浅谈影响在线仪表计量可靠性的因素及处理方法.docx

摘?要：根据在线仪表信号的三种不同传输形式，分析了影响在线仪表计量可靠性的因素，并就如何提高在线仪表计量的可靠性提出了相应对策。

???关键词：在线仪表；影响因素；可靠性；信号

????0?引言

????在工业自动化技术飞速发展的今天，仪表计量数据的采集在工业自控系统中已占有不可缺少的地位。就制药企业而言，仪表计量的可靠性与药品安全、产品质量、企业效益有着密切的联系。所谓可靠性就是指在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。在自控系统中，仪表所采集到的数据上传至服务器经过处理后，再结合其他控制设备以实现工业的自动化控制。这除了仪表本身必须具备高可靠性外，对仪表至服务器之间的第三方硬件设备的可靠性也提出了更高的要求。

????仪表在自控系统中的工作原理如图1所示。

?????1?在线仪表信号的传输形式

????在自控系统中，仪表信号的输出形式一般为电压信号、电流信号、电阻信号这三种。

????1.1?仪表电压信号的输出

????在自控系统中，数据采集模块采集仪表输出的电压信号，就好比电压表测量电路电压一样。根据数据采集模块采集仪表输出的电压信号这一特性，仪表工作时就需要一外部供电电源对仪表进行供电。仪表将检测环境输出的一个电压信号通过信号变送器转换后，传输至数据采集模块。电压信号输出原理如图2所示。

????1.2?仪表电流信号的输出

????仪表正常工作的条件：

（1）电压：V≤Emin-Imax?R?Lmax，即仪表变送器工作电压V=系统供电电压-电流在负载电阻和传输导线电阻上的压降（Imax=20mA）。

（2）电流：I≤Imin，即仪表变送器正常工作电流I必须≤变送器工作输出的最小电流（Imin=4mA）。

（3）功率：P＜Imin（Emin-Imin?R?Lmax），即仪表变送器的工作功率P不能?超过上述两式相乘计算得到的电压。一般P＜90mW，式中Emin为最低电源电压，对多数仪表而言，Emin=24×（1-5%）=22.8V，5%为24V电源允许的负向变化量（R?Lmax=250Ω+传输导线电阻）。

????如果仪表变送器在设计上满足了上述三个条件，就可实现两线制传输。所谓两线制，即电源、负载串联在一起并具有同一公共点，而现场仪表变送器与控制室数据采集模块之间的信号联络及供电仅用两根导线，这两根导线既是电源线（为数据采集模块和仪表变送器供电），又是信号线。两线制数据采集接线方式如图3所示。

????目前，在自控系统中两线制仪表变送器输出的电流信号起点一般为4mADC，数据采集模块为仪表变送器提供了工作用24VDC电压。同时，由于仪表电气输出信号零点为4mADC，不与仪表零点信号重合，因此在自控系统中更有利于识别仪表断电和断线等故障。两线制仪表变送器输出信号为4～20mADC，负载电阻一般为250Ω。

????由于电流信号具有稳定性高的特点，4～20mADC信号传输的方式得到普及和应用。在实际使用过程中，由于某些仪表转换电路复杂、功耗大等原因，难以全部满足仪表正常工作所需的条件，如在线分析、机械量等仪表无法采用两线制接线方式，这就要求采用外接电源的方法为变送器提供电源。四线制仪表变送器接线方式如图4所示。

????1.3?仪表电阻信号的输出

????此类信号的输出一般用于环境温度的检测。在温度检测过程中，无论是热电偶，还是热电阻等，均会根据所处环境温度的变化而使电阻值发生变化，电阻值变化与温度变化具有直接对应关系。

式中?T——当前温度值；

R——当前温度下实测的电阻值；

a——温度系数值。

????在自控系统中，一般为节约建造成本，通常采用RTD模块读取仪表电阻，根据电阻值随温度变化而变化的对应关系，计算出所检测环境温度再传输至自控系统。

????2?影响在线仪表计量可靠性的因素

????我们知道，人通过五感（视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉）得到的信息，经大脑处理后发出相应的动作命令。因此，五感的准确可靠性对于人类的生活至关重要。在自控系统中，在线仪表就好比人的五感，仪表检测是否精准对自控系统的控制精度具有直接影响。

????就自控系统在线仪表的使用而言，无论哪种信号的输出，都会受到不同程度的干扰，这些干扰除外界环境的干扰外，最大的干扰就是来自内部系统的干扰。

????前面提到的第三方硬件设备主要指连接导线、接线端子或接线头、数据采集模块、电源。在使用过程中，这些硬件设备都将随着时间的推移和工作环境的变化或多或少地出现氧化、腐蚀、老化、接触不良等现象。而这些现象会使得仪表得不到正常的工作电压或因传输电阻值变化而导致信号传输失真。当生产环