典型的應(yīng)用場(chǎng)景:
技術(shù)靈活性:
與其他協(xié)議對(duì)比:
挑戰(zhàn)與注意事項(xiàng):
隨著工業(yè)4.0與IIoT(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))的發(fā)展,HART-IP因其開放性與高兼容性,正逐步成為智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的首選通信協(xié)議,尤其在邊緣計(jì)算與云端數(shù)據(jù)融合場(chǎng)景中潛力顯著。
理層規(guī)范要求。HT5700 集成了必要的濾波、信號(hào)檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)和信號(hào)生成功能,所需的外部元件很少。
同時(shí)芯片內(nèi)部還集成 0.5%精度的振蕩器可以極大的節(jié)省電路板空間,是設(shè)計(jì) HART 電路的理想選擇
?產(chǎn)品特性
? 符合 HART 標(biāo)準(zhǔn)的全集成 FSK 調(diào)制解調(diào)器
? 接收模式最大供電電流 115μA
? 適用于本質(zhì)安全應(yīng)用
? 集成了接收帶通濾波器最小的外部電路
? 集成精密振蕩器
? HART 輸出具有驅(qū)動(dòng)能力
? HBM ESD 等級(jí):8kV
? 2.7V 至 5.5V 電源
? 1.71V 至 5.5V 接口
? 工作溫度范圍:-40°C 至+125°C
? 封裝:4mm×4mm LFCSP
? UART 接口
?典型應(yīng)用
? 現(xiàn)場(chǎng)變送器
? HART 多路復(fù)用器
? PLC 和 DCS 模擬 I/O 模塊
?在 0℃至 850℃區(qū)間:?
其中,?
),A、B、C 是鉑熱電阻的材料常數(shù),分別為 A=3.9083×10?3℃?1,B=-5.775×10??℃?2,C=-4.183×10?12℃??。?
銅熱電阻的電阻溫度特性相對(duì)簡(jiǎn)單,在 – 50℃至 150℃范圍內(nèi),其電阻與溫度的關(guān)系近似為線性,可表示為?
,其中 α 是銅的電阻溫度系數(shù),約為 4.28×10?3℃?1。?
在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下,壓力變送器的測(cè)量誤差,也稱為準(zhǔn)確度,包括:不準(zhǔn)確度、最大測(cè)量誤差、非線性、回差以及不重復(fù)性,其定義如下:
(1)?不準(zhǔn)確度:對(duì)于任何單獨(dú)的試驗(yàn)循環(huán),針對(duì)增大輸入和減小輸入,通過(guò)選擇任意測(cè)量值和標(biāo)稱值的最大正偏差和最大負(fù)偏差,來(lái)確定不準(zhǔn)確度。簡(jiǎn)單概括:任意上行程或者下行程與標(biāo)準(zhǔn)值誤差的最大值。
(2)?最大測(cè)量誤差:確定最大測(cè)量誤差的方法是平均上行程誤差和平均下行程誤差中選擇偏離最大的正或負(fù)數(shù)值。
(3)?端基非線性:畫一條在范圍上限值和范圍下限值上與平均校準(zhǔn)曲線相吻合的直線就可以確定端基非線性。因?yàn)閴毫ψ兯推魇窃诠S內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整,所以只有端基非線性具有實(shí)際意義。
(4)?回差:在同一試驗(yàn)點(diǎn)上任何一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)中相鄰的上行程輸出與下行程輸出之差。死區(qū)是在輸入信號(hào)的50%處確定,增加或減少輸入信號(hào)直到輸出信號(hào)發(fā)生變化。滯環(huán)誤差=回差-死區(qū)。
(5)?不重復(fù)性:在相同的工作條件下,以相同的輸入值從一個(gè)方向做全范圍移動(dòng)時(shí)在短時(shí)間內(nèi)對(duì)輸出做多次連續(xù)測(cè)量取得的極限值之間的代數(shù)差。不重復(fù)性通常以理想輸出量程的百分?jǐn)?shù)表示,且不包括回差。
?
