时间：2023-10-17 13:33:30
关键词：传感器变送器选用
一、一体化温度变送器
一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。
热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。
热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再帽由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。一体化温度变送器的输出为统一的4～20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。
二、压力变送器
压力变送器也称差变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
压力变送器的测量原理是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。
压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。
三、液位变送器
1、浮球式液位变送器
浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。
一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。
2、浮简式液位变送器
浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。
3、静压或液位变送器
该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10mA电流方式输出。
四、电容式物位变送器
电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。
电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。
五、超声波变送器
超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种直接输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。
六、锑电极酸度变送器
锑电极酸度变送器是集PH检测、自动清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就可用能斯特公式计算出来。
锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度被偿信号进行迭加后再差进转换电路，最后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值。
七、酸、碱、盐浓度变送器
酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量。这种变送器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产过程。
酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。
酸、碱、盐浓度变送器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。
八、电导变送器
它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。
由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。
九、智能变送器
智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。
微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：
1.具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。
2.具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进行调节和控制。可进行信息存储和记忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等。
关键词：科氏力 质量流量计 压力补偿
一、过程压力对科氏力质量流量计精度的影响
压力影响的定义为：由于过程压力偏离标定压力而引起的传感器流量和密度敏感度的变化，流体过程压力增大会使测量振动管呈绷紧现象，当使用压力与标定压力相差甚远时，对于高精度质量流量计精度的影响是不能忽视的，压力影响还取决于测量管壁厚、管径、形状等。
二、压力补偿方法
1.静态压力补偿法
当过程压力偏离标定压力，且偏离程度较为衡定，这个时候需要采用此方法补偿。补偿原理为通过输入固定的压力流量系数对流量计的仪表系数进行修正，从而达到流量测量的压力补偿。具体方法为：通过流量计产品样本，查阅需要增加压力补偿流量计的型号，找出压力流量系数，并将该系数通过软件输入至流量计。
2.动态压力补偿法
流体过程压力偏离标定压力，变化明显时，采用安装压力变送器，将压力信号引入流量计进行实时压力补偿。补偿原理为对流量的输出进行调整，使得压力补偿在流量测量中得以实现。
三、压力补偿工程实现
1.静态压力补偿实现步骤
1.1高准质量流量计静态压力补偿在流量测量中实现步骤
使用Prolink连接流量计变送器，启用流量计外部压力补偿功能，输入压力流量系数，输入检定压力，输入外部压力值（实际中较为稳定的压力值）。
1.2E+H质量流量计静态压力补偿实现步骤
使用流量计变送器表头操作按键，通过“基本功能->过程参数->压力修正”按键顺序，进入压力修正设置菜单，选择模式为固定值，并输入外部的压力值。
2.动态压力补偿实现步骤
2.1压力变送器安装及接线
动态压力补偿（实时压力补偿）需要加装压力变送器，将其压力信号引入流量计。压力变送器安装位置选择在流量计后，选择与原用于DCS监控的压力变送器同一取源点安装，通过加装三通、将压力取源点一分为二进入两台压力变送器，减少在管道上开孔施工。
压力变送器供电方式有外接电源和内置电源两种方式，高准质量流量计与压力变送器采用HART通讯方式，需要外接外接24V直流电源为压力变送器供电，需要额外从控制室布电缆至现场。压力变送器（3051S）与流量变送器（2700）串联入回路中，在24直流电源之间串入一个250欧姆的电阻用于限流保护。流量变送器2700通过HART通讯方式读取压力变送器压力值，必须在流量变送器2700的1#、2#端子之间，并联一个250-600欧姆的电阻，确保通讯正常。
E+H质量流量计采集压力变送器4-20mA电流信号，压力变送器由质量流量计变送器供电，无需外接电源，仅需在现场布压力变送器至流量变送器的电缆。
2.1高准质量流量计动态压力补偿实现步骤
第一步：对变送器的位号、HART地址进行设置，一般地将流量变送器（2700）地址设为0，压力变送器地址设为1，设置压力变送器位号，并在流量变送器中输入该位号；
第二步：打开流量变送器轮询，且轮询变量为外部压力；
第三步：输入流量计检定压力、压力流量系数（该系数由高准提供），压力流量系数定义为每psi对应流量变化百分比。
第四步：组态流量变送器显示外部压力，检查实时压力。
2.2 E+H质量流量计动态压力补偿实现方法
第一步：由于E+H质量流量计电流输入模块为可选
项，在做E+H质量流量计压力补偿过程中，应先将电流输入模块安装到位。
第二步：设置压力变送器量程、单位。
第三步：设置E+H流量计电流输入，选择输入变量为压力，信号类型为4-20mA，且压力范围应与第二步中压力变送器量程设置一致。
第三步：打开流量变送器压力修正功能。使用流量计变送器表头操作按键，通过“基本功能->过程参数->压力修正”按键顺序，进入压力修正设置菜单，选择模式为已测量。
第四步：组态流量变送器显示压力值，检查实时压力。
3.注意事项
