1 概述
廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司的產(chǎn)品是從顯示和溫控二次儀表起飛的,產(chǎn)品已應(yīng)用于化工、熱電、石化、制藥、冶金、機(jī)械、食品、造紙、塑膠、包裝等領(lǐng)域,年銷售量達(dá)到60萬(wàn)臺(tái),產(chǎn)品遠(yuǎn)銷北美、歐洲、大洋洲、印度、中東、東南亞和香港等多個(gè)國(guó)家和地區(qū),并獲得客戶好評(píng),宇電已成為大的二次儀表及智能分布式控制系統(tǒng)的供應(yīng)商。
本文將剖析宇電顯示控制用二次儀表性能及其應(yīng)用,以使用戶對(duì)宇電顯示控制用二次儀表的性能有較為深入的了解,從而能根據(jù)用戶的實(shí)際需求,選好用好宇電顯示控制用二次儀表。
宇電顯示控制用二次儀表的性能可按其主要技術(shù)參數(shù)的介紹,劃分成以下幾類:
輸入規(guī)格
輸出規(guī)格
控制方式
電源
外形尺寸
精度
下面將分別對(duì)上述六類技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析。
2 輸入規(guī)格
先用“真正的輸入”來(lái)形容宇電顯示控制用二次儀表的輸入特性。
在其輸入規(guī)格欄里,列出了以下內(nèi)容:
熱電偶:K、S、R、E、J、T、B、N、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26
F2輻射高溫計(jì)
熱電阻:Cu50、Pt100
電阻:0~80Ω、0~400Ω
線性電壓: 0~20mV、0~100mV、0~500mV、0~1V、0~5V、1~5V
線性電流:0~10mA、0~20mA、4~20mA
實(shí)際可提供的更多,如線性電壓還有:0~60mV、0~75mV、0.2~1V、-20~+20mV、-100~+100mV、-5~+5V??蛻暨€可自行輸入分度表及多點(diǎn)修正功能,從而適應(yīng)幾乎所有的特殊輸入要求。
針對(duì)流量檢測(cè)應(yīng)用的流量積算器,還可接受脈沖信號(hào)輸入。
從上面列舉的輸入規(guī)格,可見(jiàn)宇電顯示控制用二次儀表的輸入特性的的確確是的,這就使設(shè)計(jì)選用非常簡(jiǎn)單,用戶需要的備件數(shù)量也可大大減少。
3 輸出規(guī)格
輸出規(guī)格涉及以下幾大類:模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸出、可控硅觸發(fā)輸出、通訊接口、報(bào)警輸出、電壓輸出。
3.1 模擬量輸出
線性電流輸出:可定義0-10mA、0-20mA或4-20mA。電流輸出采用光電隔離,有儀表內(nèi)部隔離電源或自帶隔離電源。
一部分儀表的模擬量輸出相當(dāng)于變送輸出,即將所檢測(cè)的參數(shù)值轉(zhuǎn)換成4-20mA輸出,比如將該參數(shù)值傳送到DCS、PLC系統(tǒng),這樣既有就地顯示,又可將檢測(cè)參數(shù)信號(hào)隔離并遠(yuǎn)傳到控制系統(tǒng)。
3.2 開(kāi)關(guān)量輸出
繼電器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出(常開(kāi)+常閉):250VAC/1A、250VAC/2A或30VDC/1A;
可控硅無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出:100-240VAC/0.2A(持續(xù)),2A(20ms瞬時(shí),重復(fù)周期大于5s);
SSR驅(qū)動(dòng)電壓輸出:12VDC/30mA(用于驅(qū)動(dòng)SSR固態(tài)繼電器)。
由于控制功能有兩位式控制,其對(duì)應(yīng)輸出就是開(kāi)關(guān)量輸出,宇電顯示控制用二次儀表可提供用戶所需的各種電壓、電流等級(jí)的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)。
