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現場總線變送器
第一節 LD302現場總線變送器
現場總線變送器是指連接在現場總線上的各種儀表。包括各種差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器等。LD302是SMAR公司第一代現場總線設備之一，是一種用于測量差壓、絕壓、表壓、液位和流量的變送器。它以數字式電容傳感器為基礎，運行穩定、性能******。LD302******采用數字技術，具有以下優點：具備多種轉換功能；現場與控制室之間接口簡單；精度高；穩定性好；大大減少了安裝、運行及維護費用。
LD302是SMAR公司推出的現場總線302系列產品的一部分。現場總線是一個完整的系統，它能夠把控制功能分散到現場設備中，將多個現場設備互聯起來，用戶可通過功能塊的連接建立符合要求的控制策略。功能塊的引入,使用戶現在可以很容易地建立和瀏覽一個復雜的控制策略。它的另外一個優點是提高了靈活性，毋需重新接線或改變任何硬件即可完成控制命令。
在開發現場總線302系列現場儀表時，SMAR就已經考慮了現場總線在小系統與大系統中得以實現的不同需要。現場設備可以在網絡中作為主站使用，也可以用磁性編程工具進行本地組態，這樣在許多一般應用條件下就不再需要組態器（手持終端）。
LD302 現場總線變送器采用與1151一樣的電容傳感器作為差壓或壓力敏感元件，其工作原理不再重述。
一、電路工作原理
LD302由傳感器組件和主電路組件兩部分組成，其構成原理方框圖如圖10-1所示。現對圖中每個方塊的功能說明如下：
⑴振蕩器。此振蕩器產生一個頻率，該頻率是電容傳感器的函數。
⑵信號隔離。來自中央處理單元的控制信號通過光電耦合器傳輸，而來自振蕩器的信號通過變壓器傳輸。
⑶中央處理單元(CPU)。RAM為隨機存儲器；FLASH和EEPROM為閃存和非易失存儲器。 CPU是變送器的智能部件，它擔負著管理和測量、功能塊執行、自診斷以及通信等工作。 FLASH兼有ROM和RAM兩者的性能，又有ROM、DRAM（隨機動態存儲器）一樣的高密度，目前，價格已略低于DRAM，芯片容量已接近DRAM，是***一具有大存儲量、非易失、低價格、可在線改寫和高速度等性能的存儲器，它是近年來很有發展前途的存儲器。如果電源中斷，RAM中的數據就要丟失。然而，主板有一個非易失存儲器EEPROM，保存著須***要保存的數據，例如校驗、組態和識別等數據。
⑷傳感器存儲器。它裝在傳感器組件內，用于存放在不同壓力和溫度下傳感器特性的有關數據。出廠前對每個傳感器都要進行這一特性的實驗和存儲器寫入過程。主板上的EEPROM用來保存組態參數。
⑸固件下裝接口。
⑹通信控制器。監視鏈路活動，完成通信信號的編碼或解碼、插入和刪除起始和結束定界符、檢查接收的完整性。
⑺電源隔離。與輸入部分（傳感器組件板）的信號隔離類似，送入輸入板的電源也須***隔離。
⑻顯示控制器。從CPU 接收數據告知液晶顯示的哪一段應該變亮。
⑼本地調整。本地調整的兩個開關，采用磁性激活。它們可以通過磁性工具激活，沒有機械或電氣的接觸。
⑽供電/信號修整。從通信線上取電源送給變送器的電路。信號修整電路對發送和接收的信號波形進行濾波和預處理。
二、接線端子和拓撲結構
為了方便，LD302有三個接地端子：一個在端蓋的內部；另兩個在靠近引線導管處的外部。端蓋的內有兩個端子接電源（即接現場總線），此外還有通信端子，以便其他測試儀器的連接，如圖10-2所示。
LD302選擇31.25kbit/s電壓模式為物理信號，所有的現場設備都須***使用相同的信號，它們都并聯在同一線對上，即許多現場總線設備都可以連接在同一現場總線上。LD302由總線供電，對非本質安全要求所掛接的現場設備***多不能超過16臺，對本質安全要求所掛接的現場設備由本質安全的規定限制。LD302具有反極性保護，它在±35VDC電壓范圍之內不會損壞，然而，在這種情形下LD302是不能工作的。LD302的總線和樹形拓撲結構見圖10-3和圖10-4。
三、顯示器
顯示器能顯示一個或二個變量，可由用戶選定。當選擇兩個變量時，將以3秒間隔時間交替顯示。LCD有4位半(因有一位數碼管不完整，故稱為半位)數字顯示區、5位字母數字顯示區和信息顯示區，見圖10-5。
四、功能塊
功能塊是現場總線儀表的核心技術，也是一種圖形化的編程語言。功能塊相當于單元儀表，即積木儀表，也可稱為軟儀表。功能塊的引入使得現場總線儀表與傳統DCS相比在功能上有了很大的增強，一些過去只能在控制系統中完成的控制及運算功能，現在下放到現場總線儀表中完成，從而使系統的分散度更高、控制品質更好。功能塊是現場總線技術的載體，不但儀表制造廠要掌握它，用戶工程師更要掌握它。只有掌握了功能塊的配置組合和參數設定，才能根據控制對象的動態特性，形成各種各樣的控制策略。功能塊的應用是一個十分重要和復雜的問題，為了實現***佳的優化控制方案，對功能塊的配置組合和參數設定，還需一個長期的工程實踐和經驗積累。