在质量流量计在线检定过程中，应关闭流量计压力补偿，在检定完成恢复时，应输入新的检定压力。
四、结束语
综上述，按照文中的接线、设置方法，在长输管道部分输油站我们对质量流量计实施了动态压力补偿工作，通过对比数据，对于提高流量计的流量测量精度起到了一定的作用。
参考文献：
[1]范立勇.《工作压力对科氏力质量流量计的影响》天津石化公司计量处
[2]娄娟.《试谈实时压力补偿在Micro Motion质量流量计流量与密度测量中的实现》
作者简介：
牛道东：中国石化销售有限公司华南分公司抢维修中心，助理工程师，从事仪表管理工作。
关键词：新设备；送电；调度措施；安全运行
作者简介：杜明田（1970-），男，山东滨州人，山东滨州供电公司调度控制中心副主任，工程师；苑跃贞（1971-），男，山东滨州人，山东滨州供电公司调度控制中心班长，工程师。（山东 滨州 256610）
中图分类号：TM73?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）36-0147-03
新设备启动送电工作是新设备接入电力系统正式运行前的一个重要环节，其目的主要是验证新设备的健康水平、一次设备相序及二次接线正确与否等。新设备启动送电调度措施是调度员起草调度操作指令票、指挥新设备正确启运的依据和指导性大纲。但在日常工作中，由于部分技术人员对启动送电工作流程和项目内容掌握不全面，时常在编制送电调度措施时发生误送、漏送电气设备，误投、漏投继电保护，漏做、错做试验项目等情况，对电网的安全稳定运行构成威胁。因此，规范新设备启动送电调度措施的编制工作，从调度启动送电的“源头”把好关，是一项很有必要的工作，只有这样才能有效杜绝调度送电事故的发生，保证新设备安全顺利投产和电网的安全稳定运行。本文以220kV变电站启动送电调度措施的编制为例进行了探讨。
一、新设备送电前应具备的条件
新设备启运送电调度措施中所列的新设备在送电前应具备的条件包括但不限于以下内容：
第一，拟送电的新建输变电设备经有关人员验收合格，具备送电条件；新建输电和变电设备的验收单位应分别向值班调度员汇报其验收设备已达到送电条件。
第二，与值班调度员办理的配合新建输变电设备施工的有关检修申请须终结。
第三，拟送电的新建输变电设备须在冷备用状态，即施工单位自设的接地线（包括接地刀闸）、短路线等安全措施应全部拆除（由值班调度员下令装设的安全措施须由值班调度员下令拆除）。
第四，调度、变电运行人员须熟悉有关设备的接线方式，变电运行人员须核对现场有关设备的名称、编号与调度下达的设备命名、编号一致，并汇报值班调度员。
第五，拟接管新建输、变电设备的设备检修主人单位已按《调度规程》规定向值班调度员分别提出相应设备的启动送电申请（明确启动送电的设备及范围）。
第六，拟送电的新建输变电设备调度管辖权限已明确，便于统一调度、分级管理。
第七，对于配置故障录波器的厂站，有关送电设备的开关量应接入相应电压等级的故障录波器。
第八，电气设备不允许无保护运行，值班调度员应与变电运行人员核对有关设备保护定值（包括故障录波器）与定值单相符，变电运行人员应按调度指令（或保护定值要求）投入有关设备保护。
第九，新建110kV及以上输电线路实测参数工作结束，实测参数已上报所辖调度。
第十，新建变电站的调度自动化相关信息已上传至调度自动化主站，遥控、遥调、遥信等试验正常，遥测值的核对需在新设备送电带负荷后进行。
列出上述条件的主要目的是让相关单位提前了解各自需要做的工作，超前准备，做到有的放矢，保证新设备送电工作安全有序。
二、新设备的冲击送电
1.新设备冲击送电时冲击电源的选择
为防止新设备冲击送电时发生送电事故，减少对电网及系统的影响，在编制新设备送电调度措施时，应遵循以下原则选择冲击电源对新设备进行冲击送电：
（1）尽量利用老开关（“老开关”在此只是用于区别新设备，而非真的老旧之意）对新设备进行第一次冲击。
（2）尽量利用保护二次回路经过验证的开关对新设备进行冲击。
（3）尽量避开方式较为薄弱的厂站作为冲击电源点。
（4）如果送电的两侧间隔都是新设备，尽量不用电厂侧冲击。
（5）多个元件送电时，为节省操作时间，在保证安全的前提下，能够合并的尽量合并冲击，不同厂站的操作尽量同时进行。
（6）当单母线无法隔离时不得已用本身开关送电（已投入过流保护），若CT回路更换，则充电前应事先做CT回路通流试验。
（7）避免出现无临时过流保护而线路空冲母线的情况（空冲母线时，因空冲母线侧无接地点，主保护无法正确动作，纵联差动虽然能够动作，但启动原件无法启动）。
2.新设备的冲击送电要求
为验证电气设备绝缘及考核变压器在大的励磁涌流作用下的机械强度和考核继电保护在大的励磁涌流作用下是否误动，新上（或大修后）的设备投产时需要对其冲击。
（1）变压器、电抗器。
1）接于中性点接地系统的变压器，在进行冲击合闸时，其中性点必须接地。
2）变压器、电抗器第一次投入时，可全电压冲击合闸，如有条件时应从零起升压；冲击合闸时，变压器宜由高压侧投入使用，对发电机变压器组接线的变压器，当发电机与变压器之间无操作断开点时，可不做全电压冲击合闸。
3）新上变压器、电抗器应进行5次空载全电压冲击合闸（大修后的变压器冲击3次），记录冲击电流，应无异常情况。第一次送电后持续时间不应少于10分钟；若在5次冲击过程中，变压器保护动作跳闸，应停止冲击，将变压器停电，对变压器全面检查试验，同时应根据记录的冲击电流，判断是否是因励磁涌流过大引起保护装置的误动。若为变压器励磁涌流过大引起保护装置的误动，应调整保护定值，并在变压器全面检查无故障的情况下，方可再次对变压器进行冲击。
4）考虑到主变保护为新保护，若主变故障，主变保护有可能不能正确动作切除故障，因此在接线方式允许的情况下，采用送端空出一条母线，投入母联开关过流保护，用母联开关与主变开关串联，用母联开关保护作为后备保护，再对变压器进行冲击送电。
5）带电后，检查本体及附件所有焊缝和连接面，不应有渗油现象且声音正常。
6）变压器试运行24小时无异常后方可转入正常运行。
（2）架空线路。
1）架空线路送电应由电源侧合闸，以额定电压空载冲击3次，若该线路所带母线、主变均为新设备，第三次带受电侧母线冲击，包括主变高压侧开关、母线侧刀闸（变压器侧刀闸应断开）。
2）考虑到新线路的保护装置为新装置，保护二次回路未经过验证，有可能在线路故障的情况下保护装置不动作，造成上一级设备保护越级动作，扩大电网事故，因此在接线方式允许的情况下，采用送端空出一条母线，投入母联开关过流保护，用母联开关与新线路开关串联，用母联开关的保护作为后备保护，在新线路发生故障时，能够正确、快速地切除故障，缩小停电范围，有利于保证电网的安全运行。
（3）母线。
为防止空母线送电时电压互感器发生谐振，新母线送电时一般只冲击送电1次，并在条件允许的情况下采用线路及母线一起充电的方式。
（4）电缆线路。
为保护电缆绝缘，防止电缆绝缘在冲击时击穿，造成不应该的损失，对电缆线路一般只冲击送电一次。
（5）电力电容器。
送电时应在电网额定电压下对电力电容器进行冲击3次，每次间隔5分钟，冲击时，现场运行人员应对电容器组进行巡视，检查电容器无异常，电容器组各相电流的差值不应超过5%。
三、新设备的定相
新建或改造的电气设备容易造成相序混乱，为防止因相序错误而造成电网事故、损坏电气设备，新建或改造的电气设备在送电后要核对相位、相序。
1.变压器
变压器的定相就是要将检查接线组别的变压器（电压互感器）一次侧与运行变压器（电压互感器）的一次侧接于同一电源母线，在二次侧确定其电压相位的试验。定相时，如果测量两变压器（电压互感器）待并列的同名端电压差为零，就说明接线组别一致，相位相同，可以并列（对定相所用的两组母线电压互感器须在同一电源下定相一致）。
对主变压器的定相，还应注意下列事项：
（1）母线处于大电流接地系统时，主变压器的中性点必须接地。
（2）原则上说，变压器定相时用哪一侧电压母线都可以，如果条件允许，最好做降压运行，这样对定相的安全有利；如以升压方式定相，最好在该变压器中性点接地的高压侧进行，因系统中性点接地运行，不发生并联铁磁谐振。
（3）三绕组变压器定相应分两次进行。如先定高、低压侧，再定中、低压侧。
（4）三相变压器组更换备用相后，也应进行定相。
