第八章 現場總線設備8.1

現場總線儀表的特點2023/9/232全數字性；精度高；抗干擾能力強；內嵌控制功能；高速通信；多變量測量和傳輸；系統綜合成本低；真正的可互操作性；真正的分散控制兩種通信方式精度的比較2023/9/2338.1現場總線儀表的特點8.2

現場總線儀表的分類2023/10/24現場總線儀表是指連接在現場總線上的各種儀表或設備，按功能可分為六類：變送器類：壓力變送器、溫度變送器等；執行器類：氣動執行器、電動執行器等；轉換器類：現場總線/電流轉換器、現場總線/氣壓轉換器等；接口類：計算機和控制器與現場總線之間的接口儀表或設備；電源類：現場總線儀表供電電源；附件類：總線連接器(網橋)、終端器、中繼器等。本質安全型(Intrinsic

safety)儀表2023/10/25又叫安全火花型儀表。它的特點是儀表在正常狀態下和故障狀態下，電路、系統產生的火花和達到的溫度都不會引燃爆炸性混合物。它的防爆主要由以下措施來實現：采用新型集成電路元件等組成儀表電路，在較低的工作電壓和較小的工作電流下工作；用安全柵把危險場所和非危險場所的電路分隔開，限制由非危險場所傳遞到危險場所去的能量；儀表的連接導線不得形成過大的分布電感和分布電容，以減少電路中的儲能。該型儀表的防爆性能，不是采用通風、充氣、充油、隔爆等外部措施實現的，而是由電路本身實現的，因而是本質安全的。它能適用于一切危險場所和一切爆炸性氣體、蒸氣混合物，并可以在通電的情況下進行維修和調整。但是，它不能單獨使用必須和本安關聯設備（安全柵）、外部配線一起組成本安電路，才能發揮防爆功能。8.3

現場總線變送器類儀表---現場總線差壓變送器電容式差壓傳感器工作原理2023/10/26電源隔離顯示控制器振蕩器EEPROM本機調整電源信號整形CPUEEPROMPROMRAM通信控制器EEPROM信號隔離信號變送器2023/10/27顯示板LD302壓力變送器硬件構成框圖傳感器組件板 主電路板8.3

現場總線變送器類儀表---現場總線差壓變送器LD302現場總線壓力變送器內裝模塊圖折線塊輸入選擇塊模擬輸入塊計算塊PID塊累積塊顯示塊資源塊傳感器轉換塊2023/10/28輸入硬件功能塊應用LD302現場總線壓力變送器控制應用現場總線前向通路反向通路AIPIDAO前向通路2023/10/29LD302CAS_ININTOTOUTBKCAL_INBKCAL_IN執行器串級結構TT302現場總線溫度變送器2023/10/2108.3

現場總線變送器類儀表---現場總線溫度變送器熱電阻連接的三種方法8.3

現場總線變送器類儀表---現場總線溫度變送器2023/10/2118.4

現場總線執行器類儀表---現場總線閥門定位器現場總線閥門定位器工作原理2023/10/2128.5

現場總線信號轉換類設備---電流-現場總線轉換器IF302外形及外接線圖2023/10/2138.5

現場總線信號轉換類設備2023/10/214---電流-現場總線轉換器IF302硬件構成框圖8.5

現場總線信號轉換類設備2023/10/215---現場總線-電流轉換器FI302硬件構成框圖8.5

現場總線信號轉換類設備---現場總線-電流轉換器輸出電路板和外部接線2023/10/2168.5

現場總線信號轉換類設備---現場總線-氣壓轉換器2023/10/2178.6

現場總線指示記錄類設備Rosemount

752遠程指示儀2023/10/2188.7

現場總線接口類設備Smar

DFI302現場總線通用網橋2023/10/219Smar

DFI302現場總線通用網橋特點集成的SYSTEM302一部分；單一的集成單元，包括接口、鏈路設備、網橋、控制器、網關、現場總線電源和I/O子系統；使用基金會現場總線和OPC，將不同制造商的設備和軟件高度集成；通過傳統I/O和Modbus通訊連接現有設備；完全的冗余和故障隔離，很高的安全性和不間斷運行；緊湊且高效低成本的結構；大量信息遍布從底層開始的整個企業。2023/10/2208.7

