和调试更加方便。变送器功能模块的设定, 数据的传输交换完全可以通过数字通讯工具或上位机交互实现。

然而, 目前有一些看法过分扩大了现场总线和数字通讯工具的范畴, 希望通过采用现场总线系统消除系统误差, 仅用数字通讯工具实现现场总线系统的维护和校准。片面的认为通过现场总线变送器的强大的功能模块, 数据交互功能以及自身的自检报警功能, 通过数字通讯工具对现场总线型变送器进行组态和调试就可以实现变送器的长久可靠性和误差的消除。这是混淆了对系统进行维护和校准的概念, 并且完全违背了校准和溯源的概念, 也不符合《中华人民共和国计量法》关于保障国家计量单位制的统一和量值传递的相关规定。

现场总线型变送器一般由高精度传感器、程控放大器、AD转换电路、CPU微处理器、调制解调芯片及外接接口等组成。但是一次传感器级的误差无法通过现场总线系统减少或消除, 一次传感器担任着将非电量/非线性信号转化为线性模拟电信号的重任, 传感器材料及二次仪表电路中数模转换电路是误差的主要来源。数字通讯工具只能对系统的数字部分进行组态和调整, 而无法对传感器部分和模拟信号部分进行校准和调整。通俗地说, 无论采用什么系统协议, 校准过程变量回路, 我们都需要高精度的过程变量溯源基准进行量值传递, 如校准压力变送器, 需要高精度的压力校准器或模块来进行校准比对。

二、现场总线型变送器校验的方式方法

由于现场总线回路是完全的数字信号回路, 所以对回路中输出信号要由数字通讯工具, 在应用现场可以由上位机来实现数据的监控和调整。同时由于不存在模拟信号的传输, 所以对现场总线型变送器的校验便变成了对单一过程变量量值的校准和溯源。亦即由标准过程变量标准源对现场总线型变送器施加标准过程变量, 通过数字通讯工具或上位机监控现场总线型变送器的数字输出 (可以设定与标准过程变量标准源相同的计量单位) , 通过对单一的过程变量量程, 线性的对比对现场总线型变送器进行校准。

具体校验时分为现场总线网段接入和实验室单表校验。对于现场总线网段, 数字通讯工具可以在总线网段的任何一个方便的位置连接, 通常是在变送器和现场总线接线盒中接入。对于单表校验方式同样需要建立总线通讯, 一般的连接形式如下图所示:

数字通讯工具同现场总线型变送器建立通讯后, 由功能菜单进入校准模式, 数字通讯工具即可以实时监控变送器的信号输出, 这时即可以进行变送器的过程变量校准。

具体的校准可以分为零点调节, 全量程的线性校验以及对于一次传感器的满量程的实验。同时因为变送器输出指示和标准源输出为单一的过程变量单位, 所以对于现场总线型变送器校验的程序和误差分析, 完全可以参考一次指示表和传感器的计量检定规程进行。

结束语

现场总线型变送器的校验在原理上仅进行过程变量的数值传递。由于消除了4—20m A模拟量的比对, 所以在校验上比传统的变送器有所简便。但数字量的引入, 则对信号传输回路及系统的组态提出了进一步的要求。本文主要论述了过程变量的校准, 对数字信号的组态和调整涉及不多。这部分内容主要取决于现场总线型变送器采用何种协议以及内设的功能模块情况, 具体问题需具体分析。

摘要：分析现场总线型变送器计量校验的必要性, 以及校验的方式方法。

关键词：现场总线,变送器,校验