本文結(jié)合多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀在電機(jī)多點(diǎn)溫度監(jiān)測上的應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)介紹昌暉溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀原理、主要模塊及與DCS系統(tǒng)構(gòu)建多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)的方法。

通過對電機(jī)廠家的大量事故分析發(fā)現(xiàn)，事故往往發(fā)生在電機(jī)維護(hù)的環(huán)節(jié)上，這就對電機(jī)的維護(hù)提出了更高的要求。以往由于對電機(jī)的保護(hù)沒有引起足夠的重視，屢屢發(fā)生電機(jī)損壞的事故，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，如何更有效地保證電機(jī)設(shè)備的可靠性，是安全生產(chǎn)必須解決的重要課題。應(yīng)用兩線制多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀組成DCS溫度控制系統(tǒng)，可有效地解決電機(jī)維護(hù)難的問題。

方案對比
如采用測量電機(jī)各相電流、電壓的方式保護(hù)電機(jī)，就需要安裝電流、電壓互感器將大電流、高電壓轉(zhuǎn)換成小信號(hào)給電量變送器，由電量變送器把信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA傳給DCS系統(tǒng)采集器進(jìn)行顯示控制。實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)大量分布在各個(gè)廠區(qū)內(nèi)，由于各廠區(qū)分布零散，電機(jī)功率較大，安裝現(xiàn)場相對復(fù)雜。很顯然采用此方式操 作起來并不簡單，而且費(fèi)用高，所以并不可取。如采用測量電機(jī)溫度的方式保護(hù)電機(jī)，電機(jī)生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時(shí)通常會(huì)在電機(jī)線 圈內(nèi)部預(yù)埋2~3個(gè)Pt100溫度傳感器，通過測量電機(jī)溫升來掌握電機(jī)的工作狀況。 只要把Pt100溫度傳感器阻值變化 轉(zhuǎn)化成4-20mA傳給DCS系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)控。這類變送器分為帶電源和不帶電源兩種，其中以不帶電源的兩線制變送器更適合現(xiàn)場使用，只需兩根線就可采集一路Pt100信號(hào)。然而一個(gè)電機(jī)有2~3個(gè)傳感器，就需要有2~3個(gè)變送器，由此帶來接線多、DCS采集點(diǎn)多、費(fèi)用高、安裝麻煩等問題。對此，文中將介紹一款昌暉儀表開發(fā)的兩線制多路遠(yuǎn)傳溫度監(jiān)測儀。

兩線制變送器的優(yōu)點(diǎn)
兩線制變送器通過信號(hào)線提供驅(qū)動(dòng)電源，因而采用兩線制變送器可以節(jié)省電源線，解決了分散在龐大的工廠區(qū)域內(nèi)特殊電源提供不便的問題，降低了施工費(fèi)用。兩線制變送器的信號(hào)是4-20mA直流電流信號(hào)，該信號(hào)抗噪信能力強(qiáng)，即使在有電力設(shè)備的環(huán)境下也可以保證信號(hào)的穩(wěn)定傳送。若采用電壓信號(hào)，例如在0-10V的信號(hào)線上加上10V的噪信電壓，信號(hào)線上的信號(hào)將增加1倍。而兩線制變送器的輸出端子測得變送器內(nèi)部的阻抗至少為1MΩ，因此噪信電壓(10V)加在受信阻抗上的電流值(I≈0.01mA)相對于量程20mA的影響只有1/2000， 這是兩線制變送器優(yōu)越之處。

昌暉XTRM溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀
昌暉儀表制造有限公司向用戶開放了XTRM溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定界面，讓使用者擁有充分的自主權(quán)， 一改長期以來使用者依賴生產(chǎn)商的被動(dòng)局面，讓用戶能更方便地進(jìn)行二次開發(fā)。該產(chǎn)品采用Pt100鉑電阻和熱電阻測溫，輸出信號(hào)為各個(gè)測溫回路中溫度最高的一路，并以4-20mA采用兩線制國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可以與DCS、PLC和各種二次儀表連接，并具有極強(qiáng)的抗干擾能力。

溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀工作原理
XTRM溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀是多路輸入、一路4-20mA兩線制輸出的溫度變送器，它安裝在靠近被測量點(diǎn)處，兩線制輸出同時(shí)作為信號(hào)和儀表的供電電源線。輸出電流分為兩個(gè)部分，恒定的4mA電流作為測量零點(diǎn)，同時(shí)又是儀表中電子線路和供電電流，而0-16mA變化的電流是正比于被測輸入信號(hào)的變化。昌暉溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀以微功耗單片微處理器為基礎(chǔ)，把來自熱電阻或熱電偶測量的溫度信號(hào)，通過輸入信號(hào)電路，將模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器根據(jù)采樣的結(jié)果進(jìn)行高精度校正后送給D/A，由D/A把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)通過V/I轉(zhuǎn)換為4-20mA恒定電流輸出。原理框圖如圖1所示。

圖1 多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀原理框圖

溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀主要模塊設(shè)計(jì)
XTRM多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀采用模塊化設(shè)計(jì)思路，主要包括輸入電路、放大電路、CPU電路、按鍵電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、V/I輸出電路、電源模塊電路等。

