工业控制应用中常常涉及到一个非常重要的环节——数据或者控制信号的长距离准确传输。当今主流数字集成电路芯片往往采用CMOS或者TTL电平作为数据交互的载体，即使对于一般的工业环境而言，仅仅依靠这两种电平信号来传输数据都是难以实现整个系统的。RS-232和RS-422/485的引入使真正的工业控制(特别是恶劣的环境的控制)变为可能。在恶劣的工业环境中，按照电平噪声设计容限,RS-232的有效传输距离为10 m左右，RS-422/485也能够在100 m内取得良好的数据传输效果。这种电平信号的传输距离受物理通道的影响较大，容易受到信道容抗衰减，使传输距离受限。若将电平信号转换为电流信号，以电流作为载体进行数据传输，一方面可以增大信号的噪声容限，另一方面也可以提高信号的抗衰减能力。 1 电流环电路原理 按照欧姆定律U=IR可知,电平信号与对应的电流信号由回路中的阻抗（容抗/感抗）来决定。控制器输出的信号功率限制了信号的传输距离，因而可以通过一个晶体放大器来提升信号的驱动能力，如图1所示。当Q1基极输入为0时，Q1截止，集电极没有电流流过；当Q1的输入为1时，电流由VCC流经R3、传输电缆R2、Q1、R1,最后回到接收端，形成电流回路。在接收端由电压比较器U1获取电阻R3上的压降，从而形成输出电平信号。由欧姆定律得知:当R3上没有电流流过时，R3两端压降为0，比较器U1的输出也降为0；当R3上有电流流过时，R3上的压降为U1形成输入，从而U1也将输出高电平[1]。 由图1可知,数据转移中的电流I=IQ(IQ为晶体管的集电极电流),同时受到Q1、线路阻抗R2和R3以及电源VCC的影响。一旦选定足使Q1进入饱和状态的VCC(主要由线路的直流阻抗决定),则IQ的大小由Q1的基极输入决定；同时忽略U1的输入阻抗，则U1的输入电压Ud=IQR3。只要恰当地选定R3，数据的传输将不受外界噪声的影响。为防止误操作，可以设定U1输入的门限或者调整R3大小，来提高系统可靠性[2]。 在工业控制中，电气隔离是保证整个系统可靠运行的重要措施之一，而图1所示的原理没有任何隔离，不适合直接在实际的工业控制系统中应用。 为避免图1中系统执行部分对控制器的干扰，常用光电隔离的方法来抑制系统执行部分的电气噪声。图2给出了一种改进后的电流环电路（方框中表示电路中的数据传输的物理通道）[3]，包括两个方向的数据传输电路：发送数据时，TX端的数据控制U1中的发光二极管开关，从而控制U2上发光二极管电流的通断，最终使数据到达RX1端；同样的工作原理，接收数据时可由RX端读取经U4、R4、R5、C3、C1、U3等传送来的数据。由此，可实现发送端和接受端电气的完全隔离，且通过电流的方式实现了数据的远距离传输。同样，只要保证VCC一定的稳定性，高频噪声或者电网的波动无法形成传输回路的电流，可以降低传输物理通道中数据受到干扰的可能性。 从图2可知，数据的单向传输虽然可以取得良好的隔离和抗干扰的效果，但是需要两根导线来完成。如果距离较远，这种方式显得很不经济。 图3给出了一种经济型的电路。当在控制近端发送数据时,U2中光电管的输出由TXD输出来控制，电流流经控制器远端U1中的发光二极管；若此时远端U2作为使能端，则RXD能够接收到来自控制器近端的信息[4]。同理，RXD可以读取来自控制器远端由TXD发送过来的信息。与图2所示电路相比，该电路节约了物理通道，但只能实现半双工通信。 2 工程使用电路 图4和图5示意了工程上远距离串行通信的使用电路，在图3电路的基础上增加了逻辑门、晶体管等器件，增强了驱动能力，提高了系统的可靠性。其中，RXD为读取数据端、TXD为发送数据端、SEL_CH为通道的控制逻辑。在此基础上可以将多个通道进行并联，由主控制器通过SEL_CH通道选择逻辑，以查询的方式实现与多个终端的通信。 图6显示了处理器通过上述电路与5个终端实现串行数据交互的原理。该电路在实际工程上用于对多个终端设备进行数据采集和控制,在通信速率为19.2 kb/s，距离300 m时取得非常稳定的效果。 由基本电路理论可知，交流信号传输过程中，主要受信道的感抗、容抗影响。