变压器定相出现的电压差，在接线组别已经确定一致的情况下，大多是由于变压器分接头位置不一致、所带负荷不等、压降不同等因素引起的，一般数值较小，无危害。
2.线路
具备合环条件的线路定相方法有两种：一种是对于110kV及以下电压等级的线路，应采用相应电压等级的核相器（静电电压表）在一次线上直接定相，该方法操作比较简单，但若无相应电压等级的核相器，可按第二种方法进行；第二种是对于220kV及以上电压等级的线路，应采用母线电压互感器二次测电压，用压差法及同期表法进行定相，即间接定相法。间接定相的基本要求如下：
（1）定相所用的两组母线电压互感器需在同一电源下定相一致。
（2）对于定相线路分别带的两组母线电压互感器，相电压、线电压三相应平衡，如果任一相电压不平衡，不得进行定相。
（3）定相时，要检查有关同期回路、同期表，以保证接线正确，若两组母线电压互感器在不同电源下定相一致，说明两线路相序相同。
四、相关保护方向的测量及有关注意事项
1.相关保护方向的测量
为验证保护装置接线是否正确，确保保护装置的正确、可靠动作，新上保护装置或保护二次回路改造后，保护在正式投运前应带负荷测方向。
（1）线路保护的方向测量。因线路冲击送电时已考虑用“送端空出一条母线，投入母联开关过流保护作为线路后备保护”的措施，消除了线路保护因二次接线不正确保护拒动造成事故扩大的隐患，但仍存在因线路保护二次接线不正确带负荷时保护装置误动造成所带负荷停电的可能，为此，在安排新线路保护带负荷测方向时应考虑线路合环的方式，这样，即使在保护装置误动时也不会造成所带负荷的损失。
（2）变压器保护的方向测量。220kV变压器送电时需对差动保护、零序方向过流保护等进行带负荷方向测量，因保护装置接线不正确易造成在带负荷测方向期间保护装置误动作致使所带负荷停电，为防止以上送电事故的发生，在安排新变压器保护带负荷测方向时，应考虑与运行变压器并列带负荷的方式，或与线路合环保护测方向工作相配合等方式，避免造成对用户的停电。对于带旁路开关的接线，不要遗漏对旁路开关代主变开关时的差动保护进行方向测量。
（3）母线保护的方向测量。根据国网典设方案要求，新建220kV变电站三侧母线大都配置了母线保护（对于低压母线为10kV电压等级的未配置），因此，在对新建220kV变电站送电时需对各侧配置的母线保护进行方向测量。因新建220kV变电站高、中压侧大都设计为双母线，在母线设备冲击送电时采用空出一条母线，串母联开关的方式，母线保护的方向测量结合线路或主变带负荷测方向一并进行。
2.有关注意事项
（1）部分新建220kV变电站送电时存在配出工程不能同时投产接带负荷的情况，在编制送电调度措施时，可考虑对该站低压侧配置的电容器送电，用无功负荷电流对相关保护进行方向测量。对于因暂时无配出负荷无法测量方向的保护，须在送电调度措施中加以注明，以便调度运行人员掌握，同时也可以防止在以后的送电调度措施编制中发生遗漏。
（2）当前电网采用的微机保护装置在保护测量时，其二次电流不应小于0.2A，否则将造成测量结果不准确。
（3）对于受端为单线路、单变压器、单母线的变电站送电时不具备合环或并列的条件，容易在带负荷进行保护方向测量时因保护装置误动造成对用户的停电，针对该情况，可在新设备冲击送电正常后，对有关保护（如线路纵差保护、母线保护、主变差动保护等）短时间停用，带负荷测方向正确后，立即投入，但该方式下必须确保相关后备保护投入。
（4）对于配置母差保护的新母线送电前，要求母线上所有开关的电流互感器二次回路均接入母差保护电流回路，投入母差保护所有跳闸压板，将所有馈线开关恢复至运行状态（馈线开关出线侧应未接线），在母线送电没问题后，对于无法带负荷测量母差保护方向的开关，应恢复至冷备用状态。
五、结束语
正确合理的新设备启动送电调度措施是新设备安全顺利送电的基础，新设备启动送电调度措施编制人员应熟练掌握新设备启动送电的工作流程和关键环节，合理安排送电操作步骤，从调度启动送电的“源头”把好关，坚决杜绝调度送电事故的发生，确保新设备启动送电的安全有序以及电网的安全稳定运行。
参考文献：
[1]王世祯.电网调度运行技术[M].沈阳：东北大学出版社，1997.
[2]国家电力调度通信中心.电网调度运行实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2000.
正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量等各个领域中环境较为恶劣，会有各种电磁干扰以及雷电感应产生的强浪涌脉冲。如果采用电压型变送器实现数据通信，由于其易受温度漂移的影响，抗干扰能力差；并且线损会影响其精度，数据传输质量差。因此，在恶劣的工作环境下，采用何种传送器实现控制端远距离有效控制正弦信号发生器是工业现场亟待解决的难题。
上述问题，采用两线制电流型变送器能够很好地解决。这是因为电流型变送器具有以下优点：
（1） 不易受寄生热电偶、沿电线电阻压降和温漂等影响，可用便宜的细导线实现数据传输；
（2） 在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响；
（3） 信号传输距离远，可节省大量电缆线和安装费用[2]。
本文设计并完成了利用二线制电流型电阻变送器实现远距离控制DDS直接频率合成芯片AD9851的目标，使其随输入电阻在1～2 kΩ范围内变化而相应产生1～2 MHz的正弦信号。
1 系统总体设计
系统为基于二线制电流型变送器控制的正弦信号发生器。变送器输入电阻在1～2 kΩ的范围内变化时，其对应的输出电流在4～20 mA范围内变化；然后控制正弦信号发生器产生1～2 MHz范围内变化的正弦信号，并显示输入电阻值、输出频率值。因此，系统包含了二线制电流型电阻变送器、MCU MSP430F4260、正弦信号发生器AD9851、LCD显示器等功能模块，如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 二线制电流型电阻变送器设计
采用运算放大器LM358、三极管、可调电阻组成输入为1～2 kΩ、输出为4～20 mA的二线制电流型电阻变送器。该变送器的输出端串联一个250 Ω的电阻，使其输出端由电流信号转换成相应的电压信号，即4 mA×250 Ω=1 V，20 mA×250 Ω=5 V，最后变送器输出1～5 V的电压信号，这样便于AC/DC转换。
其电路如图2所示。
2.2 正弦信号发生器设计
正弦信号发生器采用美国AD公司生产的DDS频率合成芯片AD9851。该芯片是一款高度集成的器件，采用先进的DDS技术，内置一个高速、高性能的10 b数模转换器和比较器，共同构成数字可编程频率合成器和时钟发生器。A。其电路原理图如图3所示。
2.3 系统微控制器设计
系统微控制器采用MSP430F149，该芯片是美国TI公司推出的一款低功耗、高集成、高性能的单片机，特别适合于电池应用或手持设备。MSP430F149包含了一个硬件乘法器，48个I/O口，1个精确的模拟比较器，2个具有捕捉/比较寄存器的定时器，8路12位A/D 转换器，片内看门狗定时器，2个硬件串行通信接口，60 KB的FLASH ROM和2 KB的RAM，特别适合于片上系统设计[4]。其电路设计如图4所示。
2.4 系统电源设计
系统采用220 V交流输入、双12 V交流输出的线性电源；然后把双12 V交流输出进行串联，经桥式整流，输出约30 V的直流电压，给系统供电。其电路图如图5所示。
3 系统软件设计
系统软件包含A/DC转换模块程序、向AD9851写入的32位的频率调谐字以及LCD显示3部分。
3.1 系统流程图
系统先对变送器的输出电压进行A/DC转换，根据其转换值，推算出向AD9851写入的对应32位频率调谐字和AD9851所产生正弦波的频率值；然后LCD显示输入电阻值、输出频率值；最后，微控制器MSP430F149向AD9851写入相应的32位频率调谐字，使其产生所需的正弦波信号。系统流程图如图6所示。
3.2 系统程序设计
（1） A/DC转换子程序
void lint_SD16（void）
{
16CTL=SD16SSEL_1+SD16XDIV_3；
SD16CCTL0=SD16UNI+SD16IE；
SD16INCTL0=SD16INCH_0；
SD16AE=SD16AE0；
SD16CCTL0|=SD16SC；
}
