LD301是SMAR公司研制的基地式儀表，它是一種測量差壓、絕壓、表壓、液位和流量的智能電動(dòng)基地式儀表。昌暉儀表在本文從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹SMAR電動(dòng)基地式儀表LD301的構(gòu)成原理。
1、基地式儀表LD301硬件構(gòu)成原理
基地式儀表LD301由傳感器和主電路板組成，其組成方框圖如圖1所示，傳感器采用電容傳感器作為壓力敏感元件。圖1中，PH、PL為被測差壓。
圖1 基地式儀表LD301硬件組成方框圖
①電子轉(zhuǎn)換器
基地式儀表LD301有兩個(gè)電子轉(zhuǎn)換器，一個(gè)是將電容轉(zhuǎn)換為頻率(或數(shù)字信號(hào))，而電容是被測差壓的函數(shù)；另一個(gè)是將靜壓(被測介質(zhì)的工作壓力)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
②溫度轉(zhuǎn)換器
溫度轉(zhuǎn)換器將傳感器工作溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行工作溫度變化的補(bǔ)償，以提高測量精度。
③中央處理單元
中央處理單元是基地式儀表LD301的智能核心，擔(dān)負(fù)著測量范圍調(diào)整、功能設(shè)定、比例積分微分控制、輸出控制、模擬傳輸和HART通信等任務(wù)。
④HART調(diào)制解調(diào)器
HART調(diào)制解調(diào)器負(fù)責(zé)在主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。變送器從供電電流中解調(diào)信息，并把回應(yīng)信息調(diào)制在電流上。
⑤數(shù)字協(xié)處理器
⑥顯示控制器
顯示控制器接收CPU的數(shù)據(jù)并使液晶顯示器的相應(yīng)字段變亮，同時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)背景光和字段的控制信號(hào)。
⑦本機(jī)零點(diǎn)/量程調(diào)整
基地式儀表LD301上有兩個(gè)用于調(diào)整的開關(guān)，利用磁性激活。該磁性工具無需通過機(jī)械的或電氣的接觸即可激活開關(guān)。
2、基地式儀表LD301軟件構(gòu)成原理
基地式儀表LD301軟件構(gòu)成方框圖如圖2所示。
圖1 基地式儀表LD301軟件組成方框圖
①數(shù)字濾波
為了使傳感器輸出信號(hào)平滑，設(shè)置了一個(gè)時(shí)間常數(shù)可調(diào)的低通濾波器。低通濾波器的時(shí)間常數(shù)即對應(yīng)于l00%的階躍壓力(或差壓)輸入而輸出達(dá)到63.2%所需時(shí)間。
②工廠標(biāo)定
基地式儀表在出廠前，對敏感部件隨壓力和溫度變化的特性進(jìn)行了標(biāo)定，并將標(biāo)定的特性存儲(chǔ)在敏感部件里的EEPROM中。
③用戶標(biāo)定
用5個(gè)特性調(diào)整點(diǎn)P1-P5對基地式儀表LD301的原始特性進(jìn)行修正。
④壓力整定
壓力整定即通過零點(diǎn)壓力和上限壓力調(diào)整，來校正基地式儀表LD301的零點(diǎn)和上限長期漂移或改變以及安裝或超壓所帶來的讀數(shù)誤差。
⑤量程
基地式儀表LD301作為變送器使用時(shí)，應(yīng)使壓力值與輸出電流相對應(yīng)，即下限壓力值對應(yīng)于4mA，上限壓力值對應(yīng)于20mA；基地式儀表作為控制器(PID方式)使用時(shí)，應(yīng)使壓力值與輸出的百分?jǐn)?shù)值相對應(yīng)，即下限壓力值對應(yīng)于0,上限壓力值對應(yīng)于100%。過程變量的工程單位在UNIT中選擇。
⑥功能
功能取決于應(yīng)用按照壓力應(yīng)用變送器方式時(shí)的輸出和控制器PV具有線性(用于壓力、差壓或液位的測量)、平方根(用于產(chǎn)生差壓的流量測量)、三次或五次冪的平方根(用于堰式或敞口水渠式的流量測量)等特性。功能用FUNCTION選擇。
⑦用戶線性化
基地式儀表LD301輸出(4-20mA過程變量)對輸入(應(yīng)用壓力)按照2-16點(diǎn)列表，輸出由這些點(diǎn)按插值法計(jì)算。在TABLE POINTS功能中，這些點(diǎn)以Xi范圍的百分?jǐn)?shù)和輸出Yi的百分?jǐn)?shù)給出，它可用來線性化。例如，通過液位測量來計(jì)算體積或質(zhì)量，在流量測量中對雷諾數(shù)的改變進(jìn)行修正。
⑧設(shè)定值
設(shè)定位可以在手持終端的主菜單或稱程序樹的INDIC中調(diào)整。當(dāng)基地式儀表作為控制器使用時(shí)，設(shè)定位SP可以設(shè)定為跟蹤過程變量PV的狀態(tài)，以便使從手動(dòng)到自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無擾切換。這個(gè)程序塊在SP跟蹤中起作用。
⑨PID
首先根據(jù)控制器在ACTION組態(tài)中的作用(正或反)計(jì)算SP-PV或PV-SP，然后計(jì)算控制變量(或操作變量)MV。
⑩自動(dòng)/手動(dòng)
自動(dòng)/手動(dòng)方式選擇在INDIC中進(jìn)行，手動(dòng)狀態(tài)的輸出變量MV由用戶調(diào)整。MV必須在上、下限值(由用戶調(diào)整)之間；POWER-ON被用來決定在電源開關(guān)合上時(shí)的控制器方式，即確定是否在手動(dòng)狀態(tài)。
?限位
對基地式儀表LD301輸出的控制變量MV設(shè)定最高值與最低值，使其在任何情況下都不會(huì)超過設(shè)定值此外，還可對輸出控制變量的變化率(%/s)進(jìn)行限制，使其不超過設(shè)定值。
?輸出
這個(gè)程序塊是用來選擇基地式儀表LD301輸出電流4-20mA是與過程變量相對應(yīng)，還是與控制變量相對應(yīng)，這取決于在0P-MODE中的組態(tài)。這個(gè)程序塊還含有輸出常量(CONST)電流的功能。有了這個(gè)功能不僅可以為控制系統(tǒng)正確檢查二次儀表提供調(diào)校手段，還可以為控制系統(tǒng)的開環(huán)調(diào)試帶來方便。輸出電流實(shí)際上被限制為3.9-21mA。
?電流調(diào)整
4mA調(diào)整和20mA調(diào)整用來使基地式儀表LD301輸出電流遵守電流標(biāo)準(zhǔn)，以免偏差出現(xiàn)。
?用戶單位
過程變量由0%-100%的改變可用工程單位讀出并為顯示和通信所利用。例如，可以從液位或差壓的各自測量中得到一個(gè)體積或流量指示，也可選擇合適的單位。
?總量
重新置位后，基地式儀表LD301可根據(jù)液位來累加計(jì)算流體的總量，這樣可獲得被傳輸流體的體積和質(zhì)量。
(16)顯示
在基地式儀表LD301的DISPLAY中可組態(tài)成兩個(gè)示值間交替顯示的方式。
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