3.3 可控硅觸發(fā)輸出
可觸發(fā)5-500A的雙向可控硅、2個(gè)單向可控硅反并聯(lián)連接或可控硅功率模塊,包括單路過(guò)零觸發(fā)輸出、單路可控硅移項(xiàng)觸發(fā)輸出、單路感性負(fù)載可控硅移項(xiàng)觸發(fā)輸出、三路可控硅過(guò)零觸發(fā)輸出、直接三相三線可控硅移項(xiàng)觸發(fā)輸出。
一些鹽浴爐、工頻感應(yīng)爐、淬火爐、熔融玻璃的溫度加熱控制,是以鎳鉻、鐵鉻鋁、遠(yuǎn)紅外發(fā)熱元件及硅鉬棒、硅碳棒等為加熱元件的,通常要用到可控硅觸發(fā)輸出,根據(jù)具體對(duì)象不同,可選用不同的輸出模塊實(shí)現(xiàn)。
3.4 通訊接口
支持RS232、RS485通訊接口功能;的觸摸屏顯示儀表帶以太網(wǎng)接口和帶云端/手機(jī)APP查看功能。
RS485通訊協(xié)議為AIBUS、MODBUS-RTU雙通訊協(xié)議,安裝相應(yīng)模塊后可與上位機(jī)通訊,可作為AIDCS智能分布式控制系統(tǒng)、分體式無(wú)紙記錄儀及觸摸屏控制系統(tǒng)的下位機(jī)。
AIDCS智能分布式控制系統(tǒng)是既能透過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中操作與管理,又具有分散布置和高可靠性的開(kāi)放式工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng),“智能分布式”是指下位機(jī)即使受各種不可預(yù)知因素而脫離了上位機(jī)的指令和網(wǎng)絡(luò),亦可保證現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的基本控制工作,避免發(fā)生意外或危險(xiǎn),解決了目前DCS系統(tǒng)不開(kāi)放,下位機(jī)無(wú)法脫離上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的缺點(diǎn)。
圖1中,來(lái)自工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類檢測(cè)信號(hào)和執(zhí)行器信號(hào)通過(guò)宇電公司作為下位機(jī)的盤裝型、導(dǎo)軌型二次儀表、或?qū)к壭凸た啬K,采用RS485通訊接口的AIBUS協(xié)議后,再通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器傳送到上位機(jī),上位機(jī)通常采用安裝組態(tài)軟件的工控機(jī)或普通計(jì)算機(jī)。用戶還可選擇通過(guò)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),連接管理層計(jì)算機(jī),以便為管理人員提供工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及報(bào)表。
圖1 AIDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
通??刹捎霉I(yè)帶屏蔽的雙絞線連接50~60臺(tái)儀表,通訊距離1.2km。AIBUS通訊協(xié)議簡(jiǎn)單又功能齊全。高精度型儀表在19.2K波特率下讀取3個(gè)常用變量及1個(gè)參數(shù)的速度僅為20ms,經(jīng)濟(jì)型儀表亦只需要50ms,比常用如MODBUS協(xié)議快2~10倍,采用AIBUS協(xié)議的系統(tǒng),無(wú)論組建小系統(tǒng)還是大、中型系統(tǒng)均可達(dá)到與DCS幾乎同等的使用效果,而一般儀表通訊效率低,超過(guò)一定數(shù)量則數(shù)據(jù)更新慢,顯示效果差,只能應(yīng)用于小型的系統(tǒng)。