（2） AD9851频率控制字写入子程序
void SetFreq（void） //DDS设置频率
{
unsigned char i；
DDS_port = paraSet[0]； //输入高8位
DDS_clk_H；
for（i=200；i>0；i--）；
DDS_clk_L；
for（i=200；i>0；i--）；
DDS_port = paraSet[1]；
}
4 结果及分析
4.1 实验结果测试数据
实验结果测试数据如表1所示。
4.2 数据分析
（1） 实际测试结果表明，系统输入端电阻在1～2 kΩ的范围内变化时，其对应的输出电流在4～20 mA范围内随之改变，DDS频率合成芯片AD9851产生1～2 MHz的正弦波信号。
（2） 电流误差范围为0.01 mA，不会受负载及环境温度变化的影响。
（3） 计算电阻、频率的非线性度
电阻非线性度：
[ΔR?MAX=（2 000.8-2 000.0）1 000×100%=0.08%]
频率非线性度：
[ΔF?MAX=（1 498.9-1 498.0）1 000×100%=0.09%]
因此，电阻与频率非线性度均小于0.1%，整个系统性能指标非常优良。
（4） 经实际测试，系统远距离传输可达240 m。
参考文献
[1] 杨萍，兀旦辉，杨良煜.DDS技术在正弦信号发生器中的应用[J].计算机测量与控制，2008，16（11）：1738?1740.
[2] 张锋.单片机控制的二线制变送器的设计与实现[J].茂名学院学报，2005，15（6）：61?63.
[3] Analog Devices. AD9851 [EB/OL]. [2004?02?22].
http：//analog.com/static/imported?files/data_sheets/AD9851.
[4] Texas Instruments. MSP430F149 [EB/OL]. [2010?05?10]. http：// wenku.baidu.com/view.
【关键词】胶带输送机；变频调速；煤矿
在煤矿生产中，胶带输送机是的最主要的运输工具，该系统的正常运行直接影响矿井正常生产和生产效率。因此主井胶带输送机的稳定运行就显得尤为重要。而煤矿安全规程规定，胶带输送机必须加设软起动装置，这使得变频技术在煤矿生产中应用越来越广泛。
1 变频调速技术在胶带输送机上的特点
胶带输送机的皮带是个弹性体，在起动时皮带会积蓄大量能量，随后，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力并逐渐达到最大值并引起皮带断裂。因此，胶带输送机起动、停止的过程是一个不稳定的工况，为减小胶带输送机这一起动特性，系统应加装软起动装置，运用变频器对胶带输送机进行驱动，通过电机的慢速起动，带动胶带输送机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放。变频器的引入可使系统平稳起停，减小皮带上张力值，还可匹配其具备的S型加速、减速时间这样可将胶带输送机起停时产生的冲击减至最小。
另外，应用变频技术后，因为变频器的起停时间可在1S～3600S任意可调，而胶带输送机起停时间可根据现场情况具体设定，可延长胶带输送机的起动时间，从而大大降低胶带输送机起停时的不稳定，大大降低胶带机皮带表面张力，大大减少机械系统设备的损耗，尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长。
功率平衡
煤矿井下胶带输送机系统大多为双滚筒驱动或多滚筒驱动，系统为每个滚筒配备一台电机。根据设计要求，应保证系统内部各滚筒能够同步起停，同时为了保证系统的运输能力，应尽量保证各滚筒之间的功率平衡。因此，应用变频器对皮带机进行驱动，通过调节变频器输出的驱动电机的电流差值的大小来调整每台电机的转速差值，各电机电流值逐步趋于平衡。这便形成了一个动态的功率平衡系统。
平稳的重载起动
煤矿胶带输送机系统必须必须考虑“重载起动”以保证在输煤过程中任意一刻可以随时立即停车和重新起动。采用无速度传感器矢量控制方式低频运转可输出1.5～2倍额定转矩。“重载起动”重载起动特性见下图：
验带功能
低速验带功能是胶带输送机检修的主要要求，变频调整系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电机工作在 5%～100%额定带速范围内的任意带速。
降低皮带带强
采用变频器驱动之后，由于变频器的起动时间可在1S～3600S可调，通常胶带输送机起动时间在60S～200S内根据现场设定，胶带输送机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资 在实际应用过程中，由于降低了起动冲击，胶带输送机机械系统的设备损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长。
自动调速
节电效果明显 变频器配合煤流传感器可以根据负载轻重自动调节皮带速度，节电的同时还减少了皮带的磨损。
节能 引入变频机驱动后还能降低胶带输送机的能耗。
通常机械系统设计中电机的设计功率要比电机的实际满载功率要大，预留的裕量较大。而电机只有在接近满足时其功率因数才最佳，实际应用中功率因数很低。采用变频技术驱动电机后，可大大改善上述情况，使功率因数达到0.9以上。
传统胶带输送机系统采用液力耦合器来实现传动，其本身的传递效率不高。采用变频技术驱动后，去掉了液力耦合器的环节，系统的传递效率比传统可提高5%～10%。
另外，应用变频器的自动稳压功能，可减少由于矿井离变电站距离较远，不同时段电压波动较大给系统带来的影响，也有部份节能作用在匹配煤流传感器后，还可自动依据煤流大小自动调速。
2 变频器选型
（1）煤矿井下开采作业的环境特点是：作业空间狭小、潮湿空气中含有瓦斯粉尘等易燃易爆炸成分；按照煤矿安全规程的要求，在煤矿井下采掘工作面使用的电气设备和控制设备，必须是隔爆型或本质安全型设备。
（2）充分考虑电气爬电功率器件散热安全控制等技术问题。如果采用水冷，还需要考虑变频器对水质的要求，避免因水质问题影响变频器的散热
（3）防护等级的选择 从变频器的防护等级来看，有IP00的，IP20 的，也有IP54的等等，要根据现场环境情况作出相应的选择 矿用变频器由于使用环境限制一般需采用IP54以上高防护等级的变频器IP。
（4）变频器的容量选择 在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。
根据经验公式可知变频器的额定电流应满足：
I变≥（1.05-1.1）IN或I变≥（1.05-1.1）IMAX
I变――变频器的额定电流
IN――驱动电机的额定电流
IMAX――驱动电机实际运行的最大电流
按容量选择时，则变频器容量应满足
P变≥1.732KINUN10-3（kVA）
UN――驱动电机的额定电压
K――安全系数，通常取（1.05-1.1）
对变频器额定电流的选择必须兼顾变频器的容量和变频器的额定电流，否则会造成变频器过载烧毁。由于胶带运输机经常处于频繁启动制动工作负载惯性很大，启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈，而且重载启动且较频繁，为利于变频器长期安全地运行，应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡并配合制动单元消除回馈电能。
I变≥1.3IN
P变≥1.732KINUN10-3（kVA）
K――安全系数取1.5
在变频器的选型时还应注意，相同设备配用的变频器的规格应尽可能统一，便于备品备件的准备，便于维修管理 选用时还要考虑生产厂家售后服务质量情况。
3 结束语
实际应用表明，变频调速技术的引入以其特有的软启动特性不仅减小了皮带的张力，使胶带输送机以较平稳的工况起动、停止，而且增加了系统的可靠性，减少了胶带传输系统的维护和磨损。变频调速技术是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。
【参考文献】
[1]方大千.变频器、软起动器及PLC实用技术问答[M].北京：人民邮电出版社，2007.