LD302內可以裝入下列功能塊：資源塊 RES ；轉換器功能塊 TRD ；顯示轉換器 DSP ；組態轉換器 DIAG ；模擬輸入 AI；PID控制功能；增強的PID功能 EPID；運算功能塊 ARTH；累積器 INTG ；輸入選擇器 ISEL；信號特征描述 CHAR；模擬警報 AALM；計時器 TIME ；超前/滯后功能塊 LLAG；輸出選擇器/動態限位器 OSDL ；常量 C T ；密度 DENS。
㈠ 轉換塊TRD
FF將輸入/輸出功能塊，設計成與硬件無關的標準功能塊，因此需要在各種儀表硬件通道和標準輸入/輸出功能塊之間有一個過渡的環節。轉換塊就是起這個作用。輸入/輸出轉換塊通常包括傳感器、執行器、環境、量程標定等信息。
㈡ 模擬輸入功能塊 AI
模擬輸入功能塊AI的內部結構圖如圖10-6所示。AI的主要作用是從轉換塊中取得模擬過程變量(如壓力、溫度、流量等)，并完成通道配置、仿真、標度、線性化、阻尼、報警等功能，它的輸出供其他功能塊使用。模擬輸入功能塊經過通道號的選擇，從轉換器塊接收輸入數據，并使其輸出成為對其他功能塊可用的數據。
⒈ CHANNEL(輸入通道)
AI功能塊，通過輸入通道參數CHANNEL連接到轉換塊，這是一個16位無符號整數，屬于枚舉類型參數。很多變送器只有一個集成傳感器，這意味著通道參數實際上只有一個選項：1。一個需要使用通道參數的例子是具備多路輸入端子現場儀表，例如兩通道(兩路溫度信號)溫度變送器，這時通道參數CHANNEL有兩個選項：一個是1，一個是2。
⒉ SIMULATE(輸入仿真)
當輸入仿真激活，仿真參數SIMULAIE將取代來自轉換塊的信號，它主要用于系統調試和故障排查。通過在仿真元素寫入數值或狀態，可以安全地測試系統對故障和難以進行的或有危險的過程條件的反應。
⒊ SCALE（標度）
轉換器的標度(刻度)參數XD_SCALE將通道信號值可以對應為以百分數表示的數值，該數值顯示在現場數值參數FIELD_VAL中。實際測量的工程單位和量程設置在轉換器刻度參數XD_SCALE中，而推算(間接)測量的工程單位和量程設置在輸出刻度參數OUT_SCALE中。
【例10-1】一個10m高的水箱(密度為1000 )，變送器安裝在罐下lm處，需要將靜壓讀數轉換為米，如何以千帕為單位設置XD_SCALE?
解：水箱水位在0m處對應的靜壓
水箱水位在lOm處對應的靜壓
XD_SCALE將設置為 ～ ，OUT_SCALE將設置為0～10m。
⒋L_TYPE(線性化)
對多數測量而言，來自轉換塊的數值被直接使用，但在推算(間接)測量時，需要應用線性化。所需的線性化類型在線性化類型參數L_TYPE中設置。線性化有DIRECT（直接）、IN DIRECT (非直接線性)、IND_SQRT (非直接開平方)三種類型選項。直接意味著數值直接傳遞到PV，因此0UT_SCALE參數無效；非直接是指PV值是經過OUT_SCALE轉換過來的FIELD_VAL值；非直接開平方意味著FIELD_VAL值是經開方由OUT_SCALE轉換過來的值。
當一個壓力變送器用來根據靜壓原理測量液位時，使用L_TYPE參數，選項選2（非直接），如圖10-7所示。XD_SCALE將設置為1.49kPa～5.89kPa(容器中介質密度為800 )，OUT_ SCALE設置為O～0.56m。對液位應用，操作員往往更愿意讀取百分比讀數，而不是工程單位。出于這個目的，將OUT_SCALE組態為0～100％。當差壓變送器用來測量流量時，選項選3（非直接開平方），開平方是對FIELD_VAL(現場數值)進行的。
出于安全的原因，在線組態時，刻度參數只能在手動或OOS(中止服務)模式下進行修改。離線組態時沒有此限制。
⒌LOW_CUT(小信號切除)
輸入輸出選項參數IO_OPTS中的位10用來設置小信號切除功能的使能，它通常與開平方配合使用。小信號切除的目的是避免低流量導致的高回路增益。低流量時切除信息可以使讀數更穩
定，過程更好控制，還可避免流量累加時的錯誤計數。小流量切除點在小(低)流量切除參數LOW_OUT中設置，它與輸出刻度采用同樣的工程單位，可以對其進行調整以滿足應用。
【例10-2】用差壓變送器測量流量，如果流量在O～1970 變化，通過孔板產生的差壓變化為0～10kPa，若XD_SCALE設置為0～10kPa，OUT_SCALE設置為0～1970 ，LOW_OUT設為20％，試求流量低于何值時輸出為0 ，對應的差壓是多少kPa?
