化工测量仪表模拟信号（电流）稳定分程处理的方法论述

杨国兵

摘 要：随着我国变送器技术、传感器技术、信号处理技术的快速发展，化工仪器仪表已成为工业控制装置的重要组成部分。仪器仪表传输信号可分为数字信号和模拟信号，数字信号即是开关量，如：常开点、常闭点，开关信号可以通过中间继电器进行扩展和延伸，技术成熟可靠;模拟信号是连续变化的，如：温度、压力、流量，模拟信号的扩展和延伸则较为困难。为了让化工测量仪表模拟信号（电流）实现扩展和延伸，就必须对模拟量进行再转换，下面就以浓磷酸储罐扭矩（三线制）、高度（两线制）为例，简要论述化工测量仪表模拟信号（4-20mA电流）稳定分程处理的方法。

关键词：仪表;模拟;信号;处理

1 化工仪表模拟信号（4-20mA电流）特点

模拟信号的主要具有以下特点：

①精确的分辨率，在理想情况下，它具有无穷大的分辨率。与数字信号相比，模拟信号的信息密度更高。由于不存在量化误差，它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述;

②当达到相同的效果，模拟信号处理比数字信号处理更简单;

③模拟信号信号被多次复制，或进行长距离传输之后，易受到杂讯干扰;

④4-20mA信号电流是国际标准化组织规定的，全球统一采用的仪器、仪表信号传送的标准信号;

⑤采用起点为4mA是为了能迅速判断出信号回路是否开路，信号回路一旦出现开路时，信号电流就为零。相比以前采用的以0mA为起点就可以迅速得出判断，这就使得检测回路可以迅速隔离错误的检测信号，排除故障源;

⑥现场与控制室之间的距离较远，连接电线的电阻较大，如果用电压源信号远传，由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，而用恒电流源信号作为远传，只要傳送回路不出现分支，回路中的电流就不会随电线长短而改变（基尔霍夫第一定律），从而保证了传送的精度。

2 模拟信号（4-20mA电流）分程传输的常用方法

浓磷酸储罐采用就地PLC接三线制扭矩传感器、两线制高度传感器分别进行扭矩、高度测量，PLC再将扭矩、高度信号通过总线传输至现场液晶显示屏，实行现场显示和控制。

此扭矩、高度模拟信号不能直接同时传至DCS系统，罐区主控室操作人员为对扭矩、高度数值进行有效监测，只能通过PLC编程并增加模拟量输出模块将扭矩、高度信号转换结果传至DCS系统，该方法需增加1块模拟量输出模块。

3 模拟信号（4-20mA电流）稳定分程处理的方法

本分程处理的方法是将三线制扭矩测量信号通过信号隔离器分为2路模拟量信号输出（如图1所示），实现现场、远程双控要求。

如图1所示，24VDC电源同时供给信号隔离器与扭矩传感器，电源负极与4-20Ma模拟量信号负极短接，接入信号隔离器2脚，将扭矩传感器4-20Ma模拟量信号正极3#接入信号隔离器1脚，至此信号隔离器检测来自扭矩传感器输出的4-20Ma模拟量信号， 4-20Ma模拟量信号通过信号隔离器，分别转换至10与7脚、8与9脚4-20Ma模拟量信号，10与7脚传至远程DCS系统，8与9脚传至就地PLC系统，传至DCS系统、PLC系统的4-20mA信号均经过信号隔离器，信号稳定不受干扰，实现浓磷酸罐扭矩测量信号稳定分程处理的目的。

本分程处理的方法是将两线制高度测量信号通过信号隔离器分为2路模拟量信号输出（如图2所示），实现现场、远程双控要求。

如图2所示，供给信号隔离器24VDC电源，同时给高度传感器供电，接入信号隔离器1、2脚，因高度传感器是两线制，故而高度变送出4-20Ma模拟量信号传至信号隔离器，信号隔离器1、2脚只接收来自高度传感器4-20Ma模拟量信号，4-20Ma模拟量信号通过信号隔离器，分别转换至10与7脚、8与9脚4-20Ma模拟量信号，10与7脚传至远程DCS系统，8与9脚传至就地PLC系统，传至DCS系统、PLC系统的4-20mA信号均经过信号隔离器，信号稳定不受干扰，实现浓磷酸罐高度测量信号稳定分程处理的目的。

参考文献：

[1]廖常初.大中型PLC应用教材[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]何衍庆，黄海燕，黎冰等著.集散控制系统原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]孟华，刘娜，厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].北京：化学工业出版社，2010.