和故障干扰因素说再见--信号转换器通过其巧妙的功能结构和电气技术设计而令人信服

作者:本网编辑 文章来源:《流程工业》(化工) 发布时间:2010-07-05

工业化应用要求可靠并且经济地实现信号匹配,而这一要求恰恰是模拟技术的优势。在采集到的模拟数据的帮助下,机床和设备的可用性都得到大大提高。在电气隔离放大器和数据转换器电气隔离的帮助下,可以有效地避免流程设备中干扰因素的影响,例如电势差的影响。

为了使信号转换器不仅能很好地完成自己的工作,而且还能够很好地与电气元器件和机械零部件协同工作,电气隔离装置和检测数据转换装置必须有符合功能要求的结构形式,具有与所有连接控制层次进行连接的能力。由Wago公司提供的JumpFlex解决方案中,由8个A型连接插口构成了四层的电气连接模块。除了这一特点以外,它还必须满足工业化生产的高要求。

在宽度只有6mm的扁平外壳内的电气元器件能够在-25~70℃的温度范围内可靠的工作。857系列的所有仪器都有很高的精度,测量信号的转换误差保持在0.1%以下。为给过程设备、机床和操作者提供更多的安全可靠性,利用2.5kV的电压对上述三种元器件类型都进行了测试。


图2  857系列的JumpFlex温度检测数据转换器不仅可以通过DIP开关进行设置,而且也可以通过计算机软件进行设置。

在这些电气元件中,可靠的电气隔离是一项非常重要的功能,因为在模拟信号的传递中接地电路往往是产生问题的干扰源。例如:不同设备的不同基本电势,它带来的补偿电流会引起虚假的信号水平。而新方案中的电气隔离放大器和信号转换器则能避免这种问题。

灵活的配置

电气隔离放大模块和温度数据转换模块的配置是通过DIP开关进行的;利用这种开关,操作者可以快捷方便地调整和设置输入和输出电路中的参数。同时,也可以毫无问题地完成标定信号的转换;由于无需新的检测数据转换器的标定,例如无需将0~20mA的检测数据转换器转换为新的4~20mA时的标定。在Wago公司的JumpFlex产品中,各个检测信号的标定已经在生产中完成。它的标定值(例如:断路、短路、非法检测范围)采用的都是Namur建议技术规范NE 43中定义的标定值。但也可以按照相应的具体任务进行配置。因此,可以对所有的输入和输出信号进行设置,无需重新进行标定。其可能出现的信号传输出错概率小于0.1%。

另外,温度范围的开始温度和终止温度可以单独调节,相互之间没有影响和限制。只是在此之前应从给定的4、5个时间范围内选择一个,否则不可能有正确的检测结果。而且输出信号也具有重要的监控功能,例如对传感器短路或者断路的监控,对低于或者高于检测范围的上下极限温度的监控,对这些监控范围进行单独的调整和设置,使其以最佳的方式与实际应用相匹配。

同样的,温度数据转换模块也可以在FDT/DTM(现场设备工具技术/装置类型管理器)方案的帮助下方便地利用计算机软件完成参数设置。FDT/DTM方案提供了数据采集、评判和传输的可能性,保证了生产过程数据的透明度。其总体应用框架由FDT(现场总线设备工具)构成,形成了跨生产厂家的统一生产过程控制环境。Wago公司研发生产的WAGOframe系列产品就是适合于在这一领域中使用的最佳解决方案,它通过点对点的通信模式向流程设备现场总线仪器的管理者DTM发送信息,将它们结合成一个整体,自动的在后台完成所有的设定工作。利用设置软件,还可以进一步完成更多的调整设置任务。例如可以显示输出的特性曲线,选择过滤等级或者自由的定义输出信号的范围。