中科博微的壓力變送器目前已經(jīng)取得了隔爆和本安方式的防爆認(rèn)證,其中本安認(rèn)證等級(jí)達(dá)到了“ia”的最高級(jí)別,可廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及具有防爆要求的場(chǎng)合。
部分性能指標(biāo)如下:
(1) 支持HART°、FF H1、PROFIBUS PA、PROFIBUS DP協(xié)議最新版本。
(2)?可通過(guò)HART、FF、PA、DP互操作認(rèn)證測(cè)試。
(3) 壓力種類包括:表壓、絕壓、差壓。
(4) 最高精度:±0.075%滿量程(20℃℃,量程比10:1范圍內(nèi))。
(5) 長(zhǎng)期穩(wěn)定性:±0.2%量程上限/5年。
協(xié)議類型:全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線(基于IEC 61158-2)。
通信方式:純數(shù)字通信(無(wú)模擬信號(hào)),支持多設(shè)備并聯(lián)。
核心優(yōu)勢(shì):高實(shí)時(shí)性、多變量傳輸、設(shè)備間互操作性強(qiáng)。
典型應(yīng)用:石油化工、制藥、精細(xì)化工等復(fù)雜過(guò)程控制。
協(xié)議類型:混合通信(4-20mA模擬信號(hào) + HART數(shù)字疊加)。
通信方式:兼容傳統(tǒng)4-20mA系統(tǒng),支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或總線模式。
核心優(yōu)勢(shì):低成本、易部署、兼容現(xiàn)有儀表。
典型應(yīng)用:水處理、能源監(jiān)測(cè)、離散制造等以監(jiān)測(cè)為主的場(chǎng)景。
對(duì)比項(xiàng) | FF PA | HART DP |
---|---|---|
通信速率 | 31.25 kbps(確定性調(diào)度) | 1.2 kbps(低速,非實(shí)時(shí)) |
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) | 總線型(多設(shè)備并聯(lián)) | 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或總線型(需主站支持) |
供電方式 | 總線供電(FISCO/Entity認(rèn)證) | 傳統(tǒng)4-20mA回路供電 |
功能安全 | 支持(FF-SIS) | 需額外安全認(rèn)證 |
數(shù)據(jù)量 | 支持多參數(shù)同步傳輸 | 主要用于參數(shù)讀取和診斷 |
系統(tǒng)兼容性 | 需專用FF主機(jī)(如DeltaV、PCS 7) | 兼容大多數(shù)DCS/PLC(HART調(diào)制解調(diào)) |
選擇FF PA的情況:
需要高精度閉環(huán)控制(如反應(yīng)釜溫度控制)。
設(shè)備間需協(xié)同工作(如閥門聯(lián)動(dòng)控制)。
要求多變量傳輸(如同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、壓力、流量)。
選擇HART DP的情況:
傳統(tǒng)4-20mA系統(tǒng)升級(jí),希望保留原有布線。
以監(jiān)測(cè)為主,控制需求簡(jiǎn)單(如泵狀態(tài)監(jiān)控)。
預(yù)算有限,需快速部署且無(wú)需更換現(xiàn)有儀表。
FF PA采用鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS),確保確定性通信,適合高速控制回路。
HART DP通信速率低(1.2 kbps),僅適合非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集(如設(shè)備診斷)。
FF PA:
支持OPC UA over TSN,符合工業(yè)4.0趨勢(shì)。
適合未來(lái)數(shù)字化工廠建設(shè)。
HART DP:
可通過(guò)WirelessHART擴(kuò)展無(wú)線監(jiān)測(cè)能力。
適合中小規(guī)模系統(tǒng),擴(kuò)展性較弱。
成本項(xiàng) | FF PA | HART DP |
---|---|---|
硬件成本 | 高(專用電纜、FF主機(jī)) | 低(兼容現(xiàn)有4-20mA系統(tǒng)) |
工程配置 | 復(fù)雜(需組態(tài)軟件) | 簡(jiǎn)單(即插即用) |
長(zhǎng)期維護(hù) | 低(數(shù)字化減少校準(zhǔn)需求) | 較高(依賴人工巡檢) |
行業(yè) | 推薦協(xié)議 | 理由 |
---|---|---|
石油化工 | FF PA | 高可靠性、多設(shè)備協(xié)同控制 |
制藥/食品 | FF PA | 符合GMP數(shù)據(jù)追溯要求 |
水處理 | HART DP | 低成本、兼容現(xiàn)有泵/閥門 |
離散制造 | HART DP | 簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)需求為主 |
“PA是完全不同的協(xié)議” → 實(shí)際是FF的特殊版本
“PA只能用于化工” → 其實(shí)適用于所有過(guò)程工業(yè)
“FF-H1可以替代PA” → 在防爆場(chǎng)合不可替代
選擇FF PA:
需要全數(shù)字化、高實(shí)時(shí)性控制。
適用于復(fù)雜過(guò)程自動(dòng)化(如煉油、化工)。
預(yù)算充足,且未來(lái)需擴(kuò)展智能工廠功能。
選擇HART DP:
傳統(tǒng)系統(tǒng)改造,希望低成本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。