在整个数据的物理通道上，相对容抗而言，感抗非常小。故传输速率主要受光电耦合器件、晶体管的容抗影响。因此，恰当地选择这些器件，降低传输通道的容抗,有利于提高系统的数据交互速率和稳定性。 工程应用结果表明，以电流作为载体来进行工业控制中的数据交互，具有很强的抗噪声和电源波动干扰的能力。在物理上采用两线实现数据交互，降低了对通信电缆的要求，也比差分电平信号传输更经济。图5所示的电路在工程实践中用来实现中央控制机与多个终端设备串口数据交互，并取得了成功。该电路并不局限于串口数据的交互，通过略加变换也可以应用到eCan、Spi、I2C等总线中。 参考文献[1] MAXIM. High-efficiency, current-mode, inverting PWM controller[S]. 2001.[2] SORENSEN J. Direct-access arrangements are crucial to successful embedded-modem designs[J].Electronic Design, 2001.[3] 沈国伟，费元春．HART通信协议在现场仪表远程通信中的实现[J]．今日电子，2003(11)：22-24．[4] 阳宪惠．现场总线技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1999． 电流传感器相关文章:电流传感器原理

检定人员在检定热电偶过程中，对于接线柱不牢靠、热电偶短路或捆扎偏离几何中心等常见问题导致的所测数据不准确的情况，一般都能及时发现轻松处理，但是会遗忘一些影响检测结果却容易被忽视的问题。 　　一、热电偶的长度 　　JJG351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程中明确规定热电偶长度不小于750mm，之所以对热电偶长度作出规定，是因为考虑到热电偶在离开测温区后要有足够宽的温度梯度区。热电偶的热电动势也就产生在这一区域，要有效地阻止热电偶热端（测量端）的热量传给冷端（接线端），最基本的方法就是热电偶的冷端要有足够的距离远离热端。一般来说由于热电偶长度不够带来的误差是负的，修正值是正的。长度越短，带来的误差也越大，因此，在装炉检定之前需要确定热电偶的长度。 　　二、热电偶丝弯曲 　　热电偶丝细而软，极易变形，当偶丝发生折叠、扭曲等塑性变形使热电极的偶丝产生应力时，就改变了热电偶的热电特性，从而使变形热电偶测量结果的准确性受到影响。因此，检定前一定要把热电偶丝拉直。 　　三、热电偶丝被污染 　　热电偶丝被污染，甚至被氧化，会使热电极偶丝表面不光亮、发暗发黑，这时的热电极热电特性极不稳定，测量数据的准确性较差，因此，要清洗有污染的电极，消除污染层。 　　四、响应时间的影响 　　接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。所以，在日常检定过程中要根据不同类型的热电偶选择合适的升温速率、热平衡的时间。 　　五、绝缘电阻的影响 　　热电偶在高温下，其绝缘电阻随温度升高而急骤降低，因此将产生漏电流，该电流通过绝缘电阻已经下降的绝缘物流入仪表，使仪表指示不稳或产生测量误差。因此，在热电偶装炉之前不要忽视对其绝缘电阻的测试，只有当满足检定规程要求时，才能进行温度允差检定。

仪器仪表的维修在电子市场中是不口确实的一部分，仪器仪表公司只有凭借良好的检测技术才能让那些不合格的产品最终合格的走进市场，对仪器仪表的技术员工要有着良好的电子专业知识基础，也需要丰富的现场经验。 　　1、敲击手压法 　　经常会遇到仪器运行时好时坏的现象，这种现象绝大多数是由于接触不良或虚焊造成的。对于这种情况可以采用敲击与手压法。 　　所谓的“敲击”就是对可能产生故障的部位，通过小橡皮𨱍头或其他敲击物轻轻敲打插件板或部件，看看是否会引起出错或停机故障。所谓“手压”就是在故障出现时，关上电源后对插的部件和插头和座重新用手压牢，再开机试试是否会消除故障。