对每一个任务都进行监控

Wago公司的857系列产品为所有常规的模拟信号输出量提供了完整的信号转换解决方案。这些信号包括固定设置的和赋值设置的电气隔离放大器的信号、单通道和双通道无源分离模块、电源分离模块(HART现场总线网络的辅助设备)、带有两个电气隔离电流输出的信号耦合器、以及PT 100型传感器和感温元件的温度检测转换器等信号。为检测转换器的输入,该系列的产品中有耦合继电器模块,其外廓尺寸与整个系列的外廓尺寸保持匹配。可以配套使用的继电器能够有不同的额定电压、触点,允许使用不同的触点材料和开关控制功率。在必要时,这些继电器可以从最上层开始简单、方便地予以更换。从而完全避免了电缆布线或者接线柱的拆卸等操作。

这一产品系列有目的地、不断地进行配套完善。例如首先出现的是微伏电压的检测数据转换器,例如将采集到的采集氧传感器或者分流器信号转换成模拟的标准信号。继电器组,能够在直流电流6A、电压250V强电网络中持续工作的继电器组,可用黄金触点的继电器继续扩展。从而可以实现输出负载电阻最小或者输入电阻最小的开关控制。插接式继电器模块的产品系列中不久将会在可插接连接的光电耦合器的帮助下而更加完善。

Wago公司的JumpFlex检测数据转换器通过了ANSI/ ISA 12.12.01最新的UL认证,能够在UL值高达1604的工况下工作,允许在美国易燃易爆危险等级(Class I,Div.2)Zone 2的环境中使用。

小结

在整个产品系列的研发过程中,人们的目的是最高层次的、与生产厂家无关的接口技术方案。研发的结果是一个功能性的模块:能够与各种接口元器件连接的插接连接件模块。它不仅可以与继电器连接,而且也可以与检测数据转换器进行连接。结合了精心设计的电气设备能够可靠地实现电气隔离,也实现了较大的工作温度范围以及标定的信号转换控制。Wago公司研发设计的这种JumpFlex检测数据转换器为过程工艺技术企业提供了很高的节约潜力。除了标准型的电气元器件之外,Wago公司还能为用户提供特殊的、适合于用户特殊要求的解决方案。

与常用现场总线系统的连接


接口技术产品的焦点在于简单的操作和快速的现场连接。针对PROCESS杂志记者的提问,Minden市Wago公司接口技术产品生产负责人Christoph Heidenreich先生还介绍了接口技术在流程工业应用领域中的其他研发重点。


Wago公司Christoph Heidenreich先生。

PROCESS:Heidenreich先生,流程工业企业对接口技术提出了哪些特殊要求?

Heidenreich先生:外形尺寸小且安全可靠的元器件,能够简单、快捷地完成参数设置和赋值,这些就是用户对我们的接口技术产品提出的普遍性要求。除此以外,接口技术的元器件还应能够提供在标准应用,在易燃易爆危险场合中使用的接口设备。

PROCESS:今后几年贵公司的研发重点是什么?

Heidenreich先生:我们的目标是:将专用的功能和系统,例如RFID射频识别技术,安全保护技术和易燃易爆危险场合应用技术结合到接口技术系统中,也包括将接口技术解决方案纳入到常规的总线技术协议中。与生产厂家无关的、简单的现场总线仪器设备配置和整体统一的FDT/DTM现场设备工具技术/装置类型管理器方案也是有可能实现的,正如我们今天某些产品所考虑的那样。另外,在下一步的产品研发中,流程工艺解决方案中的标准化总线系统或者现代的数据传送技术例如Wireless-Hart技术,也是我们今后要考虑的方向。

PROCESS:您计划在未来研发设计适合于流程工业的专用模块吗?

Heidenreich先生:我们在不断地扩大和补充完善我们的产品品种,并不断地加强在流程工业领域中的业务。今天,我们的产品目录中已经有专门针对流程工业的产品,例如:适用于Wago I/O系统的EXi总线接线器,远程遥控技术方案中的TO-PASS室内、室外使用的模块和我们的JumpFlex检测数据转换器。我们将继续对这些产品进行改进、提高,使其能够在易燃易爆危险等级Zone 0、Zone 1和Zone 2中使用,满足EX i、EX e或者EX n认证等级的认证。

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