現場總線接口類設備8.8

現場總線電源類設備2023/10/221概述具有提供現場總線設備的直流電源功能具有防止現場總線信號流過電源造成電源短路的功能諧波電壓峰峰值應小于0.1V；具有短路保護功能；具有電涌保護器、具有過流和過壓保護器；具有隔離交變信號和直流電源的電源調整器；必要時設置冗余電源。包括現場總線終端器、電源調整器和直流供電電源。8.8

現場總線電源類設備現場總線終端器工作原理為防止在現場總線上反射信號的產生，在總線最遠端安裝終端電阻，終端電阻應等于導線的特征阻抗值。在同時傳送信號和電源的總線上，為避免電源在終端電阻上的能量消耗，應串連電容。100歐2023/10/2221uF現場總線終端器(BT302)傳輸線路存在反射，通常在傳輸線路末端反射尤為明顯線路的反射與傳輸線路的特征阻抗有關，當傳輸介質在某點特征阻抗發生變化時，信號的一部分能量就會在此被反射，另一部分能量會透過此點。電壓反射系數=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)電壓透過系數=1-(Z2-Z1)/(Z2+Z1)=2Z1/(Z2+Z1)2023/10/223若傳輸電纜各段特征阻抗不同，差值越大反射信號的幅值越強，疊加在傳輸信號上會引起信號畸變；若線路末端沒有終端電阻，則Z2等于無窮，此時電壓透過系數為0，反射系數為1(全部反射),反射信號會引起很大干擾；若在線路末端接一個與傳輸電纜的特征阻抗相同的電阻則不會產生反射。因為Z2=Z1，電壓反射系數為0，信號如同接入一個無限長電纜；在線路末端接入一個電阻并使之與電纜的特征阻抗相等也稱為阻抗匹配，這個線路末端電阻稱為終端器。2023/10/224現場總線終端器(BT302)8.8

現場總線電源類設備電源調整器工作原理在同時供電和傳送信號的總線上，直流電源為了保持其輸出電壓的恒定，將吸收現場總線信號。為此，電源調整器用于防止現場總線信號進入直流電源。簡單的方法是在電源和現場總線之間串接一個電感。同時，采用串連電阻阻止振蕩發生。實際電路中并不采用電感，而是用等效電路，其優點是限制電流，防止因現場總線電纜短路造成對網段供電電流的超限。2023/10/225現場總線電源阻抗器(PSI302)電源阻抗器作用普通電源直接連接會使數字通信信號通過直流電源而短路；接入電阻和電感串聯的無源阻抗器會引起損耗，且電感阻尼效應會造成信號失真和振蕩；有源阻抗對交流呈高阻，直流呈低阻，并可降低電功率損耗，避免電源電壓降落。PSI302組成框圖2023/10/226安裝接線2023/10/227總線型拓撲結構安裝接線2023/10/228樹型拓撲結構8.8

現場總線電源類設備直流供電電源2023/10/229現場總線電源(PS302)2023/10/230現場總線儀表與PS302的連接圖電源阻抗器總線終端器原理齊納安全柵的防爆原理是用齊納二級管控制輸出電壓，用電阻限制輸出電流，電路相對簡單。由快速熔斷器、限壓電路和限流電路三部份組成。隔離安全柵是通過光、電、磁隔離技術來實現開關量、模擬量以及數字通信的電氣隔離。主要包括電源隔離和信號隔離兩部分。特點當分支短路時，只有該分支輸出電流才受到限制，網段其他部分仍可正常運行；本、安應用時，僅需非本安的網段耦合器，不需要再用本安型網段耦合器。2023/10/2318.9

現場總線附件類設備---現場總線本安柵本安系統安全區危險區認證的接口未認證的設備認證的危險區設備2023/10/232隔離柵防護原理現場安裝儀表隔離的內

部元件設備接地連線儀表系統ELN2023/10/233隔離型防爆儀表儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內，即使儀表因事故在表殼內部產生燃燒或爆炸時，火焰穿過縫隙過程中受縫隙壁吸熱機阻滯作用，不會引起外部爆炸。本質安全型防爆儀表在正常狀態下或規定的故障