如果发现敲打一下机壳正常，再敲打又不正常时，最好先将所有接头重插牢再试，若伤脑筋不成功，只好另想办法了。 　　2、观察法 　　利用视觉、嗅觉、触觉。某些时候，损坏了的元件会变色、起泡或出现烧焦的斑点；烧坏的器件会产生一些特殊的气味；短路的芯片会发烫；用肉眼也能观察到虚焊或脱焊处。 　　3、排除法 　　所谓的排除法是通过拔插机内一些插件板、器件来判断故障原因的方法。当拔除某一 插件板或器件后仪表恢复正常，就说明故障发生在那里。 　　4、替换法 　　要求有两台同型号的仪器或有足够的备件。将一个好的备品与故障机上的同一元器件进行替换，看故障是否消除。 　　5、对比法 　　要求有两台同型号的仪表，并有一台是正常运行的。使用这种方法还要具备必要的设备，例如，万用表、示波器等。按比较的性质分有，电压比较、波形比较、静态阻抗比较、输出结果比较、电流比较等。 　　具体方法是：让有故障的仪表和正常仪表在相同情况下运行，而后检测一些点的信号再比较所测的两组信号，若有不同，则可以断定故障出在这里。这种方法要求维修人员具有相当的知识和技能。

　真空压力表用于测量对钢，铜及铜合金无腐蚀作用，无爆炸危险的不结晶，不凝固的液体，气体或蒸汽介质的压力或负压。耐震真空压力表表用于振动和压力有波动下，测量无腐蚀，无结晶的介质的负压。电接点压力真空表和电接点真空表用于对铜及铜合金无腐蚀作用，无爆炸危险的非结晶、不凝固的液体，气体等介质的（压力）和负压的测量，当压力达到预定值时，借助接点装置，能接通或断开控制电路，同时发出电信号。 　　真空压力表的分类： 　　真空压力表是以大气压力为基准，用于测量大于和小于大气压力的仪表。真空压力表用于测量对钢，铜及铜合金无腐蚀作用，无爆炸危险的不结晶，不凝固的液体，气体或蒸汽介质的压力或负压。 　　耐震真空压力表作为耐震压力表的一个分类，用于振动和压力有波动下，测量无腐蚀，无结晶的介质的负压。 　　电接点真空压力表和电接点真空表铜及铜合金无腐蚀作用，无爆炸危险的非结晶不凝固的液体，气体等介质的（压力）和负压。当压力达到预定值时，借助接点装置，能接通或断开控制电路，同时发出电信号。 　　不锈钢压力真空表用于测量对不锈钢316，316L及0Crl8Ni12MO2Ti无腐蚀作用的液体，气体介质的压力和负压，全不锈钢对环境有更强的耐蚀能力。 　　耐酸压力真空表用于测量硝酸及碱类液体介质的压力和负压；耐酸真空表用于测量硝酸及碱类液体的负压。 　　注意事项 ： 　　1．仪表使用环境温度为-40~70℃，相对湿度不大于80%，如偏离正常使用温度20℃时， 须计入温度附加误差。 　　2．仪表必须垂直安装，力求与测定点保持同一水平，如相差过高计入液柱所引起的附加误差，测量气体时可不必考虑。安装时将表壳后部防爆口阻塞，以免影响防爆性能。 　　3．仪表正常使用的测量范围：在静压下不超过测量上限的3/4，在波动下不应超过测量上限的2/3。 　　在上述两种压力情况下大压力表测量最低都不应低于下限的1/3，测量真空时真空部分全部使用。 　　4．使用时如遇到仪表指针失灵或内部机件松动、不能正常工作等故障时应进行检修，或联系生产厂家维修。 　　5．仪表应避免震动和碰撞，以免损坏。 　　6．订货时请注明：仪表型号及名称；仪表的测量范围；仪表的精度等级偏离正包装要求和其它。 　　7．根据用户使用要求进行特殊设计。 电接点压力表相关文章:电接点压力表原理 热电偶相关文章:热电偶原理

　1 磁致伸缩液位计的组成和原理 　　1.1 组成 　　磁致伸缩式液位计是一种可进行连续液位、界面测量，并提供用于监视和控制的模拟信号输出的高精度的测量仪表，由三部分组成：(A)360度内磁浮子;(B)传感器 (压磁传感器和磁致传感管);(C)塑封全智能化电子装置。可智能化编程，带有液晶显示，可显示总体液位，界面液位，以及温度输出的电信号，实际液位值，温度值, 带有偏移量的实际液位值等。 　　1.2 工作原理 　　在一非磁性传感管内装有一根磁致伸缩线,在磁致伸缩线一端装有一个压磁传感器,该压磁传感器每秒发出10个电流脉冲信号给磁致伸缩线,开始计时,该电流脉冲同磁性浮子的磁场产生相互作用，在磁致伸缩线上产生一个扭应力波，这个扭应力波以已知的速度从浮子的位置沿磁致伸缩线向两端传送。