解：小流量切除值為
20％×1970=394
根據 ,則小流量切除值對應的差壓為
⒍PV_FTIME(濾波)
在某些應用中，阻尼被用來過濾掉測量信號中的噪聲，以獲得過程變量PV和輸出0UT。過程變量的阻尼時間參數PV_TIME用來設置以秒為單位的一階滯后時間常數，即數值達到穩定狀態值的63％所需時間，其階躍響應曲線如同自動控制原理中慣性環節的階躍響應曲線。如果阻尼時間常數設置成零，阻尼被禁止，測量將直接通過，如同經過比例環節，沒有慣性滯后。
⒎ ALARMS(報警)
AI功能塊中的過程變量報警是作用在輸出0UT參數上，而不是作用在過程變量PV參數上的。因此，保持AI功能塊處于自動模式是重要的，這也意味著報警限值須***設置在輸出刻度參數OUT_SCALE指定的范圍內。因此，為報警起見，輸出刻度參數須***設置，即使它沒有用于刻度轉換。如果Al功能塊是控制回路的一部分，則***好在PID功能塊中監測報警，以便減少所要觀察的模塊數量。
五、組態
㈠校驗和量程設定
由于互操作和設備描述技術的發展，現場總線的優點之一是設備組態不再依靠手持組態器。LD302可以由第三方終端或控制臺（操作站）組態。
現場總線技術并沒有改變校驗的概念。不要混淆校驗和量程設定，它們是兩個不同的概念。對模擬變送器來說，因為校驗和量程設定是用同一組電位器來進行的，所以，已經把校驗和量程設定混淆在一起了。為了區分這兩種功能，在HART中純粹的校驗叫做整定(trim)；在基金會總線FF和PROFIBUS PA中，純粹的校驗還叫做校驗，而把量程設定叫做標度(scale)。例如，轉換塊的校驗并不是用來消除液位或流量測量中濕管(wet leg)的，相反，是通過設定模擬輸入功能塊中的轉換器刻度參數完成的，即由量程下限設定完成的。量程設定可以遠程操作，但校驗不行。因為根據定義，校驗要求連接標準信號源。校驗須***在設備上進行，即把不同的已知標準輸入信號加到設備上，逐一進行校驗。HART變送器有4～20mA的輸出，這些回路電流也可以被校驗，不過很少有這樣做的。因此，HART設備有“電流整定”的功能。
當進行輸入校驗時，須***施加已知的外部標準輸入信號；當進行輸出校驗時，須***測量輸出信號。換句話說，校驗是不可能遠程實施的。因為它要求設備與外部標準信號相連。當主要參數值的讀數(工程單位)與所加的輸入不一致時，就要進行校驗。因為主要參數的讀數將被轉換后得到百分比讀數(以及HART變送器的4～20mA輸出)，所以對傳感器的校驗也會間接影響百分比讀數。
量程設定，對HART變送器來說，主要就是告訴變送器在哪個測量值上輸出應該是4mA和20mA。對基金會總線FF和PROFIBUS PA的變送器，量程設定僅僅在需要對測量值進行運算的情況下才進行(如利用差壓變送器測量流量、液位)。量程是可以遠程設定的，既不需要加任何輸入信號，又不需要測量輸出。當百分比讀數不正確時，才做量程設定。量程設定不影響原始測量值的讀數。
校驗是一個設備功能，因此對FF設備來說，校驗是對相應的轉換塊進行的。而量程設定是控制策略功能，因此，量程設定是對相應的功能塊進行的。
轉換塊TRD用來將功能塊連接到設備的I／O硬件，如傳感器、執行機構以及顯示器，見圖10-8和圖10-9。通常，轉換塊能完成線性化、特征曲線、溫度補償、硬件控制和數據交換等功能。
注意，壓力和溫度變送器中的模擬輸入塊是相同的。轉換塊包含了用于處理變送器特征的參數，使其區別于其他類變送器。轉換塊不僅僅處理測量，還用來處理執行和顯示。出于這個目的，共有三種轉換塊：輸入轉換塊(變送器和分析儀)；輸出轉換塊(***終控制單元)；顯示轉換塊。
有時，原始參數讀數會和所施加的輸入不一致，原因可能是變送器的安裝位置因過壓、過溫或長期漂移引起的讀數漂移。校驗就是要使讀數和給定的輸入一致。將一個已知的標準值加在變送器上，然后通知變送器這個值是多少，“指導”變送器達到正確值。正確的讀數是通過工程工具鍵入設備的，在工程工具上往往還顯示在變送器上看到的當前值。對HART協議，校正值叫做“校驗點”或者“整定點”。在基金會總線(FF)和PROFIBUS PA中變送器的校驗只要把所加的輸入值寫入轉換器中的低端校驗點(CAL_POINT_LO)和******校驗點(CAL_POINT_HI)參數中即可完成。輸入校驗將改變過程值，會引起過程的混亂，所以須***謹慎。應離線進行校驗，或者在校驗時把控制回路切到手動。許多組態工具會提示用戶檢查過程的狀態。
傳感器校驗的一個特殊情況是零點校正，這在某些測量中會經常碰到。零輸入是可以通過仿真來達到的，不需要連接任何標準設備。針對不同的測量情況，簡單的方法有釋放壓力、切斷流量或放空儲罐等，也不需要鍵入任何校驗點值就可以進行校
驗。