【关键词】轨道电路；工作原理；调试过程
虽然目前25HZ相敏轨道电路设备被广泛使用，但是在维修和施工的过程由于工作人员的操作不当留下了很多安全隐患，因此对25HZ相敏轨道电路设备进行整体的调试是一项很重要的任务。
一、25HZ相敏轨道电路的概述
铁路信号的控制就是用轨道电路完成的，它能够检测出列车的具体方位并控制信号机，通过它能够将地面信号传递给机车，从而控制列车的运行。轨道电路的导体就是铁路上的两根钢轨，当轨道上没有机车时，也就是轨道电路空闲时，钢轨和轨道继电器就会通上电流，将轨道继电器吸起从而信号开放；当轨道上有列车时电流就通过车辆轮对将电路分路。97型25HZ相敏轨道电路设备的基本构成。①送电端的构成：送电扼流变压器、轨道变压器、保险和电阻；②受电端构成：受电扼流变压器、轨道变压器、保险、电阻、轨道继电器、防雷以及防护盒。除此之外97型25HZ轨道电路的轨道电源和局部电源分别有独立的分频器给线圈供电。
二、25HZ相敏轨道电路的特点以及工作原理
1.25HZ相敏轨道电路的特点
①扼流变压器的种类增多。扼流变压器原本只有400A这一种类型，后又增加了600A和800A，这三种类型分别供给侧线、正线以及靠近牵引变电所的区段。
②系统的抗干扰能力提高。要尽可能降低干扰电流的侵入量，如果存在没能避免了的侵入量，就要尽量降低其干扰的作用。另外，如果侵入的电流造成继电器的波动，就要尽可能的将波动所造成的影响不涉及到其它的电路中。
③二元二位继电器的性能提高。通过优化磁路的设计水平提高之后，二元二位继电器的性能也有很多提高：返还系数提升到0.55；后接点压力提升到了20g；消除了翼板碰撞外罩导致的卡阻问题。
④极限长度提高。首先，提高送电端的输入阻抗，将送电端的限流电阻增加到4.4，匹配变压器的变比降为15；其次分频器也进行了改进，25 Hz分频器输出电压的允许波动范围，由正负5%降低到正负3%。
⑤将不设扼流变压器的送、受电端取消。通过实验发现，不设扼流变压器时的轨道继电器的受干扰程度远远高于设扼流变压器，因此要将有回归电流的区段不设扼流变压器的送、受电端取消。
⑥引接线转为等阻线。将连接钢轨的引接线设计为等阻线，这种做法能使扼流变压器外部的连接方式得到改善，将不平衡的系数掌握在1%以内，进而将牵引电流回归系统的不平衡系数降到最低。
2.25HZ相敏轨道电路的工作原理
25HZ相敏轨道电路的信号电源是由铁磁分频器传输的，采用的是二元二位的继电器，这种继电器的轨道线圈是由送电端25HZ轨道电源进行供电，局部线圈是由局部分频器进行供电。轨道继电在运行的时候，绝大多数功率都是通过局部电源取得的，所以轨道电路的控制距离可以增加，并且只有轨道继电器上的电压和局部线圈电压之间的相位角接近90度的时候转矩最大，否则翼片不能旋转，带不动接点动作，因此25HZ相敏轨道电路既有相位的选择性，又有对频率的选择性。当轨道线圈和局部线圈的电压达到要求的时候，GJ会被吸起，就代表了轨道电路空闲，当轨道上有机车运行时，GJ就会落下，因此25HZ相敏轨道电路的抗干扰能力比较强，适用于交流电力牵引区段。
三、97型25HZ相敏轨道电路调试的过程
1.准备工作
1.1首先要检查所调位置的室内外设备安装与设计是否匹配，主要核对极性绝缘与绝缘节的位置关系，以及导接线和跳线打接的情况。
1.2调查表的制作。在制作调查表的时候要考虑下面几个问题：①一送几受。②是否有到发线中间出岔。③分支长度、区段长度及数量。④空扼流、送电端扼流变压器、受电端扼流变压器三者的配置。
2.初步调试
2.1调试部位：①电压：送端限流电阻、送端变压器、受端调整电阻及受端变压器。②相对角：空扼流处可调电容、端扼流变压器调整线圈及空扼流调整线圈。
2.2调试的步骤。首先对相位角进行调整，然后是电压，调整电压的时候要保证两动两不动的政策：动就是送端变压器和受端电压器，不动就是送端限流电阻和受端变压比一旦确认就不能再改变。
2.3调试的方法：①依照调试表选择送端限流电阻值以及受端变压器变比并且固定。②选择一个符合要求的送端输出电压，同时用相位表检测轨道电路局部与轨道线圈的相位角。③如果遇到有空扼流的区域，要在Vb稳定的时候调节可调电容，使V测最大的电容值为调整的值。④当扼流轨道电路的相位角同90°的正常值相比正负超过5%时，就应该对扼流变压器线圈的接入位置进行调整。通常要根据实际情况选择正反串入线圈匝数，短区域使用正串，长区域则使用反串。需要我们注意的是，送端调整线圈和受端调整线圈的匝数及接入形式不能有太大的差别。当相位角低于90°，而且调整线圈正串的最大限度仍然达不到要求时，要调整Vb、Rs，以保证继电器的有效电压VJ达到相关要求。⑤残压的调试。当遇到叠加发码的区段，测试值为叠加发码时的测试值，要保证残压达到相关标准。
3.再次调试
在25HZ相敏轨道电路投入使用后的两三个月内，要实时监测相位角和VJ的情况，尤其是在雨季以及久晴的天气，因为雨季的漏泄比较大，VJ趋于下限；长时间的晴朗天气会导致漏泄较小，VJ趋于上限。再次调试工作依然要对残压进行检测。
轨道电路是铁路运输中一个非常重要的环节，因此不能出现一点差错，调试工作能有效检查出电路中存在的安全问题，增强轨道电路总体的稳定性。
参考文献：
[1]袁孝均.97型25Hz相敏轨道电路的测试和调整[J].铁道通信信号，2006，（12）：25-27.