直到压磁传感器收到这个扭应力信号为止,压磁传感器可测量出起始脉冲和返回扭应力波间的时间间隔，根据时间间隔大小来判断浮子的位置,由于浮子总是悬浮在液面上,且磁浮子位置随液面的变化而变化,即时间间隔大小也就是液面的高低,然后通过全智能化电子装置将时间间隔大小信号转换与被测液位成比例的 4 ～2 0 m A 信号(HART)进行输出。 　　2 特性 　　2.1 优点 　　(1)结构简单，仅由三部分组成; 　　(2)高精度，满量程的0.01%，最大误差不超过1.27mm; 　　(3)标定极其简单，无需实标，只需按按钮或者使用 HART 协议; 　　(4)对于重新标定或忘记标定值，无需重新校验; 　　(5)测量范围大，0～22m; 　　(6)可同时测量总体液位和界面液位，以及温度输出; 　　(7)压力范围大，最大207Bar，标准的是66Bar; 　　(8)温度范围大，-196℃到427℃; 　　(9)可现场替换差压式，电容式，超声波式，雷达式，外浮筒式，钢带或伺服马达式等液位变送器。 　　2.2 缺点 　　(1)不能测量高粘度液体和泥浆，天线浸在被测液体或其饱和汽体中工作，不适用于有压、自聚、有腐蚀、有毒、高黏度液体的测量。 　　(2)浮子沿着波导管外的护导管上下移动，有时会被卡住。 　　3 实例分析、比较 　　3.1 差压变送器和磁致伸缩液位计测量界面分析比较 　　图1、2是一个化工装置中典型的化合反应器液位测量示意图。上面是油(苯及其化合物)下面是液体催化剂。由于催化剂的密度比油大，两种物料会自动分离。工艺操作人员通过控制催化剂、油的界面(LT1测量)和油液位(LT2 测量)来保证化合反应的生成率。两个液位值必须精确控制在一定的范围内，是系统停车联锁点。 　　 (1)采用差压变送器测量界面误差原因分析(图1) 　　初期我们用差压变送器测量，差压变送器测量时要用油密度和催化剂密度来确定仪表的零点和量程，这两个值是理论计算出来的。 　　以图1为例差压变送器(LT1)的差压(P)计算公式为： 　　 　　实际油混合物在罐内分离后。上面的油含有催化剂，下面的催化剂也含有油，且在水与油界面存在厚薄不一、密度不一的过度层，实际两种物质的密度和理论值有误差;北方地区冬天温度在0度以下，仪表需用蒸汽伴热，由于蒸汽伴热会造成导压管内的液体汽化，液体汽化后密度会发生变化，基于以上原因，从计算公式可以看出ρ1、ρ2密度值的变化造成了差压液位变送器较大的测量误差，最多的误差可达10.0%。差压变送器(LT2)的差压(P)计算公式为： 　　 　　反应器内的油汽化会使差压变送器(LT2)导压管负压侧内积液，因此需对导压管负压侧充水。由于反应器内有压力，导压管负压侧内时间长了会进油，加上冬季拌热，ρ4的密度发生改变。ρ4的变化造成LT2较大测量误差。为保证测量的准确，要定期对导压管进行冲水。 　　(2)采用磁致伸缩液位计(图2) 　　磁致伸缩式液位计出厂是根据用户提供的“上密度”和“下密度”确定浮子的重量。在测量界面时，实际上是浮子浮在界面上，所受的浮力和重力相等。公式为： 　　 　　由于浮子所处位置的密度是相对固定的，即含油与含催化剂的百分率是相对固定的。从上面的公式可以看出ρ1、ρ2相对固定，浮子所受到的浮力是固定的。浮子精确的浮在界面和液面从而保证了磁致伸缩式液位计的高精度测量。 　　磁致伸缩液位计可以同时测量液位和界面，在DCS内加减模块用液位值减界面值得到油的准确高度，解决了图1中LT2只能测量上部分油液位的不足，使工艺操作人员对反应器内的情况了解的更清楚。差压变送器导压管冬天用蒸汽伴热会造成导压管内的液体汽化，必需定期进行排气和充隔离液，当物料有杂质时会造成仪表堵塞，仪表维护人员工作量大，采用磁致伸缩式液位计后仪表维护量减少很多。 　　3.2 用于大型储罐界面测量时和伺服马达液位计的比较 　　在化工生产中大型储罐界面的测量，伺服马达液位计和磁致伸缩式液位计是用的最多的液位计，精度都很高。