通常，校驗是選取與期望的測量范圍***接近的兩點來進行的。這兩點被叫做低端校驗點和******校驗點。對絕大部分xj****的變送器，這兩點的校驗互相不會干擾，也就是說，校驗一點時不會影響另一點，所以沒有必要反復地進行校驗。所有的變送器，不管它是否說明，測量分辨率都是有限的。在較小的測量范圍進行測量，其百分比精度必然較低，因此大部分變送器在******校驗點和低端校驗點之間一定存在一個***小的測量范圍，試圖用更小的測量范圍進行校驗的做法都將被拒絕。在基金會總線FF和PROFIBUS PA設備中，***小測量范圍(CAL_MIN_SPAN)值可以在轉換塊中查到。
㈡組態
⒈ Transducer(轉換塊)
每次在SYSCON上選定現場設備時，轉換塊就會自動地出現在屏幕上，如圖10-10所示。圖標指示轉換塊已被創立，在轉換塊的圖標上雙擊兩次就可進入轉換塊。轉換塊中所有參數都是內含的，因而不能進行鏈接。輸入、輸出轉換塊，分別與輸入、輸出類功能塊相關聯。轉換塊，通過I／0硬件通道與功能塊接口，這有別于功能塊鏈接。通過輸入輸出類功能塊I／0硬件通道參數(CHANNEL)，這些功能塊被安排與相應的轉換塊對應。功能塊，只能對應于同一設備中的轉換塊。SYSCON組態軟件能組態輸入轉換塊的許多參數。
⒉TRIM(微調)
微調在現場總線儀表中就是校驗。每個傳感器都有一個傳感器輸出信號與所施加壓力的特征曲線，這個曲線決定每個傳感器，它存儲在傳感器的存儲器中。當傳感器被連接到變送器電路時，傳感器存儲器上的內容就會被微處理器使用。
有時因長時期的漂移，變送器顯示的值或轉換塊的讀數值與所施加的壓力不對應，TRIM(微調)就是用來使讀數與壓力相匹配的。
可以用CAL_POINT_LO和CAL_POINT_HI校驗變送器。在開始校驗前應該選定工程單位，這個工程單位用CAL_UNIT參數組態。表10-4顯示了遵循FF標準的工程單位和單位碼。
表10-4 FF標準的工程單位和單位碼
⑴低端微調。它用來微調低端讀數，操作人員只須將所施加壓力的正確讀數告知變送器，即把正確讀數寫入變送器的非易失存儲器。具體操作如下：給變送器施加零輸入值或低端壓力值，等主參數PRIMARY_VALUE穩定后讀出CAL_POINT_LO參數的值，如果與所施加的壓力不符，應該將0或所施加的壓力值，寫入CAL_POINT_LO參數中，SYSCON上的畫面如圖10-11所示。SENSOR_RANGE參數定義了傳感器測量范圍的***大值、***小值、工程單位和小數點右面的位數。
⑵******微調。它用來微調******讀數，操作人員只須將所施加壓力的正確讀數告知變送器，即把正確讀數寫入變送器的非易失存儲器。具體操作如下：給變送器施加5000 上限壓力值，等主參數PRIMARY_VALUE穩定后讀出CAL_POINT_HI參數的值。SYSCON上的畫面如圖10-12所示，CAL_POINT_HI參數中的5080與所施加的壓力不符，應將所施加的壓力5000寫入CAL_POINT_HI參數中。
⒊Characterization Trim（特性微調）
特性微調是在幾個點上校正傳感器讀數。為保證精度，需用一個準確且穩定的壓力源，***好是重錘式壓力計，一定要等壓力穩定后才能進行微調。在某一溫度下，傳感器特性曲線在某一區域可能有點非線性，這點非線性可以由特性微調加以校正。特性微調確定2～5點，施加該點的壓力，并把施加該點的壓力通知變送器。特性微調的校正點***小為2點，***大為5點，這些點定義了特性曲線。為滿足精度要求，推薦采用在整個量程或部分量程內等距的點作為校正點。圖10-13為SYSCON上的特性微調窗口：CURVE_X為標準壓力源施加的壓力；CURVE_Y為LD302指示的測量壓力值。校正點數在CURVE_LENGTH參數設置，***大5點。在CURVE_X鍵入輸入點，在CURVE_Y鍵入輸出點，就可完成特性微調。
CURVE_BYPASS_LD參數控制著特性線的使能或禁止：Disable禁止特性線；Enable and Backup Cal使能并備份特性線；Disable and Restore Cal 禁止并恢復特性線；Disable or Allows to enter the points禁止或允許校正點的鍵入，見圖10-14。為了組態特性曲線的校正點，須***選擇Allows to enter the points選項。在某些情況下，不能定義（組態）特性線，應選擇Disable and Restore Cal選項。如果使能并保存特性線，應選擇Enable and Backup Cal選項。
⒋Sensor Information（傳感器信息）
變送器的主要信息可通過選擇轉換塊圖標得到，如圖10-15所示。