[3]王战国，屈瑞鹏，王社教.25Hz相敏轨道电路的测试与调整[J].铁道通信信号，2004，（03）：28-30.
控 制 统设 计
系
目录
1．系统控制要求 ······························································································ 4 2．系统硬件设计 ······························································································ 4
2.1 方案论述····························································································· 4 2.2 主要控制器件选择 ················································································ 6
2.2.1 PLC的选择 ················································································· 6 2.2.2变频器的选择 ·············································································· 7 2.2.3温度变送器的选择 ········································································ 8 2.2.4流量变送器的选择 ········································································ 9 2.2.5 压力变送器的选择 ······································································· 9 2.2.6液位变送器的选择 ······································································· 10 2.2.7 触摸屏的选择 ············································································ 10 2.2.8 A/D模块的选择 ·········································································· 11 2.2.9 D/A模块的选择 ·········································································· 12 2.3 系统其它设备及元器件规格 ··································································· 14 2.4 系统电气原理 ····················································································· 14 3．系统软件设计 ····························································································· 16
3.1 变频器配置 ························································································· 16
3.1.1 变频器配置参数 ········································································· 16 3.1.2 FR-D700系列的操作面板 ······························································ 17 3.1.3 变频器的运行模式 ······································································ 18 3.2 PLC程序设计 ····················································································· 19 3.3 触摸屏界面设置 ·················································································· 20 4．安全文明规范操作 ······················································································· 26 5．系统安装与调试 ·························································································· 26
5.1 系统安装···························································································· 26 5.2 系统调试···························································································· 26
5.2.1 硬件调试 ·················································································· 26 5.2.2 软件调试 ·················································································· 27
6．总结 ········································································································· 27 7．附录 ········································································································· 28
2
摘要
【摘要】随着科技的发展社会的进步，人们对工业控制的要求越来越高。本文主要介绍了如何利用触摸屏、变频器、PLC 、AD 模块、DA 模块与各种变送器设计出过程控制系统。利用该系统来准确、及时、有效的控制温度、压力、流量和液位。
【关键词】过程控制；触摸屏；变频器；PLC ；PID 运算。
3
1、系统控制要求
液位、压力、流量过程控制系统由一台帕斯卡微泵驱动，该泵的速度利用三菱PLC 由PID 指令运算产生的数字量经D/A转换成的模拟量控制，以实现恒液位、恒压力、恒流量；恒温度过程控制采用加热棒控制。
（1）系统配置：PLC （含 D/A、A/D模块） 、变频器、触摸屏、帕斯卡微泵、液位计变送器、压力变送器、涡轮流量变送器、温度变送器。
（2）系统连接：从工作台的电源板用安全插线引出电源到电源端子排，变频器连接 PLC的 D/A ，触摸屏利用串口通讯连接 PLC ，用于参数设定及显示，压力、流量、液位及温度传感器与A/D模块连接。
（3）触摸屏界面编制：开关、指示灯在触摸屏第一页显示，液位、流量、压力、温度在此页面选择。液位、流量、温度、压力页面分别显示每个传感器所对应的实际值、设定值和对P 、I 、D 的设置。
2、系统硬件设计
2.1 方案论述
