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数字化智能变送器的原理及应用

来源:通博最新娱乐官网 时间:2018-05-08
智能变送器在自动检测、控制系统中,常常需要采集各种电压、电流、功率、频率和功率因数等电参量数据,并传送至中央处理机,完成统计、分析和现场的实时控制;系统中往往存在着较强的干扰,各待测点离散地分布在不同的区域,并且与中央控制机之间有较远距离;此时, 数字化智能变送器模块就可以实现高压、大电流信号以及传感器输出的弱电信号的隔离变换,并采用DSP技术计算处理数据,获得高精度的数字化信息,最后以总线化的数字通信方式完成数据的远传;数字化智能变送器模块正是针对自动控制和微机监控领域的多点遥测和实时监控功能而设计的,性能价格比高,使用灵活,容易实现硬件和App组态,为DCS网络的构建和扩建提供了有力的工具。 数字化智能变送器模块主要用途是:
 1)解决系统中多种电信号混合时可能引入的共模干扰或相互干扰问题;
 2)解决现场信号的隔离问题,防止强干扰信号损坏测控系统的主机;
 3)解决现场复杂信号的高精度数据转换问题,为系统节省A/D转换的硬件开销;
 4)网络化体系结构设计,简化了系统,减少了现场配线;
 数字化智能变送器系列产品是国家863/CIMS目标产品,并且获得了国家科技创新基金的无偿支撑。产品推出以来,深得用户厚爱,已经广泛用于铁路、电力、通信、供水、石化等行业;在此对该系列产品作概略的先容。数字化智能变送器系列产品按其检测内容不同,主要分为两大类,即“直流系列”和“交流系列”。现分述如下。
  直流数字化系列智能变送器产品实现直流电流、电压的线性隔离变换和高精度数据采集,并以RS-485
总线方式传送数据。其原理框图如图1所示。
 
输入的直流电压Vin和直流电流Iin信号送至输入电路,后者将信号转换成某种具有较强的驱动能力的电压值,使其能够通过光电耦合器;光电隔离电路实现输入信号的线性隔离变换;高精度高速A/D
负责模拟信号的数字化转换;高性能的MCU实现算法及通信管理模块,将A/D结果处理成真有效值数据和标称化数据格式,同时将这些数据按一定的通信规约组织起来,当上一级通信机读取数据时,就通过RS-485总线及时送出,方便用户使用。图1

所示的电路中的
DC/DC转换器是专用隔离电源,具有高隔离耐压,使产品的输入回路和输出回路之间可承受3000V DC的高压,有效地保护了测控系统的主机部分。
交流数字化系列智能变送器产品分为单相和三相两类产品,主要针对单相和三相交流系统的不同应用要求。现以三相系列产品为例作先容,其典型原理框图如图2所示。
 
三相交流数字化智能变送器主要由隔离传感测量、DSP数据处理和通信控制3部分组成。输入的三相交流电压和电流经隔离模块隔离变换,可编程增益放大器放大,形成标准模拟信号输出,并经速
A/D转换器变成数字信号,由DSP按交流参数直接采样算法原理对原始数据进行数字滤波和数字相差补偿,计算出被检测量的交流电压、电流的真有效值和相关导出量值。再由通信管理控制机将处理完的数据标幺化并有效地组织起来,当上一级通信机来读取数据时就可及时送出,用户只需将其中的部分数据乘以互感器变比就能获得实际工程物理量数据。原理上的先进性真实反映了被测的交流电参量与现场的工程物理量之间的直接关系,并且达到了较高的精确度,与传统的各类模拟变送器比较,具有很高的可靠性和稳定性,克服了传统模拟变送器温漂大和预热时间长的缺点。图2
中的电压和电流隔离模块采用特殊的电磁隔离元件,能保证检测低端信号的高准确度,而且具有2500V DC的隔离耐压,短时过载能力可达到电压2倍标称值,电流10倍标称值。 数字化智能变送器产品种类较多,相应电路框图有一些细微区别,这里不再赘述。总的说来,直流系列产品采用线性光耦隔离器件、通用或专用集成电路、专用DC/DC隔离变换器等元器件,线性精度高,温度稳定性好,抗电磁干扰能力强,具有很高的动态响应范围;交流系列产品采用特殊的电磁隔离技术和DSP技术完成数据的高精度转换,可同时完成电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度和频率的全部三相电参量采集和计算,具有很好的线性精度和动态响应范围。所以,该系列产品非常适合在各种自动检测、控制系统中使用。相信随着电力系统自动化和其他领域的自动化控制的不断推进,数字化智能变送器系列产品也将不断创新和发展,得到更为广泛的应用。

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