只有應用依賴于組合框（帶下拉選項▽符號的方框）定義的信息選項可以改變（例如法蘭類型，O型圈材料等），其他的信息取決于儀表制造廠組態，用戶不能改變。
⒌Temperature Trim（溫度微調）
現場總線儀表具有測量多變量（第二、三、四變量）的特點：對于壓力（差壓）變送器第二、三變量分別是工作壓力（靜壓）、變送器本體溫度；對于溫度變送器，第二、三變量是另一通道的被測溫度、冷端溫度；對于流量變送器（儀表），第二、三、四變量分別是介質溫度、介質壓力、流量累計值等。在TEMPERATURE_TRIM參數中寫入-40℃～+85℃范圍內的任意值，然后在SECONDARY_ VALUE參數中檢查校準性能。
六、Local Adjustment(本機調整)
對于工廠，主要完成低端和******的微調、轉換塊輸出監視和檢查標簽。通常，***好由SYSCON組態變送器，但由于本機調整不依賴通信和網絡連接，且LCD本機功能組態某些參數時即容易又快捷，使本機調整成為了現場總線儀表的組態方式之一。
要進行本機調整時，先將磁棒（磁性螺絲刀）放入Z孔直至字母MD出現，見圖10-16（a）。將磁棒放入S孔中等5秒鐘，見圖10-16（b）。
從S孔中移出磁棒，見圖10-17（a）。在S孔中將磁棒往復插入直至LOC ADJ，標志出現見圖10-17（b）
例如，校驗下限值（LOWER）為0.00。 磁棒一旦插入S孔，LOWER就顯示在屏幕上，↑表示增加；↓表示減少。此時屏幕顯示為-1.00, 見圖10-18（a）。需增加數值才能到下限值0.00，保持磁棒在S孔直到數值增加到下限值0為止。如果想減少數值，將磁棒放入Z孔直至↓出現，然后將磁棒放入S孔直到數值減少到下限值0.00為止，見圖10-18（b）。
再如，校驗上限值（UPPER）為100.0。 磁棒一旦插入S孔，UPPER就顯示在屏幕上，↑表示增加；↓表示減少。此時屏幕顯示為95.0,需增加數值才能到上限值100.0，保持磁棒在S孔直到數值增加到上限值100.0為止,見圖10-19（a）。如果想減少數值，將磁棒放入Z孔直至↓出現，然后將磁棒放入S孔直到數值減少到上限值100.0為止，見圖10-19（b）。
第二節 TT302現場總線溫度變送器
一、概 述
TT302溫度變送器是一種符合FF通信協議的現場總線儀表，它可以與各種熱電阻(Cul0、Nil20、Pt50、Ptl00、Pt500)或熱電偶(B、E、J、K、N、R、S、T、L、U)配合使用測量溫度，也可以使用其他具有電阻或毫伏(mV)輸出的傳感器，如高溫計、負荷（稱重）傳感器、電阻位置指示器、氧化鋯氧量傳感器等。
TT302具有量程范圍寬：對于mV,范圍為-50～500mV；對于電阻,范圍為0～2000歐姆。
TT302內裝入的功能模塊主要有：RES(資源塊)；TRD(轉換塊)；DSP(顯示轉換塊)；DIAG(組態轉換)；AI(模擬輸入塊)；PID(PID控制塊)；EPID(增強PID)；ISEL(輸入選擇塊)；ARTH(計算塊)；CHAR(折線塊)；SPLT(分程塊)；AALM(模擬報警塊)；SPG(設定值程序發生塊)；TIME(定時與邏輯塊)；LLAG(超前／滯后塊)；CT(常數塊)；OSDL(輸出選擇／動態限幅塊)。
二、安裝接線
TT302有兩種安裝方式：與傳感器分開，變送器被安裝在可以選擇的支架（或托架）上，支架安裝在管道上或平臺上，還可安裝在墻上或盤上；變送器直接安裝在傳感器（熱電偶或熱電阻）上。
移去電氣端蓋即可看到接線端子，電纜可以通過兩個電氣連接的導線管連接孔之一連接到接線端子上。導線管連接孔螺紋應該以符合標準的密封方法進行密封。沒有用到的導線管連接孔，應該塞住。接線端子有螺釘，叉或環型的端子可以在此固定，見圖10-20。為方便起見，與LD302相同，TT302也有3個接地端子：一個在蓋子里，兩個在外邊，靠近導線管入口處。除現兩個場總線信號端子外，TT302還有四個輸入端子，它們是用來與熱電偶、熱電阻、輸入mV電壓和輸入電阻相連的。
推薦使用雙絞線對電纜(16 AWG)。不要將電源連接到傳感器接線端（端子1, 2, 3 和 4)，應避免信號線的走線靠近供電電纜或開關設備。
TT302使用31.25kb/s電壓模式為物理信號，所有掛在同一現場總線的設備須***使用相同的信號，所有設備都以并聯的方式連接在同一雙絞線上。
TT302有總線供電，對非本質安全設備***多可掛16臺；對危險區域本質安全設備***多可掛6臺；推薦使用雙絞線，也推薦使用屏蔽電纜，但只能一端接地，另一端須***小心的隔離。
TT302的拓撲結構與LD302相同，這里不再重述。
三、溫度傳感器
TT302可以與各種類型的傳感器配合使用，并為使用熱電偶(TC)或熱電阻（RTD）測量溫度進行了特殊的設計。