監(jiān)測(cè)為主,控制需求簡(jiǎn)單(如能源管理)。
項(xiàng)目周期短,需快速部署。
最終建議:
如果追求高性能和未來(lái)擴(kuò)展性,優(yōu)先選擇FF PA。
如果預(yù)算有限且只需基礎(chǔ)監(jiān)測(cè),HART DP是更經(jīng)濟(jì)的選擇。
通過(guò)以上分析,可結(jié)合具體項(xiàng)目需求,選擇最適合的工業(yè)通信協(xié)議。
? ? ? ? ? ? 中科博微的部分產(chǎn)品
]]>圖 1? TT106型號(hào) FF協(xié)議的溫度變送器
智能溫度變送器支持熱電偶、熱電阻等多類型傳感器輸入,通過(guò)內(nèi)置的冷端補(bǔ)償電路消除環(huán)境溫度干擾。并通過(guò)硅橡膠澆封工藝提升抗振、防潮性能,適應(yīng)冶金、化工等惡劣工況。
圖2 TT106型號(hào) HART協(xié)議的溫度變送器
在石油化工生產(chǎn)中,溫度是影響反應(yīng)效率、安全性和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。智能溫度變送器在該行業(yè)的應(yīng)用
溫度監(jiān)測(cè):實(shí)時(shí)監(jiān)控化學(xué)反應(yīng)溫度,確保反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定,防止溫度過(guò)高或過(guò)低導(dǎo)致的安全事故。
管道輸送溫度控制:監(jiān)測(cè)原油、天然氣及化工流體的輸送溫度,防止因溫度異常導(dǎo)致管道堵塞或泄漏。
儲(chǔ)罐溫度管理:用于液化天然氣、石油儲(chǔ)罐的溫度監(jiān)測(cè),確保存儲(chǔ)安全。
防爆環(huán)境應(yīng)用:石油化工環(huán)境屬于易燃易爆區(qū)域,智能溫度變送器通常具備防爆認(rèn)證,可以用于石油化工環(huán)境區(qū)域的檢驗(yàn)
在火力發(fā)電、核電及新能源電站中,溫度監(jiān)測(cè)直接影響設(shè)備壽命和發(fā)電效率。電機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)是設(shè)備健康管理的重要環(huán)節(jié)。導(dǎo)軌式智能溫度變送器通過(guò)隔離放大技術(shù),將PT100傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA輸出,有效隔離電磁干擾。某廠應(yīng)用溫度變送器后,電機(jī)故障率降低40%,年維護(hù)成本減少200萬(wàn)元。
鍋爐溫度監(jiān)控:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐爐膛、蒸汽管道溫度,防止過(guò)熱導(dǎo)致設(shè)備損壞。
汽輪機(jī)監(jiān)測(cè):監(jiān)控軸承、缸體溫度,確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。
變壓器溫度管理:用于電力變壓器的溫度檢測(cè),防止過(guò)熱引發(fā)故障。
太陽(yáng)能熱發(fā)電:在光熱電站中,監(jiān)測(cè)集熱器溫度,優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換效率。
制藥和食品生產(chǎn)對(duì)溫度控制要求極高
滅菌過(guò)程控制:在制藥行業(yè),滅菌釜、凍干機(jī)等設(shè)備需要精確溫度控制,確保藥品無(wú)菌。對(duì)溫度變送器的精度誤差要求較高
發(fā)酵過(guò)程監(jiān)測(cè):生物制藥和食品發(fā)酵過(guò)程中,溫度直接影響菌群活性,智能溫度變送器可提供穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。
冷鏈物流:在食品加工和存儲(chǔ)中,確保冷藏鏈溫度恒定
高爐溫度監(jiān)測(cè):實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煉鐵高爐溫度,優(yōu)化燃燒效率。
連鑄過(guò)程控制:在鋼水連鑄過(guò)程中,精確控制結(jié)晶器溫度,提高鑄坯質(zhì)量。
熱處理爐監(jiān)控:用于退火、淬火等熱處理工藝,確保金屬材料性能達(dá)標(biāo)。
在水處理廠、污水處理設(shè)施中,智能溫度變送器用于:
生化反應(yīng)池監(jiān)測(cè):控制微生物活性,優(yōu)化污水處理效率。
熱力消毒系統(tǒng):在廢水處理中,確保高溫消毒過(guò)程符合標(biāo)準(zhǔn)。
海水淡化:監(jiān)測(cè)蒸發(fā)器溫度,提高淡化效率。
智能溫度變送器憑借其高精度、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自診斷和數(shù)字化通信等優(yōu)勢(shì),在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,未來(lái)的智能溫度變送器將更加智能化,支持預(yù)測(cè)性維護(hù)和大數(shù)據(jù)分析,進(jìn)一步提升工業(yè)自動(dòng)化的效率和安全性。
圖3? PA 溫度變送器
企業(yè)在選擇智能溫度變送器時(shí),應(yīng)根據(jù)具體行業(yè)需求,考慮測(cè)量范圍、防護(hù)等級(jí)、通信協(xié)議和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),以確保最佳性能和可靠性。