但伺服马达液位计缺点是:1)机械传动机构，不可避免带来磨损问题;2)标定复杂;3)液面波动时对测量有较大影响;4)结构复杂，维修困难。基于以上原因我们用磁致伸缩式液位计优于伺服马达液位计。 　　4 小结 　　磁致伸缩式液位计作为一种新兴的测量仪表，具有精度高、稳定性和可靠性好的优点。更适合于界面液位测量，未来在石油、化工、医药等行业将会有更大的市场。 液位计相关文章:磁翻板液位计原理 电流变送器相关文章:电流变送器原理 电接点压力表相关文章:电接点压力表原理 热式质量流量计相关文章:热式质量流量计原理 流量计相关文章:流量计原理

　台式低速离心机分离技术是根据颗粒在一个实用离心场合中的状态而发展起来的新技术。离心分离技术也经历了数代更换，由低速医用离心机，高速离心机，超速离心机到超速冷冻离心机，超大容量冷冻离心机。1、主电源指示灯亮，这时应检查炭刷磨损程度，如炭刷 　　台式低速离心机分离技术是根据颗粒在一个实用离心场合中的状态而发展起来的新技术。离心分离技术也经历了数代更换，由低速医用离心机，高速离心机，超速离心机到超速冷冻离心机。 　　1、主电源指示灯亮，这时应检查炭刷磨损程度，如炭刷磨损超过总量的三分之一，应及时更换新的炭刷。 　　2、主电源指示灯不亮时，检查指示灯保险丝及室内配电板保险丝是否熔断，同时检查电源线是否接触良好，如保险丝断则应更换保险丝并保持电路畅通。 　　3、还应检查真空泵表及油压指示值，如油压过高而主机也不能启动，必须检查各油路是否堵塞，特别是节流小孔是否畅通，如不畅通应清洗使之畅通。 　　4、轴承损坏或转动受阻，轴承内缺油或轴承内有污垢较多而引起摩擦阻力增大，电机达不到额定转速，应及时清洗或更换轴承。 　　5、整流子表面有一层氧化物，甚至烧成凹凸不平或电刷与整流子外缘不吻合也可使转速下降，应清理整流子及电刷，使其接触良好。 　　6、如转子线圈中短路或断路，可用万用表检查，上海医用离心机重新绕制线圈。转子在使用时可因金属疲劳、超速、过应力、化学腐蚀、选择不当、使用中转头不平衡及温度失控等原因而导致离心管破裂，样品渗漏，转子损坏。 　　首先将台式低速离心机所配离心管加入需分离的物质，分别插入离心头孔中。（但每支离心管所加物质其数量必须基本相等）合上盖板、接通电源、打开电源开关，电源指示灯亮，然后将“选时”器选至你需要离心工作时间或选至常开位置（逆时针最终点），此时台式低速离心机即进入工作状态，调速为离心速度选择，其工作状态为500～4000转/分左右。可根据实际需要自行选择适当位置。 　　不同密度、大小或形状的颗粒在不同速度的离心场合中沉降，所以一个大体是球形非均一的混合物，可以用离心的方法加以分离，台式低速离心机是为了进一步研究生物化学、分离大量的物质。 电能表相关文章:电能表原理

在实际生产生活当中，经常需要对线路的通断进行检测。常用的方法是用万用表的电阻档检测，简单实用但是有它的局限性。通常一支万用表的表笔只有1米左右，检测两端子之间的距离超过了两米就很难进行检测。如果被检测线中两端在不同的房间，那就只得采用其它的方法了。针对上述问题，设计出了这款新型的电路通断检测器。 　　一、工作原理 　　在电子制作经常会发现这样一个现象。我们用手碰功放电路的一个输入端时，由于人体杂波的原因，扬声器会有噪音产生。如果是这样，我们为什么不能用这个现象来检测电路的通断呢? 　　首先我们在被测线路的一端给它输入一个音频信号。{只能是低频，不能是高频，如果频率过高会影响检测的正确率)如果电路无断路故障，这个音频信号会通过导线传到导线的另一端，我们再用音频放大器来检测，这时音频放大器会发出声音提示电路正常。反之电路出现断路故障则不会发出声音。 　　这就是电路通断检测器的的工作原理。 　　二、电路图 　　电路通断检测器由两部分构成，音频信号发生器和音频信号放大器。 　　1、音频信号发生器 　　音频信号发生器主要由KD-9300构成，KD-9300系列音乐集成电路是一种大规模CMOS集成电路，内储一首世界名曲或流行歌曲，如生日快乐、洪湖水等，典型工作电压为1.5V-3V，触发一次内存曲循环一次。 　　