化工測量儀表模擬信號（電流）穩定分程處理的方法論述

楊國兵

摘 要：隨著我國變送器技術、傳感器技術、信號處理技術的快速發展，化工儀器儀表已成為工業控制裝置的重要組成部分。儀器儀表傳輸信號可分為數字信號和模擬信號，數字信號即是開關量，如：常開點、常閉點，開關信號可以通過中間繼電器進行擴展和延伸，技術成熟可靠;模擬信號是連續變化的，如：溫度、壓力、流量，模擬信號的擴展和延伸則較為困難。為了讓化工測量儀表模擬信號（電流）實現擴展和延伸，就必須對模擬量進行再轉換，下面就以濃磷酸儲罐扭矩（三線制）、高度（兩線制）為例，簡要論述化工測量儀表模擬信號（4-20mA電流）穩定分程處理的方法。

關鍵詞：儀表;模擬;信號;處理

1 化工儀表模擬信號（4-20mA電流）特點

模擬信號的主要具有以下特點：

①精確的分辨率，在理想情況下，它具有無窮大的分辨率。與數字信號相比，模擬信號的信息密度更高。由于不存在量化誤差，它可以對自然界物理量的真實值進行盡可能逼近的描述;

②當達到相同的效果，模擬信號處理比數字信號處理更簡單;

③模擬信號信號被多次復制，或進行長距離傳輸之后，易受到雜訊干擾;

④4-20mA信號電流是國際標準化組織規定的，全球統一采用的儀器、儀表信號傳送的標準信號;

⑤采用起點為4mA是為了能迅速判斷出信號回路是否開路，信號回路一旦出現開路時，信號電流就為零。相比以前采用的以0mA為起點就可以迅速得出判斷，這就使得檢測回路可以迅速隔離錯誤的檢測信號，排除故障源;

⑥現場與控制室之間的距離較遠，連接電線的電阻較大，如果用電壓源信號遠傳，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產生較大的誤差，而用恒電流源信號作為遠傳，只要傳送回路不出現分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變（基爾霍夫第一定律），從而保證了傳送的精度。

2 模擬信號（4-20mA電流）分程傳輸的常用方法

濃磷酸儲罐采用就地PLC接三線制扭矩傳感器、兩線制高度傳感器分別進行扭矩、高度測量，PLC再將扭矩、高度信號通過總線傳輸至現場液晶顯示屏，實行現場顯示和控制。

此扭矩、高度模擬信號不能直接同時傳至DCS系統，罐區主控室操作人員為對扭矩、高度數值進行有效監測，只能通過PLC編程并增加模擬量輸出模塊將扭矩、高度信號轉換結果傳至DCS系統，該方法需增加1塊模擬量輸出模塊。

3 模擬信號（4-20mA電流）穩定分程處理的方法

本分程處理的方法是將三線制扭矩測量信號通過信號隔離器分為2路模擬量信號輸出（如圖1所示），實現現場、遠程雙控要求。

如圖1所示，24VDC電源同時供給信號隔離器與扭矩傳感器，電源負極與4-20Ma模擬量信號負極短接，接入信號隔離器2腳，將扭矩傳感器4-20Ma模擬量信號正極3#接入信號隔離器1腳，至此信號隔離器檢測來自扭矩傳感器輸出的4-20Ma模擬量信號， 4-20Ma模擬量信號通過信號隔離器，分別轉換至10與7腳、8與9腳4-20Ma模擬量信號，10與7腳傳至遠程DCS系統，8與9腳傳至就地PLC系統，傳至DCS系統、PLC系統的4-20mA信號均經過信號隔離器，信號穩定不受干擾，實現濃磷酸罐扭矩測量信號穩定分程處理的目的。

本分程處理的方法是將兩線制高度測量信號通過信號隔離器分為2路模擬量信號輸出（如圖2所示），實現現場、遠程雙控要求。

如圖2所示，供給信號隔離器24VDC電源，同時給高度傳感器供電，接入信號隔離器1、2腳，因高度傳感器是兩線制，故而高度變送出4-20Ma模擬量信號傳至信號隔離器，信號隔離器1、2腳只接收來自高度傳感器4-20Ma模擬量信號，4-20Ma模擬量信號通過信號隔離器，分別轉換至10與7腳、8與9腳4-20Ma模擬量信號，10與7腳傳至遠程DCS系統，8與9腳傳至就地PLC系統，傳至DCS系統、PLC系統的4-20mA信號均經過信號隔離器，信號穩定不受干擾，實現濃磷酸罐高度測量信號穩定分程處理的目的。

參考文獻：

[1]廖常初.大中型PLC應用教材[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]何衍慶，黃海燕，黎冰等著.集散控制系統原理及應用[M].北京：化學工業出版社，2009.

[3]孟華，劉娜，厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].北京：化學工業出版社，2010.