本系统通过PLC 、变频器实现了对电动机的转速控制，并通过触摸屏实现了实际设定和实测数值的显示。通过编写程序使得PLC 输出变频器的启动信号，同时通过PLC （A/D模块）的运算处理把通过液位传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器采集的这一模拟量（电流）转换成数字量输入，PLC （D/A模块）通过运算输出启动信号和频率信号转换成的模拟量（电流信号）给变频器，变频器按照给定的频率信号，实时输出不同频率的电流从而改变电机的转速， PLC和触摸屏进行通讯，把传感器读出的这一数据量通过PLC 运算在触摸屏上进行显示。本系统是实时信号输入，实时反馈信号，并且实时显示数据值。
该系统的主要硬件配置为PLC 、变频器、触摸屏、SBWZP 型温度变送器、LWGY-A 型涡轮流量传感器、AOB-131型压力变送器、GB2100A 型液位传感器、加热棒各一个和一台三相异步电机，其框图如图2-1所示, 其软件流程图如2-2所示。
4
图2-1 系统主要硬件
5
图2-2软件流程图
2.2 主要控制器件选择
2.2.1 PLC的选择
由于此控制系统采用液位传感器、压力变送器、流量传输器、温度变送器对水位、水压力、水流量、水温进行实时测量，并根据设定值计算控制电机的转速、加热棒加热时间，并将此数值和温度值反馈至触摸屏加以显示。因此，在选择PLC 时，要考虑PLC 的功能是否满足题目要求，而且在在根据实验室的现有设备，
6
本系统选择了FX3U 系列的PLC ，FX3U 系列PLC 是FX2N 系列的升级产品，具有功能强大、速度快、容量大、性价比高等特点完全满足此控制系统的控制要求。PLC 另外承担的任务是通过输出点的开关信号控制变频器的启停、脉冲信号控制继电器的闭合，因此在选择PLC 输出点类型时，采用继电器、晶体管输出型均可，综上所述，采用实验室现有的PLC 型号：FX3U-32M 作为系统的控制器，各部位名称如图2-6所示。
【1】 上盖板 【2】 电池盖板 【3】 连接特殊适配器
用的卡扣
【11】 连接扩展设备用的连接器盖板
【4】 功能扩展板部分的
空盖板 【5】 RUN/STOP开关
【6】 连接设备用的连接口 【7】 安装DIN 导轨用的卡扣
【13】 显示输出用的LED 【12】 显示运行状态的LED 【9】 显示输入用的LED 【10】 端子排盖板
【8】 型号显示
图2-6三菱FX3u 型PLC-32MR 的各部位名称
三菱FX3u-32M 型PLC 的主要特点有可编程控制器上直接接线的输入输出（最大256点）和网络（CC-Link ）上的远程I/O（最大256点）的合计点数可以扩展到384点；输入输出的扩展设备可以连接FX3u 系列的输入输出扩展单元/模块；可以通过内置开关进行RUN/STOP的操作，也可以从通用的输入端子或设备上发出RUN/STOP的指令；通过计算机用的编程软件，可以在可编程控制器RUN 时更改程序。 2.2.2变频器的选择
变频器在此控制系统中主要根据实际反馈的数值对三相导步电动机进行调速，根据系统设计方案中，采用变频器的模拟量输入功能即可满足题目要求，对变频器的其他功能没有太高要求，普通变频器即可满足要求。因此，选择实验室现有的变频器型号：FR-D700。
变频器频率给定通道有两种选择方案，一种是采用外部输入模拟量信号给定，即通过变频器的模拟量端子从外部输入模拟量信号（电压或电流）进行给定，
7
并通过调节模拟量的大小来改变变频器的输出频率。需要PLC 连接D/A特殊功能模块，优点：PLC 程序编制简单方便、工作稳定。缺点：在大规模生产线中，控制电缆较长，尤其是D/A模块采用电压信号输出时，线路有较大的电压降，影响了系统的稳定性和可靠性。另一种是采用端子脉冲给定，即通过变频器的特定的高速开关端子从外部输入脉冲序列信号进行频率给定，并通过调节脉冲的频率来改变变频器的输出频率。由PLC 输出点产生可调脉冲，要求PLC 的输出类型为晶体管型，且输出脉冲频率达50KHZ 。
根据以上分析及实验室现有条件，采用外部输入模拟量（电流）信号作为变频器的频率给定通道。
变频器与PLC 的接线如图2-7所示，变频器的STF 接控制电机的线圈Y6、SD 接公共端COM2，变频器的U 、V 、W 分别接电机的三根相线，因为变频器的模拟量输入我们用的是电流输入，而且是通道一，所以变频器的4端与D/A模块的IOUT1相接，5接公共端COM1。并且在D/A模块和变频器接线的时候用的线是屏蔽线，这样能够很好的避免电压信号的干扰。
图2-7 变频器与PLC 的接线
2.2.3温度变送器的选择
热电偶温度变送器的工作原理是，两种不同成分的导体两端经焊接、形成
回路，当测量端和参比端存在温差时，就会在回路中产生热电流，接上显示仪表，仪表上就指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。
根据实际情况的设备，本文所选的温度变送器的规格如表2-1所示。
表2-1 温度变送器规格表
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2.2.4流量变送器的选择
涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。
其工作原理：流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电信号，此信号经过处理后，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。
根据实际情况的设备，本文所选的温度变送器的规格如表2-2所示。
表2-2 流量传感器规格表
2.2.5 压力变送器的选择
压力变送器主要由测压原件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20MADC等）， 以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
工作原理:当压力信号作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经差分放大和输出放大器放大，最后经电流转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4-20MA 标准电流输出信号。
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根据实际情况的设备，本文所选的温度变送器的规格如表2-3所示。
表2-3 压力变送器规格表
2.2.6液位变送器的选择
S18UIA 工作原理：可分为四个区域，最小和最大工作范围，近限和远限设定点。
（1）检测物体在最小和最大工作范围内，电源指示灯变为绿色，代表物体在可工作区域内；
（2）检测物体在近限和远限设定点内，信号指示灯变为黄色，代表物体在 设定点范围内，有信号输出；
（3）检测物体在最小和最大工作范围外，电源指示灯变为红色，信号指示灯变为白色，代表物体在工作范围外，无信号输出。
根据实际情况的设备，本文所选的液位传感器的规格如表2-4所示。
表2-4
液位变送器规格表
2.2.7 触摸屏的选择
触摸屏的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点
10
坐标，再送给CPU ，它同时能接收CPU 发来的命令并加以执行。在此控制系统中，触摸屏提供系统的启动与停止信号并设定P 、I 、D 值和所需的数值，显示实际中的设定值和传感器的输入值，因此，普通的触摸屏便可满足要求，选择了实验室内现有三菱GT15触摸屏，该触摸屏具有表现力丰富的字体、语言切换画面制作简单、支持USB 接口/FA透明传输等特点，并能同时让电脑监测程序运行状况，提高了工作效率，缩短了启动与调试时间，完全满足此系统的控制要求。 2.2.8 A/D模块的选择
A/D模块的外部联接则需根据外界输入的电压或电流量不同而有所不同，选择分辨率为12位的A/D模块。 由需要四路输入方可满足要求，因此，选择了FX2N-2AD 作为模拟量的输入模块。FX2N -2AD有2个输入通道，分别为通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以进行A/D转换，输入的模拟值范围，电压为 DC-10V ～ +10V，DC0V ～ +5V， DC-4MA ～+20MA，分辨率为2.5MV,1. 25MV ，4uA 。
D/A转换模块提供了12位高精度分辨率（包括符号）；2通道电压输入（DC0～+10V，DC0～+5V）或电流输出（DC4～+20MA）；对每一通道，可以规定电压或电流输入。FX2N —2AD 模拟量输入模块的性能见表2-5。
