过程控制系统可靠性解决方案分析

模拟信号高选低选比较变送器在过程控制中的应用

 

 

关键词：过程控制  自动化  模拟信号  信号高低选择  比较变送器  控制系统软保护  超驰控制

概述：

在工控智能化和自动化运行中，通常自动控制系统都是在运行过程处于正常工作状况时发挥作用的。当控制中出现不正常工作状况时，则往往要退出自动控制而切换为手动控制，待工作状况基本恢复正常以后再投入自动控制状态的。

现代石油化工、电力监控、食品加工、轨道交通等过程工业中，越来越多的生产装置要求控制系统既能在正常工艺状况下发挥控制作用，又能在非正常工作状况下仍然起到自动控制作用，使生产过程尽快恢复到正常工作状况，至少也是有助于或有待于工作状况恢复正常。这种非正常工作状况时的控制系统属于安全保护措施。

安保措施有两大类：一是硬保护，二是软保护。

硬保护措施就是联锁保护控制系统。当生产过程工作状况超出一定控制范围时，联锁保护系统采取一系列相应的措施，如报警、由自动控制转接到手动控制、联锁动作等，使生产过程处于相对安全的状态。但这种硬保护措施经常会使运行中的设备停车或速度转缓，造成较大的经济损失。于是，人们在实践中探索出许多更为安全经济的软保护措施来减少停车造成的损失。

所谓软保护措施，就是当生产工作状况超出一定控制范围时，不是消极地输入联锁保护甚至停车，而是自动地切换到一种新的控制系统中，这个新的控制系统取代了原来的控制系统对生产过程进行控制，当工作状况恢复正常时，又自动地切换到原来的控制系统中。由于要对工作状况是否正常进行判断，要在两个控制系统当中选择。因此，称为选择性控制系统，有时也称为取代控制或超驰控制。

 

解决方案：

选择性控制系统在结构上的特点是用一个模拟信号比较变送器作为选择器，选择器通常是两个输入信号，一个输出信号。

对于高选器，输出信号 Y等于一路输入信号X₁和另一路输入信号X2中选出数值较大的一个。

例如: X₁＝5mA，X₂＝4mA；  Ymax＝X₁＝5mA。如图1示。

对于低选器，输出信号 Y等于一路输入信号X₁和另一路输入信号X2中选出数值较小的一个。

例如: X₁＝5mA，X₂＝4mA；  Ymin＝X₂＝4mA。 如图1示。

 

 

 

 

                图1   模拟信号比较变送器的高选器和低选器 逻辑框图

模拟信号比较变送器的高选器选型：DIN ISO C1-P1-O1-SH
路输入信号  X1	第二路输入信号  X2	信号输出  Ymax
4mA	12mA	12mA
20mA	16mA	20mA

 

 

 

 

 

 

 

模拟信号比较变送器的低选器选型：DIN ISO C3-P2-O6-SL
路输入信号  X1	第二路输入信号  X2	信号输出  Ymin
3.3V	10V	3.3V
2.5V	5V	2.5V

 

 

 

 

 

 

 

原理应用接线示意图（如图2所示）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2   原理应用接线示意图

 

 

模拟信号比较变送器在过程控制中的应用方案举例

应用一：两个传感器产生两路4-20mA模拟信号，经变送器进行选择比较、隔离放大后输出4-20mA。（如图3示）

 

 

                                 

图2   I/I隔离转换

 

 

 

 

 

 

图3   两路模拟信号比较选择、隔离放大原理框图（信号低选放大器）

 

DIN ISO C1-P1-O1-SL比较变送器将两个传感器产生的两路4-20mA模拟信号，进行选择比较、隔离放大后输出4-20mA，通过比较选择其中低的一路输出来实现工业过程控制的软保护措施。这种比较变送器只需要一个单电源(5V/9V/12V/24VDC)作为辅助电源供电，并且在信号输入/信号输出/辅助电源之间3KV三隔离。通过隔离放大后的4-20mA输出信号抗干扰能力和负载驱动能力大大增强（带载可达650Ω）,因此还可用于信号的远程无失真传输。

 

应用二：两个传感器产生两路4-20mA模拟信号，经变送器进行选择比较、隔离转换后输出0-5V。（如图4示）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4  两路模拟信号比较选择、隔离变送原理框图（信号高选变送器）

 

DIN ISO C1-P2-O6-SH比较变送器是将两个传感器产生的两路4-20mA模拟信号进行选择比较、隔离，然后按比例转换为0-5V的电压信号输出，这与工业现场PLC、MCU和DCS的数据采集（通常5V、3.3V）电路相匹配。通过比较选择其中高的一路信号输出来实现工业过程控制的软保护措施。这种比较变送器只需要一个单电源(5V/9V/12V/24VDC)作为辅助电源供电，并且在信号输入/信号输出/辅助电源之间3KV三隔离。

 

 

结语：

在过程控制中，自动控制系统既要能工作在正常工作状况，又要能工作于非正常工作状况。这就需要先对工作状况是否正常进行判断，再对两个控制系统进行选择。DIN ISO C-P-O-S系列产品能将两路直接输入的模拟信号进行比较，并按设定要求选择出其中的高信号或低信号（髙选或低选），然后将选出信号进行隔离放大转换，实现工控智能化，减少因停车等原因造成的损失。