在工業(yè)智能化浪潮中,智能溫度變送器已從單純的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備演變?yōu)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。其通過(guò)融合高精度傳感與工業(yè)通信技術(shù),不僅提升了生產(chǎn)過(guò)程的可控性與安全性,更為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了堅(jiān)實(shí)的后盾。隨著AI算法與材料科學(xué)的持續(xù)突破,智能溫度變送器將在制造中釋放更大價(jià)值。
更多:
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雙通道智能溫度變送器,頭部安裝智能溫度變送器
溫度變送器的工作原理
溫度變送器是一種將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)的設(shè)備,其核心部件是傳感器(如熱電偶、熱電阻等)。傳感器通過(guò)感知溫度變化,將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào),再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(如4-20mA或0-10V)。這一過(guò)程的關(guān)鍵在于傳感器的選擇、信號(hào)處理的精度以及設(shè)備的整體穩(wěn)定性。
確保準(zhǔn)確性的關(guān)鍵措施
傳感器的選擇是確保溫度變送器準(zhǔn)確性的第一步。不同傳感器適用于不同的溫度范圍和測(cè)量環(huán)境:
熱電偶:適用于高溫環(huán)境(如鍋爐、熔爐),測(cè)量范圍廣,但精度相對(duì)較低。
熱電阻:適用于中低溫環(huán)境(如冷藏庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室),精度高,但響應(yīng)速度較慢。
集成溫度傳感器:適用于小范圍、高精度測(cè)量,常用于醫(yī)療設(shè)備或精密儀器。
校準(zhǔn)是確保溫度變送器長(zhǎng)期準(zhǔn)確性的重要手段。用戶應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行校準(zhǔn):
定期校準(zhǔn):建議每6個(gè)月或每年進(jìn)行一次溫度變送器校準(zhǔn),使用標(biāo)準(zhǔn)溫度源進(jìn)行比對(duì)。
現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn):對(duì)于無(wú)法拆卸的設(shè)備,可采用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工具,確保校準(zhǔn)過(guò)程不影響生產(chǎn)。
設(shè)備維護(hù):定期清潔傳感器和外殼,避免灰塵、腐蝕物影響測(cè)量精度。
溫度變送器的安裝位置的選擇直接影響溫度變送器的測(cè)量結(jié)果。以下是安裝時(shí)的注意事項(xiàng):
避免強(qiáng)光直射:陽(yáng)光直射可能導(dǎo)致傳感器溫度升高,影響測(cè)量精度。
遠(yuǎn)離強(qiáng)風(fēng)或振動(dòng)源:強(qiáng)風(fēng)或振動(dòng)可能導(dǎo)致傳感器松動(dòng)或信號(hào)干擾。
靠近測(cè)量點(diǎn):盡量縮短傳感器與測(cè)量點(diǎn)之間的距離,減少信號(hào)衰減。
溫度變送器信號(hào)處理是溫度變送器準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以下是優(yōu)化信號(hào)處理的技術(shù)手段:
濾波技術(shù):采用低通濾波器,減少高頻噪聲對(duì)信號(hào)的干擾。
信號(hào)放大:通過(guò)放大電路提高信號(hào)強(qiáng)度,確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
抗干擾設(shè)計(jì):采用屏蔽線或增加抗干擾電路,減少電磁干擾對(duì)信號(hào)的影響。
溫度變送器的工作環(huán)境可能復(fù)雜多變,用戶需選擇具有良好環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)備:
防護(hù)等級(jí):選擇IP65或更高防護(hù)等級(jí)的設(shè)備,確保在潮濕、多塵環(huán)境中正常工作。
耐腐蝕性:在化工、制藥等行業(yè),選擇耐腐蝕材料制成的設(shè)備,延長(zhǎng)使用壽命。
溫度范圍:根據(jù)實(shí)際環(huán)境溫度選擇適合的設(shè)備,避免超出工作范圍導(dǎo)致設(shè)備損壞。
常見問(wèn)題與解決方案
1. 溫度變送器無(wú)輸出信號(hào)
原因:電源故障、接線松動(dòng)或傳感器損壞。
解決方法:檢查電源和接線,必要時(shí)更換傳感器。
2. 輸出信號(hào)不穩(wěn)定
原因:信號(hào)線受干擾或傳感器接觸不良。
解決方法:采用屏蔽線或增加濾波器,確保傳感器接觸良好。
3. 測(cè)量誤差大
原因:傳感器安裝不當(dāng)或環(huán)境溫度波動(dòng)大。
解決方法:重新安裝傳感器,確保測(cè)量環(huán)境穩(wěn)定。
總結(jié)
確保溫度變送器的準(zhǔn)確性需要從傳感器選擇、校準(zhǔn)維護(hù)、安裝位置、信號(hào)處理和環(huán)境適應(yīng)性等多個(gè)方面入手。通過(guò)采取以上措施,用戶可以提高溫度變送器的測(cè)量精度,確保數(shù)據(jù)的可靠性,為工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供有力支持。
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