⑴熱電偶。熱電偶的英文縮寫為TC，它的工作原理是塞貝克效應。熱電偶是由兩種不同的金屬或合金絲在一端連接在一起所組成的。連接的那一端稱為測量端或熱端，測量端應該置于溫度測點上。打開的那一端稱為參考端或冷端，把參考端或冷端連接到溫度變送器輸入端子上。
對大多數應用，由塞貝克效應可以充分解釋熱電偶的工作特性(原理)。當金屬絲的兩端有溫度差時，金屬絲的兩端就會產生一個小的電動勢。這種現象稱為塞貝克效應。當兩種不同的金屬絲一端連接在一起，而另一端打開時，兩端之間的溫差就會形成一個電壓輸出。現在，有兩個重要的問題需要注意：首先，熱電偶所產生的電壓與測量端和冷端的溫度差成比例，因而為了得到被測溫度須***在計算中考慮參考端的溫度，這稱為冷端溫度補償。TT302可以自動地進行冷端溫度補償，為此，在TT302的傳感器接線端子處裝有一個溫度傳感器。其次，如果熱電偶與變送器端子之間的導線沒有采用補償導線(例如，由熱電偶傳感器或接線盒到變送器端子之間采用銅線)，那么，熱電偶的冷端就不在變送器的輸入端子處，而是在接線盒處。由于冷端溫度如果不與變送器端子處的溫度相同，就會對溫度測量產生影響，因此，由熱電偶傳感器的冷端到變送器的輸入端子之間的接線，要采用補償導線。熱電偶的電勢在冷端溫度為O℃時與熱端溫度的關系用熱電偶分度表來表示。分度表現存儲在TT302的存儲器中，它們是美國國家標準NBS(B、E、J、K、N、R、S、T)和德國工業標準DIN(L、U)。
⑵熱電阻。熱電阻的英文縮寫為RTD，它的工作原理是金屬的電阻隨著溫度的升高而增加。存儲在TT302中的熱電阻分度表有日本工業標準JIS[1604-81](Pt50 & Ptl00)、******電工委員會IEC,DIN,JIS[1604-89](Pt50、Ptl00 & Pt500)標準、通用電氣公司GE(Cul0) 標準、德國工業標準DIN(Nil20) 標準。要使熱電阻能夠正確地測量溫度，須***消除傳感器到測量電路之間的線路電阻所造成的影響。在某些情況下，導線可能有幾百米長，特別是在環境溫度變化劇烈的場所，消除線路電阻的影響是非常重要的。
TT302允許兩線制連接，但這種連接方法可能會造成測量誤差，誤差的大小主要取決于接線的長度以及導線經過處的溫度。如圖10-21所示為TT302溫度變送器兩線制連接示意圖，變送器假設為理想電流源，線路電阻用R表示，熱電阻用RTD表示。
采用兩線制連接時，電壓V2與電阻RTD和導線電阻R之和成正比，即
(10-1)
由上式可見，導線電阻R的變化會影響V2,進而影響測量結果。為了避免導線電阻的影響，推薦采用如圖10-22所示的三線制或如圖10-23所示的四線制連接。
采用三線制接法，端子3是一個高阻抗輸入端，因此沒有電流通過第3條線，因此在它上面也無電壓降。電壓 和 的公式為
(10-2)
(10-3)
(10-4)
由式(10-4)可以看出，與導線電阻R無關，因為導線電阻上的電壓被抵消掉了, - 僅與 的電阻值有關。
如果采用四線制接法，端子2和端子3是高阻抗輸入端，因此無電流流經此端。由于 取自 兩端，即
(10-5)
因此， 與R無關，僅與 有關，而 正是TT302接收的測量信號。
圖10-24 所示的另外一種差分或稱雙通道連接方式,與兩線制連接類似，因此也存在導線電阻的影響,即這種測量方法不能消除導線電阻造成的誤差。
四、電路原理
TT302的硬件構成方框圖如圖10-25所示。在結構上，硬件電路由輸入電路板、主電路板和顯示板組成。
⒈ 輸入板
輸入板包括多路轉換器、信號調理電路、A／D轉換器、信號隔離和電源隔離，其作用是將輸入信號轉換為二進制的數字信號，傳送給CPU，并實現輸入板與主電路板的隔離。
由于TT302可以接收多種輸入信號，各種信號將與不同的端子連接，因此，由多路轉換器根據輸入信號的類型，將相應端子連接到信號調理電路，由信號調理電路進行放大．再由A／D轉換器將其轉換為相應的數字量。
隔離部分包括信號隔離和電源隔離。信號隔離采用光電隔離，用于A／D轉換器與CPU之間的控制信號和數字信號的隔離；電源隔離采用高頻變壓器隔離，供電直流電源先調制為高頻交流，通過高頻變壓器后整流濾波轉換成直流電壓，再給輸入板上各電路供電。隔離的目的是為了避免控制系統可能多點接地形成地環電流而引入的干擾影響整個系統的正常工作。輸入板上的環境溫度傳感器用于熱電偶的冷端溫度補償。
⒉主電路板
主電路板主要包括中央處理單元,、隨機存儲器， 閃存和非易失存儲器、通信控制器、信號整形電路、本機調整和電源。主電路板是變送器的核心部件。