1、輸入電路
利用橋路可將Pt100電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，X1接4051多路開關(guān)的輸入端，在此溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀中有4路這樣的電路分別為X1~X4。輸入電路如圖2所示。

圖2 多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀輸入電路圖

2、放大電路
X1~X4這4路信號(hào)經(jīng)電子開關(guān)選擇后，由于信號(hào)較小，須進(jìn)行線性放大，本表采用了運(yùn)放組成的儀表放大器，性能十分優(yōu)越，已被廣泛地用于測量放大器中。三個(gè)運(yùn)算放大器為低漂移功能塊，它們是由專用型集成運(yùn)放前再加上一級(jí)分立元件輸入級(jí)組成的，由于分立元件輸入級(jí)的對稱性經(jīng)過精選，所以可使一般運(yùn)放的性能指標(biāo)得到提高，有很高的共模抑制能力和較低的輸出溫漂。放大電路如圖3所示。
 
圖3 多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀放大電路

3、按鍵電路
人機(jī)對話采用按鍵的方式進(jìn)行，設(shè)有5個(gè)按鍵，分別是參數(shù)功能設(shè)定鍵(SET)，參數(shù)增加鍵▲、參數(shù)減少鍵、左移鍵和右移鍵。用戶需要時(shí)可通過面板按鍵查看任何一路溫度。

4、顯示驅(qū)動(dòng)電路
顯示驅(qū)動(dòng)采用6位動(dòng)態(tài)掃描顯示，掃描頻率設(shè)計(jì)為70Hz左右。LED顯示窗口顯示溫度測量值，通道狀態(tài)指示燈CH1~CH4指示當(dāng)前LED顯示窗口所顯示4路輸入信號(hào)當(dāng)中最高的一路。顯示驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

圖4 多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀顯示驅(qū)動(dòng)電路

5、CPU電路
單片機(jī)是美國德州儀器(IT)公司生產(chǎn)的高集成度、高精度的單芯片系統(tǒng)SoC，是目前工業(yè)界中具有最低功耗的16 bit Flash RISC微控制器。具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，是一款性價(jià)比極高的單片機(jī)，用它作為系統(tǒng)的控制核心，不僅極大地簡化了系統(tǒng)硬件電路，還大大提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。

集中體現(xiàn)了現(xiàn)代單片機(jī)先進(jìn)的低功耗設(shè)計(jì)理念，其時(shí)鐘系統(tǒng)提供了豐富的軟硬件組合形式。它包括一個(gè)片內(nèi)DOC和兩個(gè)晶體振蕩器，可以產(chǎn)生三種系統(tǒng)適用的時(shí)鐘， 支持六種工作方式， 有五種低功耗模式?？梢酝ㄟ^軟件對內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行不同設(shè)置來控制芯片，使它處于不同工作方式，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最低的功耗并發(fā)揮最優(yōu)的性能，所以該單片機(jī)非常適合XTRM多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)要求。

6、V/I輸出電路
V/I輸出電路采用PWM脈寬調(diào)制方式輸出，具有電路簡單、成本低、精度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。輸出采用全軟件調(diào)試，無電位器調(diào)節(jié)，方便且 實(shí)用。多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀還可根據(jù)儀表的測量量程，變送輸出與測量值相對應(yīng)的4-20mA模擬信號(hào)，提供給無紙記錄儀、其它儀表、PLC和DCS系統(tǒng)使用。V/I輸出電路如圖5所示。

圖5 多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀輸出電路
 
7、電源模塊電路
電源模塊電路經(jīng)保護(hù)電路(過壓、過流、抗干擾)進(jìn)入穩(wěn)壓電路，提供CUP及其它器件的工作電源。電源模塊電路如圖6所示，此電路有以下特點(diǎn)：
①輸出電壓穩(wěn)定性高；
②溫度系數(shù)低；
③價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡單。

圖6 多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀電源模塊電路

系統(tǒng)組態(tài)
DCS系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供友好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的通信功能。是實(shí)現(xiàn)過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。兩線制變送器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中使用頻率較高，與其他工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備一樣，兩線制變送器也存在干擾及抗干擾的問題。依據(jù)DCS系統(tǒng)AI卡件接口模式(電流型或環(huán)路供電型)選用功能不同的隔離配電器，原則上要求它既能給變送器提供隔離電源、保證每個(gè)變送器有一個(gè)獨(dú)立電源，又能將變送器信號(hào)隔離輸送到DCS。XTRM多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀組成計(jì)算機(jī)DCS監(jiān)控系統(tǒng)，具有動(dòng)畫顯示、報(bào)表、報(bào)警、趨勢、打印等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度參數(shù)的集中監(jiān)視、控制、記錄。

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采用昌暉儀表制造有限公司XTRM多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀可以輕松接入DCS控制系統(tǒng)，直觀地在中控室觀察各個(gè)電機(jī)運(yùn)行溫度狀況，一旦發(fā)現(xiàn)溫升超標(biāo)可以馬上采取措施防止事故發(fā)生。此方法目前大量用于水泥廠、發(fā)電站、造紙廠等企業(yè)。實(shí)際應(yīng)用表明，采用XTRM多路溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀在多點(diǎn)溫度監(jiān)測上可廣泛推行。

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