利用该芯片制成的音频信号发生电路如下图所示： 　　音频信号发生器，外围元件少，只有一只三极管和一只开关，焊接时可将三极营直接焊在音乐芯片预留的孔上，然后从三极管集电极引出一根线路，用来连接鳄鱼夹，电源采用一节7号电池，平时电路电流极小，因而未设电源开关。当按下开关K时，电路被触发，三极管集电极便产生一个音频信号，通过鳄鱼夹输出。 2、音频信号放大输出器 　　电路原理如图所示，音频信号通过探针被送入功率集成块TD2822，将微弱的音频信号进行放大，放大过后通过1、3脚输出，驱动扬声器发声。在这里扬声器体积要非常小. 　　所以建议用蜂鸣片来代替。不足的是代换过后的电路音质较差，声音失真严重，但我们这个电路对音质可以说没有要求。 　　三、元件的选择与安装 　　这个电路通断检测器对元件的要求并不高，所需的元件都可以从当地的电子市场买到。本人所提供的印制板仅供参考，原则只有一个那就是把通断检测器做成笔型，便于携带。 　　如果没有条件也可将元件直接焊在万用板上，效果也一样。这个电路通断检测器，不但原理简单制作也十分简单，只要焊接正确，无需调试便能成功。 　　最后将电路通断检测器的音频信号放大器装入一只用过的白板笔内，并固定好，从笔芯处引出探针。而音频信号发生器则可放置在一个80mmx25mm的自制小盒内，从小盒子的一端引出鳄鱼夹。装入电池，至此整个制作完成。 　　四、使用方法及注意事项 　　使用之前先按开关K，给音频信号发生器一个触发信号，以便它发出音频信号，然后用鳄鱼夹夹住线路的一端，最后用音频放大器的探针接触线路的另一端。如果电路无断路故障，那么音频信号发生器产生的音乐音频信号就会通过线路传输到线路的另一端，音频放大器接收到这个信号就会发出一段美妙的音乐来。反之如果电路存在断路故障，音频信号放大器不会发出音乐声音，或者只有微小的杂音。 　　特别注意的是，这个检测器对检测 1OOm 　　以内的线路非常有效，操作正确的情况下，正确率可达100%。但如果被测线路超出了这个范围，或者是线路的绕行特别地复杂，它的正确率会有所下降，所以在实际的使用当中应当注意。 　　在制作音频信号放大器时，应当将电路的接地端引出，做在外壳上，使用时与人的手接触，这样可以提高扬声器的音量，从而使检测器灵敏度增加。

如今的电力管理和工业自动化应用常常需要将多个传感器的测量数据送到本地的嵌入式处理器来实时处理，这些嵌入式处理器则针对特定应用的需求进行了优化。 不管系统的任务是防止篡改居民电表读数，针对工厂电力分配提供完全可调的断路器接合特性，还是依据多个传感器的输入来控制生产自动化过程，其基本的架构挑战非常相似。有效的解决方案需要一整套高效的模拟信号处理、精密A/D转换、对多通道混合信号输入的可编程同步处理，以及与基于微处理器的更高级别功能的整合，如I/O、闪存、LCD显示器接口等等。 正如本文所讨论的那样，先进的混合信号SoC的演变有助于推进电力行业向固态计量变迁，与此同时还降低了成本并通过多相多通道处理技术改进了防止篡改读数的功能。目前，这些相同的基础性混合信号SoC架构还在为更低成本、更高性能的能量管理、过程控制和工业自动化应用提供更有效的解决方案。 早期的固态电表设计要用多片IC来完成所需的功能组合。例如，一个微控制器负责管理和控制任务，同时由多个A/D转换器处理计量功能。随后是进一步的集成，大的电表制造商独立地开发了专有的ASIC来处理A/D转换。然而，新的计量需求的持续演变再加上竞争压力使依赖固定功能ASIC与通用微控制器组合的缺点及不灵活性暴露无遗。 伴随着高集成度混合信号SoC设计的问世，电表设计出现了一个大跃进，电表制造商获得了实现高性能、低成本计量应用的单芯片可编程解决方案，同时仍然为产品的差异化提供了充分的机会。 除了单芯片SoC集成的固有好处外，获得成功的一个关键因素是混合信号A/D转换和多通道集成功能的设计。例如，Teridian公司的71M651x架构中的专利技术Single Converter Technology(单转换器技术)使用了一个21位的二阶Δ-∑型A/D转换器，它最多可处理7路模拟输入并有一个可编程计算引擎(CE)。