微處理器系統由CPU、RAM和EEPROM組成。CPU控制整個儀表各組成部分的協調工作，完成數據傳遞、運算、處理、通信等功能。存儲器有FLASH、RAM和EEPROM。FLASH用于存放系統程序(其中包括FF的鏈路層、應用層和用戶層協議)；RAM用于暫時存放運算數據；CPU芯片外的EEPROM用于存放組態參數,即功能模塊的參數。在CPU內部還有一個EEPROM，作為RAM備份使用，保存標定、組態和標識等重要數據，以保證變送器停電后來電能繼續按原來設定狀態進行工作。
通信控制器和信號整形電路與CPU一起共同完成數據的通信。FF的物理層功能是在通信控制器的硬件電路中實現的，完成信號幀的編碼和解碼、幀校驗、數據的發送與接收。信號整形電路對發送和接收的信號波形進行濾波和預處理等。
本機調整部分由兩個磁性開關即干簧管組成，用于進行變送器就地組態和調整。其方法是不必打開儀表的端蓋，而在儀表的外面利用磁棒的接近或離開以觸發磁性開關動作，即可進行變送器的組態和調校。
TT302是由現場總線電源通過現場總線供電，供電電壓為9V～32V DC，因此，現場總線電纜既是TT302的電源線，也是TT302的信號線，所不同的是，這里的電流大小并不代表數字信號的大小，通常電流在±10mA范圍內變化。電源部分將供電電壓轉換為變送器
內部各芯片所需電壓，為各芯片供電。
⒊顯示板
顯示板包括顯示控制器和LCD顯示器，可以顯示四位半數字和五位字母。用于接收CPU來的數據，并加以顯示，LCD顯示器與圖10-5相同。
五組態
傳感器組態首先組態傳感器號，參數SENSOR_TRANSDUCER_NUMBER設置1或2，分別表示第一傳感器和第二傳感器，如圖10-26所示。
用SENSOR_TYPE參數設定傳感器類型，見圖10-27，圖中選擇的L型熱電偶為德國工業標準（DIN），J、K、N熱電偶為美國國家標準（NBS）。
用SENSOR_CONNECTION參數設定傳感器連接類型，見圖10-28，圖中選擇的連接類型為Three wires(三線制)，其它為Two wires（兩線制）、Four wires(四線制) 和Double two wires（雙通道）。
傳感器類型見表10-5。
表10-5 傳感器類型
TT302的電子部分很穩定，制造廠校驗后不需要用戶進一步的校驗。然而，如果用戶要使用他自己的標準校驗TT302，可以用CAL_POINT_LO 和CAL_POINT_HI兩參數設置。
低端微調：首先將溫度傳感器放入已知溫度的地方，如果參數PRIMARY_VALUE（主要參數）顯示的值與希望的有差別，就應進行低端微調，所要作的工作就是將希望的溫度寫入CAL_POINT_LO參數內，見圖10-29。微調的結果可以在PRIMARY_VALUE參數中看到。
******微調：首先將溫度傳感器放入比低端校驗點溫度高的地方，如果參數PRIMARY_VALUE顯示的值與希望的有差別，就應進行******微調，所要作的工作就是將希望的溫度寫入CAL_POINT_HI參數內，見圖10-30。微調的結果可以在PRIMARY_VALUE參數中看到。
單位是在AI功能塊的XD_SCALE參數中設置的:Celsius為攝氏（組態值為1001）； Rankine為蘭金（組態值為1003）； Kelvin為開氏（組態值為1000）； Fahrenheit為華氏（組態值為1002）。
第三節 3051現場總線變送器
3051現場總線變送器也稱為3051S變送器或3051FF變送器，它的傳感器及電路結構與3051C(HART)變送器類同。兩者的主要差別：一是通信協議不同；二是現場總線變送器內裝功能模塊。3051FF變送器功能結構如圖10-31所示。由圖可知，FF差壓變送器的軟件功能塊有：轉換器塊、資源塊、FF功能塊和FF通信棧。
轉換器塊包含變送器專用的數據和功能。它包括傳感器類型、線性化、工程單位、診斷信息、量程調整和溫度、壓力校正等。
資源塊包含變送器的物理信息。包括制造商標識、設備型號及特性。
FF功能塊包括模擬輸入AI、PID、線性化和運算模塊等。AI模塊可進行濾波、報警和工程單位的轉換，它將測量值傳至網絡，可被其他功能塊利用。PID模塊具有標準PID算法，可構成串級控制回路。線性化模塊用以改變輸入信號的特性。運算模塊可對測量值進行基本的算術運算。
FF通信棧完成基金會現場總線通信協議(數據鏈路層和應用層)的全部功能。
FF變送器并聯地跨接在現場總線上，現場儀表之間通過總線傳遞信息和進行互操作，還可與上位計算機相連，方便地構成各種的控制系統。
第四節 3244現場總線溫度變送器
Emerson-Rosemount公司的3244現場總線溫度變送器也稱3244FF變送器，也是一種智能型兩線制變送儀表，它輸出符合基金會現場總線協議的數字信號。
該變送器可配接多種熱電偶(B、S、K、E、J、N、R、T型)、熱電阻(Pt 100、Pt 200、Pt 500、Pt 1000、Cu 10、Ni 20等)，也可輸入毫伏或電阻信號。儀表精度為±0.1℃。
一、結構原理