帶以太網(wǎng)接口并內(nèi)置WEB服務(wù)器的觸摸屏顯示儀表,就具備通過(guò)以太網(wǎng)接口使用瀏覽器對(duì)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視及操作的能力。
帶云端/手機(jī)APP查看功能的觸摸屏顯示儀表,則無(wú)須公網(wǎng)IP,可穿透內(nèi)網(wǎng)監(jiān)控,在異地通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與操作。
3.5 報(bào)警輸出
zui多可有4路報(bào)警輸出:上上限、上限、下限、下下限4路,有上電免除報(bào)警選擇功能(即通電后越限動(dòng)作不報(bào)警),還可提供正負(fù)偏差報(bào)警。
生產(chǎn)過(guò)程中某些參數(shù)要求上限、下限越限報(bào)警,通過(guò)帶報(bào)警功能的顯示儀就可以完成。但也有極少數(shù)重要參數(shù)既要求上限、下限越限報(bào)警,也要求上上限、下下限越限報(bào)警,即所謂四限報(bào)警。如像一些涉及大型設(shè)備停車連鎖的報(bào)警條件,有時(shí)要求上限、下限越限信號(hào)僅用于聲光報(bào)警,即所謂預(yù)報(bào)警,可由操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定處置方式,而上上限、下下限越*信號(hào)才進(jìn)入聯(lián)鎖系統(tǒng)使設(shè)備停車。這樣的要求以往需要多臺(tái)報(bào)警顯示儀才能完成?,F(xiàn)在有四限報(bào)警的數(shù)字顯示儀表一臺(tái)就可以完成這一功能。
3.6 電壓輸出
電壓輸出有5V、10V、12V、24V等多個(gè)規(guī)格,用于外部傳感器或低功率設(shè)備供電輸出。
這個(gè)功能非常重要,它提供了相當(dāng)于配電器的功能,可以為現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器及其他低功率設(shè)備提供供電電源。zui常用的是為各類壓力、差壓變送器提供二線制電源及信號(hào)連接。
4 控制方式
有位式控制(ON/OFF控制)和PID控制兩種方式,PID控制又有標(biāo)準(zhǔn)PID控制、AI人工智能APID控制。AI人工智能APID控制是利用模糊規(guī)則進(jìn)行PID控制的一種新型算法,在誤差大時(shí)運(yùn)用模糊算法進(jìn)行控制,以消除PID飽和積分現(xiàn)象,在誤差趨小時(shí),采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行控制。AI人工智能APID控制還具備自整定、自學(xué)習(xí)功能,不僅可以自整定PID參數(shù),并且即使被控對(duì)象的滯后時(shí)間較長(zhǎng)亦可使控制過(guò)程無(wú)超調(diào)、控制(見(jiàn)圖2),還可以實(shí)現(xiàn)包括串級(jí)、比值、前饋等復(fù)雜控制功能。
圖2 AI人工智能APID控制
程序型儀表具備多段程序控制功能,可實(shí)現(xiàn)任意斜率的升、降溫控制,具有跳轉(zhuǎn)(循環(huán))、運(yùn)行、暫停及停止等可編程/可操作命令,允許在程序的控制運(yùn)行中隨時(shí)修改程序;采用具備曲線擬合功能的AI人工智能控制算法,能獲得光滑平順的曲線控制效果;利用SV變送輸出功能可以作為程序發(fā)生器使用;具備測(cè)量值啟動(dòng)功能、準(zhǔn)備功能及五種停電/開(kāi)機(jī)事件處理模式選擇。
AI人工智能控制算法又分為基本型、加強(qiáng)型、專家型、加強(qiáng)程序型、專家程序型、加熱冷卻雙輸出增強(qiáng)型、加熱冷卻雙輸出增強(qiáng)程序型等,有相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品可供用戶選用。
5 電源