这个32位的CE接收并处理来自该21位A/D转换器的所有传感器数据，而且它的运行独立于负责更高级系统管理和外部接口任务的片上8位微控制器内核。这种功能的划分使得混合信号计量子系统可以提供高速度、高可靠性和出色的动态量程，同时没有外部中断的负担或不必要的处理额外开销(参见图1)。 业界的经验已经表明，与为每个通道专门分配一个A/D转换器的架构相比，多路复用的系统一般能提供最低的成本。不过，多路复用的系统是采用开关电路来扫描许多条输入通道，轮流采样每条通道以便由单一的A/D转换器来处理有关数据。多路复用向系统设计人员提供了增益的一致性、偏置的一致性，降低了通道之间的串扰，因而是一种设计灵活和成本较低的解决方案。 一个多路复用的方法尤其适合于具有多个独立输入信号但其性质类似的应用，如电力测量和许多工业自动化应用，包括过程控制传感器测量和电机控制。一个关键的需求就是保存各个通道之间的相位信息，以便使一个多路复用系统中的CE能对不同通道完成“同步”测量。此外，与为每个通道专门分配单独的A/D转换器的架构相比，单转换器技术提供了较低的通道之间串扰，这是电力测量应用中的一个关键优势。 混合信号、多通道SoC架构的固有灵活性可被充分用于实现各种高级计量功能，从1相/2输入的基本住宅电力计量一直到3相/7输入的高端商用电力表。它可以通过编程补偿内部和/或外部温度波动并支持有功功率、无功功率、RMS和其它测量功能，几乎涉及各种传感器输入的任意组合，包括电阻分路器、电流变压器或Rogowski线圈。 图1：Teridian的71M651x架构是一个典型的多路复用系统 这种灵活性使得仪表制造商和电力供应公司进一步降低成本，它们可以让智能计量引擎充分利用较低成本的传感器技术。例如，在多相计量中，电流变压器已经普遍用于中性线电流测量以检测窃电状况，而Rogowski线圈可以作为一种首选的解决方案，因为它不使用一个金属芯，对磁窃电的抵抗力相对要强，成本也比带屏蔽的电流变压器要便宜大约20%。Rogowski线圈的缺点在于其差分输出必须用电子方式整合以提供所需的电流读数，在过去这样做必需昂贵的附加外部电路。 由于这些功能现在可以由一个可编程的CE进行内部处理和实现，因此业界正经历着一个成本剧减的时期，其做法就是用Rogowski线圈实现防窃电功能。这对于在发展中国家运营的供电企业来说是一个主要的优势，例如在中国、印度、俄罗斯、东欧和南美，用电的迅速增长和窃电带来的风险必须一并解决。 可编程、多通道的混合信号SoC架构的固有灵活性还使得它成为实现各种各样其它应用的理想架构。例如，一个自动反馈控制回路的建立很容易通过连接来自一个或多个测量功率、压力、位置、振动、流量、温度或湿度传感器的输入并把其输出连接到一个过程控制器来实现，如可编程逻辑控制器(PLC)、运动控制器或工业自动化系统中常见的其它控制系统。 还可以通过对SoC的内部计算引擎编程来补偿传感器输入的特殊波动，使得该系统可以为特定的测量进行优化。通过把该器件连接到一个负载单元，它可以作为一个既考虑商业及工业成本问题又满足精度需求的均衡器。另一个重要的应用是把该器件用作一个“电子接合单元”，其实现方法是编程确定其开关阈值和延迟属性并监测电力线瞬间干扰。该器件可用在工业电力线断路器中，保护工业制造和封装设备。 总而言之，采用基于SoC的智能混合信号、多通道可编程器件已经刺激计量应用的功能、特性迈向一个新的台阶，成本也得到进一步的降低。目前，相同的基础芯片级架构已准备好为改进工业自动化和控制创造全新的机会。

　　1.概述 　　随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 　　2.电磁干扰源及对系统的干扰是什么？ 　　影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 　　干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 　　3.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ 　　（1）来自空间的辐射干扰 　　空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就回受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对 PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 　　（2）来自系统外引线的干扰 　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 　　（3）来自电源的干扰 　　实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。 　　PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。 PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 　　（4）来自信号线引入的干扰 　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 　　（5）来自接地系统混乱时的干扰 　　接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。 　　此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 隔离器相关文章:隔离器原理 上一页 1 2 下一页

1.概述 　　随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 　　2.电磁干扰源及对系统的干扰是什么？ 　　影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 　　干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 　　3.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ 　　（1）来自空间的辐射干扰 　　空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就回受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对 PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 　　（2）来自系统外引线的干扰 　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 　　（3）来自电源的干扰 　　实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。 　　PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。 PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 　　（4）来自信号线引入的干扰 　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 　　（5）来自接地系统混乱时的干扰 　　接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。 　　此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 　　（6）来自PLC系统内部的干扰 　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。 隔离器相关文章:隔离器原理 上一页 1 2 下一页