3244變送器的電路結構與上述變送器類同，而軟件功能塊，又與3051的FF變送器相似。其結構功能示于圖10-32。圖中：User-Selectable Input用戶可選的輸入（熱電阻，熱電偶，毫伏，歐姆）；Sensor1，Sensor2為傳感器1、2； FOUNDATION Field bus Compliant Communications Stack with Backup LAS為與基金會現場總線兼容的通信棧；Function Blocks為功能塊；Resource Blocks為資源塊；Analog-to-Digital Signal Conversion 為A/D信號轉換；Cold Junction Compensation為冷端補償；Transducer Blocks為傳感器塊；Input-to-Output Galvanic Isolation為輸入-輸出隔離。
電路部分包括微處理器、放大器、高精度A／D、專用集成電路等。來自傳感器的信號經放大和A／D轉換后，由微處理器完成線性化、熱電偶冷端溫度補償、數字通信、自診斷等功能。它輸出的數字信號中包含了傳感器1、2的溫度、溫差及平均值。
變送器內置瞬態保護器，以防回路引入的瞬變電流損壞儀表。當電路板產生故障或傳感器的漂移超過允許值時，均能輸出報警信號。變送器還具有熱備份功能，當主傳感器故障時，將自動切換到備份傳感器，以保證儀表的可靠運行。
(二)軟件功能塊
軟件功能塊包括轉換器塊、資源塊、FF功能塊和FF、通信棧。
轉換器塊包含實際的溫度測量數據：傳感器1、2的溫度、溫差和端子溫度。它還包括傳感器類型、工程單位、線性化、阻尼時間、溫度校正、診斷等方面的信息。
資源塊包含變送器的物理信息：制造商標識、設備類型和軟件工位號等。
FF功能塊有模擬量輸入模塊(AI)、輸入選擇模塊(ISEL)、PID、特性化模塊和運算器。AI模塊進行濾波、報警和工程單位的轉換，并將測量值提供給其他功能模塊。ISEL模塊用以對溫度測量信號的***高、***低、中值或平均值做出選擇，也可以選擇熱備份。PID模塊提供標準PID算法，它有兩個PID功能塊，可構成串級控制回路。運算器可對測量值進行基本的算術運算。特性化模塊用以改變輸入信號的特性，例如將溫度轉換為濕度值，把毫伏轉換為溫度值等。
第十章思考題與習題
10-1 現場總線儀表有哪些優點？
10-2 AI的XD_SCALE組態參數為：400、 -50、 1001、 0，試說明其含義。
10-3AI的OUT_SCALE組態參數為：100、 0、 1342、 1，試說明其含義。
10-4用壓力變送器測量壓力，壓力變送器測量范圍為0～100千帕，試組態AI(XD_SCALE, OUT_ SCALE, L_TYPE, CHANNEL)參數。若測得壓力為45千帕，此時OUT為多少？（答案：45千帕）
10-5用壓力變送器測量液位，壓力變送器測量范圍為0～5千帕，對應液位為0.5 ～5.5m，試組態AI參數。若測得壓力為3.5千帕，此時OUT為多少？（答案：4m）
10-6用差壓變送器測量流量（孔板作為節流元件），差壓變送器測量范圍為0～2.5千帕，對應流量為0 ～1000kg/h，試組態AI參數。若測得壓力為0.9千帕，此時OUT為多少？（答案：600kg/h）
10-7用FF溫度變送器測量溫度送給操作員站，溫度變送器測量范圍為-200～450℃，試組態AI參數。若測得溫度為100 ℃ ，此時OUT為多少？（答案：100 ℃）
10-8用LD302測量流量，如果流量在0～800 變化，通過孔板產生的差壓變化為0～4kPa，若XD_SCALE設置為0～6kPa，OUT_SCALE設置為0～800 ，Low_OUT設置為15%。試求流量低于何值時輸出為 ，對應的差壓是多少千帕？（答案：0.135kPa）
10-9 一個10m高的裝水罐(密度1000kg/m3)，變送器安裝在罐下0.5m處，需要將靜壓讀數轉換為米，如何以千帕為單位設置XD_SCALE?（答案：102.9；4.9；1133；1）
10-10使用壓力變送器測量壓力，如何設置AI（L_TYPE）功能塊?
10-11AI功能塊組態參數如下：OUT_SCALE.EU100％：200，OUT_SCALE.EU0％=0，HI_LIM：190，ALARM_HYS=5％，試求回差和清除報警的數值。(答案：10；180)
10-12 TT302的差分或雙通道的接線圖如圖10-33所示，試寫出電阻-電壓關系式，并說明其優缺點。
10-13用TT302溫度變送器測量溫度，溫度變送器測量范圍為-200～450℃，試組態AI參數。若測得溫度為100 ℃ ，此時OUT為多少？(答案：100 ℃)
10-14說明3244FF的結構特點及軟件功能。 |