可接受通用的電源等級(jí)100~240VAC、50-60Hz供電,也可由24VDC/AC安全電源供電。當(dāng)儀表誤接380VAC電源或中線意外斷路而引起的儀表電源電壓突然升高時(shí)可提供至少10s(廠內(nèi)試驗(yàn)達(dá)到30min)的保護(hù)時(shí)間。
這里的交流電源實(shí)際上覆蓋了世界上zui常用的兩個(gè)電源等級(jí):110VAC(包括120VAC)、220VAC(包括230VAC、240VAC),110VAC電源主要是北美和日本,歐洲、亞洲和其他地區(qū)主要為220VAC。而電源頻率50Hz、60Hz,可以由用戶選擇。至于24VDC/AC電源選項(xiàng),主要看是否有現(xiàn)成的24VDC/AC電源以及是否希望電源線與信號(hào)線穿管時(shí)穿在同一根管道內(nèi)甚至用同一根多芯電纜內(nèi)。
6 外形尺寸
有盤裝儀表面板、也有導(dǎo)軌式安裝產(chǎn)品。盤裝儀表面板有國(guó)產(chǎn)儀表通用尺寸和國(guó)外儀表通用尺寸,如國(guó)產(chǎn)儀表通用尺寸80×160或160×80,如國(guó)外儀表通用尺寸96×96、72×72、48×48、96×48、48×96等。導(dǎo)軌式安裝有D5、E5、E8型DIN導(dǎo)軌。
帶觸摸屏的儀表則有5英寸、7英寸、9英寸三種外形尺寸,長(zhǎng)寬尺寸分別為145×105、203×150、231×170。
導(dǎo)軌式安裝適合無(wú)需或很少需要查看數(shù)據(jù)的場(chǎng)合,比如作為數(shù)據(jù)采集的下位儀表,采用導(dǎo)軌式可節(jié)省安裝空間,而參數(shù)顯示、設(shè)置等操作可以在上位機(jī)或E8型導(dǎo)軌安裝儀表用鍵盤顯示器上完成。
盤裝儀表面板式有多種尺寸相差較大的外殼,用戶可根據(jù)需要選擇,通??臻g足夠的條件下可選較大尺寸的儀表,在空間要求緊湊時(shí),可選小尺寸儀表或單臺(tái)多通道儀表以滿足要求。在現(xiàn)場(chǎng)常常遇到由于增加測(cè)量參數(shù)顯示需要在現(xiàn)有儀表盤上新增顯示儀的情況,這時(shí)往往要在儀表盤上重新開(kāi)孔,由于數(shù)字顯示儀有小外形尺寸(相當(dāng)于常用外形尺寸的1/2或1/4)和多通道的產(chǎn)品,解決這類問(wèn)題就比較容易了。
7 精度
測(cè)量精度有0.3級(jí)、0.25級(jí)、0.2級(jí)、0.1級(jí)以及0.05級(jí)等多個(gè)級(jí)別,高精度級(jí)別的儀表一方面通過(guò)采用低溫漂高穩(wěn)定性電路檢測(cè)外,還采用外接Cu50銅電阻作高精度熱電偶冷端補(bǔ)償技術(shù),與儀表內(nèi)部補(bǔ)償相比較,補(bǔ)償誤差可減少約±1℃。高精度儀表采用24位AD,五位或六位顯示,溫度顯示分辨力可達(dá)0.01℃。
大多數(shù)場(chǎng)合0.2級(jí)、0.3級(jí)精度或許就能滿足要求,當(dāng)監(jiān)測(cè)和控制精度要求特別高時(shí),0.1級(jí)、0.05級(jí)提供了更高精度級(jí)別的產(chǎn)品。
8 結(jié)束語(yǔ)
宇電顯示控制用二次儀表技術(shù)先進(jìn),功能豐富,要想用好這些二次儀表,充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢(shì),還需要加深對(duì)宇電顯示控制用二次儀表性能的了解。本文根據(jù)作者對(duì)宇電顯示控制用二次儀表的性能的理解,介紹了儀表的性能,然后著重分析了在實(shí)際應(yīng)用中如何利用這些功能實(shí)現(xiàn)用戶生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種要求。
作者簡(jiǎn)介:
方原柏,教授級(jí)工程師,昆明儀器儀表學(xué)會(huì)理事長(zhǎng),中國(guó)衡器協(xié)會(huì)技術(shù)專家委員會(huì)顧問(wèn),主要從事儀器儀表、控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究。