表2-5 FX2N—2DA 模拟量输入模块的性能
A/D转换的关系有电压和电流输入两种形式，本系统设计采用电电流输入模式。其转换关系如图2-8所示
;
图2-8 A/D转换的关系
FX2N —2AD 的缓冲寄存器（BFM ）分配见表2-6
表2-6 FX2N—2AD BFM分配表
BFM#0：由BFM#17(低8位数据) 指定的通道的输入数据当前值被存储。当前值数据以二进制形式存储。BFM#1：输入数据当前值（高端4位数据）被存储。当前值数据以二进制形式存储。BFM#17：b0进行模拟到数字转换的通道(CH1,CH2)被指定。当b0由10时，通道CH2A/D转换开始。当b1由10时，通道CH1D/A转换开始。 2.2.9 D/A模块的选择
D/A模块的作用是将数字量转换成模拟量的装置，此模拟量作为变频器的频率给定，为了提高设定与运行速度曲线的平滑度和精度，选择分辨率为12位的D/A模块。由于只需要一路输出便可满足要求，因此，选择了FX2N-2DA 作为模拟量的输出模块。FX2N -2DA 有2个输出通道，分别为通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以进行D/A转换，输出的模拟值范围，电压为 DC0V ～
+10V，DC0V ～ +5V， DC4MA ～+20MA，分辨率为2.5MV ,1. 25MV，4uA 。
D/A转换模块提供了12位高精度分辨率（包括符号）；2通道电压输出（DC0 V ～+10V，DC0V ～+5V）或电流输出（DC4 MA～+20MA）；对每一通道，可以规定电压或电流输出。FX2N —2DA 模拟量输出模块的性能见表2-7。
表2-7 FX2N—2DA 模拟量输出模块的性能
D/A转换的关系有电压和电流输出两种形式，系统设计采用电流输出模式。其转换关系如图2-9所示，
图2-9 D/A转换的关系
FX2N —2DA 的缓冲寄存器（BFM ）分配见表2-8。BFM#16用于写入由BFM#17通道指定标注位指定的通道输出的D/A转换数据值，数据值按二进制形式保存，这样可以有利于保存低八位和高四位数据分两部分保存。在BFM#17中，当b0由10时，通道CH2D/A转换开始。当b1由10时，通道CH1D/A转换开始。当b2由10时，D/A转换的低八位数据保持。
表2-8 FX2N—2DA BFM分配表
2.3 系统其它设备及元器件规格
该系统除了PLC 、D/A模块、A/D模块、变频器、触摸屏、传感器等，还用到了一些其它设备及元器件，其名称、规格型号和数量见表2-9。
2.4 系统电气原理
根据系统原理的需要，绘制了电气原理图如图2-6。其中空气开关用到四个。QF1用于给整个系统供电，并在系统内部出现短路现象时给系统断电的功能，实现了保护系统元器件的作用。QF2用于给变频器供电并且保护变频器, 变频器的U 、V 、W 端子和电机相接用于给电机不同频率的电压。QF3用于给PLC 和触摸屏供电并在特殊情况下保护PLC 和触摸屏。QF4用于给24V 电源模块供电。变频器的STF 、SD 端子和PLC 的Y0、COM1端子依次相接，COM1、SD 是公共端子。A/D模块的输入端口和温度、压力、液位、流量传感器相接，实现了实际环境中温度、压力、液位、流量的采集，通过模拟转换成数字。PLC 端口控制加热棒的加热时间，D/A模块输出端口和变频器模拟量给定端口相接，实现了通过PLC 改变电机转速的功能。电气原理图如图2-10所示。
关键词 压力变送器；示值误差；不确定度
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0184-02
1 概述
1.1 测量方法
将压力变送器与测量标准相连，电流输出端与1281数表电流端相连。在与变送器相连的活塞上加相应的产生压力的砝码，这时1281数表显示相应的电流输出值。
1.2 测量依据
JJG882-2004《压力变送器检定规程》。
1.3 环境条件
温度（20±5）℃，温度波动每10min变化不大于1℃；相对湿度：45%～75%。
1.4 测量标准
标准活塞式压力计，准确度等级：±0.02%。
1.5 测量对象
压力变送器。压力范围：（-0.1～250）MPa；电流输出：（4～20）mA；准确度级：0.0075级、0.1级、0.2级、0.5级。
2 数学模型
压力变送器示值误差的数学模型为：
（1）
式中：ΔI—变送器的示值误差，mA；
Im—变送器输出电流值，mA；
IF—变送器电流输出量程，mA；
pF—变送器压力输入量程，MPa；
ps—活塞压力计标准压力值，MPa；
I0—变送器输出起始值，mA。
3 不确定度来源
被测压力变送器示值标准不确定度u(Im)
①压力变送器电流输出值多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(ΔIi)。
②1281数字多用表的示值误差引入的标准的不确定度分量u(I1)。
③1281数字多用表电流档的温度影响引起的标准不确定度u(I2)。
活塞压力计示值误差引入的标准不确定度u(ps)
①标准活塞压力计的准确度引起的不确定度分量u1(ps)。
②标准活塞压力计的活塞下端面与压力变送器感压面位置差引入的标准不确定度分量u2(ps)。
4 标准不确定度分量的评定
1）压力变送器电流输出值多次重复性测量引起的标准不确定度分量u(ΔIi)。
在整个压力量程范围内均匀选取5个压力点，进行了3个循环的检定，其检定数据见表1。
根据检定数据，示值误差及由示值重复性引入的标准不确定度分量见表2。
MPa
自由度：l(2m-1)=5×(2×3-1)=25
不确定度类型：A类
概率分布：正态分布
2）1281数字多用表的示值误差引入的标准的不确定度分量u(I1)。
由说明书知，1281数表直流电流档100 mA的误差为±（0.01%RD+0.002%FS），在评定时取示值误差的最大值，压力变送器的输出电流的最大值为20 mA，则由数表所引入的标准不确定度为：
u(I)=(20×0.01%+100×0.002%)/2=0.002mA
不确定度类型：B类
概率分布：正态分布
3）1281数表电流档的温度影响引起的标准不确定度u(I2)。
由说明书知，1281数表电流档的温度影响为±1×10-5mA/℃，当实验室温度偏离工作温度2℃时，a=2×1×10-5=2×10-5 mA，包含因子k=，则温度影响引入的不确定度分量u(I2)为：
u(I2)=a/k=0.000012 mA
不确定度类型：B类
概率分布：均匀分布
4）标准活塞压力计的准确度引起的不确定度分量u1(ps)。
由标准活塞压力计的检定证书知，标准活塞压力计的准确度等级为0.02级，检定上限为500 kPa的压力变送器时，其最大允许误差为±0.02%×500=±0.1kPa，即半宽度最大值a=0.1 kPa，包含因子k=2，则标准活塞压力计所引入的不确定度分量u1(ps)为：
u1(ps)=a/2=0.05 kPa
不确定度类型：B类
概率分布：正态分布
5）标准活塞压力计的活塞下端面与压力变送器感压面位置差引入的标准不确定度分量u2(ps)
u2(ps)=ρgΔh/ （2）
介质为氮气，可以认为氮气介质的密度与压力近似成正比，氮气最大密度产生在检定压力点500 kPa时，通常情况下，氮气密度大致为1.25 kg/m3，则在检定压力点500 kPa时，氮气密度为7.5 kg/m3。检定前调整活塞压力计与压力变送器感压而位置，使其高度差不超过5 mm，按均匀分布处理，则
u2(ps)=7.5×9.7944×0.05/=0.00021 kPa
u2(ps)的自由度。
不确定度类型：B类
概率分布：均匀分布
5 合成标准不确定度的评定
由于被测压力变送器示值标准不确定度和活塞压力计示值是相互独立的，根据不确定度传播定律，压力变送器示值误差合成标准不确定度为：
（3）
由数学模型可得灵敏系数，
mA/kPa代入式（3）中，得
5.1 标准不确定度汇总表
5.2 合成标准不确定度
综上所述，合成标准不确定度为
mA
6 扩展不确定度
取k=2，扩展不确定度：U=kuc(ΔI )=0.0052 mA
表示成相对扩展不确定度：Urel=0.033%
7 校准和测量能力（CMC）
压力变送器是使用0.02级活塞式压力计可校准的最佳被测压力变送器，因此该项目的CMC为：（-0.1～250）MPa，U=0.0052 mA，k=2或Urel=0.033%，k=2。
参考文献
[1]王英.旋光仪测量结果不确定度的评定[J].计量与测试技术,2007,02.