摘要:變送器在工業(yè)生產(chǎn)中是將變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表。通過(guò)變送器能夠更直觀，更便捷的了解生產(chǎn)過(guò)程中重要工序的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)炸藥生產(chǎn)的自動(dòng)化、無(wú)人化生產(chǎn)起著重要的作用。
1 溫度變送器原理
變送器的種類非常多，在炸藥生產(chǎn)線中用的較多的是一體化溫度變送器。溫度變送器較同類的溫度儀表有精度高；量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào)；穩(wěn)定性能好；無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件、維修量少；全系列統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間使用的大多為熱電阻一體溫度變送器。熱電阻一體溫度變送器是有基準(zhǔn)單元、R/V 轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反饋保護(hù)、限流保護(hù)、V/I 轉(zhuǎn)換單元等組成測(cè)溫?zé)犭娮栊盘?hào)轉(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對(duì)溫度與電阻的非線性關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，徑V/I 轉(zhuǎn)換電路后輸出一個(gè)與被測(cè)溫度呈現(xiàn)新關(guān)系的4~20mA 恒流信號(hào)。
熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體制成敏感元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。熱敏電阻因其電阻溫度系數(shù)大，靈敏高；熱慣性小，反應(yīng)速度快；體積小，架構(gòu)簡(jiǎn)單；使用方便壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。熱敏電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系可以用下式表示：
式中Rt 為溫度為t 時(shí)的電阻值；Ro 為溫度to 為時(shí)的電阻值；B 為常數(shù)，由材料、工藝及結(jié)構(gòu)決定。熱點(diǎn)性曲線如圖1所示：
變送器將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)通過(guò)熱電阻傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備（例如PLC）。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表，主要用于工業(yè)過(guò)程溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。電流變送器是將被測(cè)贖回路交流電流轉(zhuǎn)換成恒流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置。
熱電阻一體溫度變送器的測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。
2 溫度變送器在PLC 中的應(yīng)用
江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線中的溫度變送器采用集信號(hào)傳輸和電源供給為一體的二線制接線。輸出電流為4~20mA DC。溫度變送器從現(xiàn)場(chǎng)傳輸電流信號(hào)至PLC 的AI/O 拓展模塊（西門子PLC 拓展模塊可將接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)），經(jīng)過(guò)STEP7 中得程序進(jìn)行一系列的換算。經(jīng)過(guò)換算后的數(shù)據(jù)經(jīng)西門子wincc 組態(tài)界面展現(xiàn)在中控室的主控機(jī)上。中控室人員能夠在地衣時(shí)間掌握現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)工序溫度變化情況而不需進(jìn)入車間。
shou先PLC 接收到電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理得出字，由字再轉(zhuǎn)化成整數(shù)，整型轉(zhuǎn)化成雙整型，雙整數(shù)轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)。實(shí)際變送器的量程為0~150℃對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中的0~27648 （由于考慮到特殊情況模擬量輸入可能會(huì)超過(guò)選擇的量程，因此在量程的上、下限-100%~100%之外設(shè)置了18.5%的裕量。）對(duì)應(yīng)。這樣在現(xiàn)場(chǎng)溫度變送器測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)過(guò)來(lái)都會(huì)有一個(gè)十進(jìn)制數(shù)值與之對(duì)應(yīng)。這也是在PLC 中常用的量程換算方式。
3 溫度變送器的故障分析
熱電阻一體化溫度變送器由于內(nèi)部單元復(fù)雜，并且在江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線中與PLC 進(jìn)行通訊，在遇到變送器故障時(shí)應(yīng)按照從頭至尾的方法進(jìn)行故障分析排查。
3.1 溫度變送器不顯示數(shù)值
3.1.1 組態(tài)顯示數(shù)值
①原因分析：根據(jù)PLC 與變送器的通訊關(guān)系可判斷，若組態(tài)能夠顯示正確溫度變量則溫度變送器在傳輸變量參數(shù)
至PLC 時(shí)測(cè)量的實(shí)際溫度是正確的。則現(xiàn)場(chǎng)的變送器的熱電阻完好，測(cè)量單元正常（如圖2 所示），接線正常，PLC 接收數(shù)據(jù)正常。則有可能是顯示單元故障。
②解決辦法：更換顯示單元。
3.2 變送器顯示數(shù)值，組態(tài)不顯示數(shù)值
對(duì)于溫度變送器正常顯示，而組態(tài)不顯示的情況，可以排除溫度變送器自身問(wèn)題，那么排除溫度變送器故障之后必須依照“從頭至尾”的故障分析方法從接線開(kāi)始排查。檢查步驟：
①現(xiàn)場(chǎng)傳感器的接線是否正確。傳感器使用的是24VDC,需檢查正負(fù)極接法是否正確。另外要檢查絕緣線是否完好。（對(duì)于24V DC 的電源輸出，在傳輸過(guò)程中很容易受到外來(lái)干擾信號(hào)的影響，導(dǎo)致干擾信號(hào)進(jìn)入內(nèi)層導(dǎo)體干擾并降低傳輸信號(hào)。所以在工程初期布線就已經(jīng)將強(qiáng)電弱電的線槽區(qū)分開(kāi)了，但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)很多弱電信號(hào)輸出線還是會(huì)使用帶屏蔽功能的銅線。）
②若接線無(wú)問(wèn)題，應(yīng)先查找PLC 和主控機(jī)的IP 進(jìn)行PING 值測(cè)試。此測(cè)試是為了檢測(cè)PLC 與主控機(jī)之間的傳輸是否異常。若PLC 與中控室主控機(jī)連接異常，應(yīng)馬上檢查自中控室到現(xiàn)場(chǎng)配電室中配電柜的網(wǎng)線是否連接完好，配電室中的交換機(jī)是否正常工作。注：此檢測(cè)方法在遇到wincc 組態(tài)界面出現(xiàn)一片數(shù)據(jù)灰色并且無(wú)實(shí)時(shí)傳輸時(shí)同樣可用。
③若通訊完好，下一步需要對(duì)PLC 的接口進(jìn)行檢測(cè)，PLC 的AI/O 接口異常也是常見(jiàn)現(xiàn)象�？梢試L試使用一個(gè)kongbai的AI/O 接口，使用kongbai端子之前需對(duì)程序的讀取的原端子數(shù)據(jù)地址進(jìn)行修改。如圖三所示，原程序中以piw272 作為基質(zhì)泵溫度參數(shù)讀取的數(shù)據(jù)地址，shou先找到在PLC 的拓展AI/O 端子模塊中找到一個(gè)kongbai端子在step7 中搜索使用過(guò)的端子避免重復(fù)。找好kongbai端子，對(duì)如四中的PIW272 修改（如圖四所示）成PIW414。此后應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)到PLC 段的接線進(jìn)行修改，找到配電房中的配電柜，找到PIW272 對(duì)應(yīng)的端子將進(jìn)線改到PIW414 對(duì)應(yīng)的端子。以上步奏完畢后打開(kāi)Wincc 查看中控室的基質(zhì)泵溫度是否恢復(fù)正常。若恢復(fù)正常則證明PLC 中的AI/O 拓展模塊中的AI2.0 端口損壞。
④若問(wèn)題依然存在，則進(jìn)一步對(duì)西門子組態(tài)Wincc （windows control center———視窗控制中心是西門子控制系統(tǒng)中的人機(jī)界面組件，在此組件中可以自行編輯所有生產(chǎn)過(guò)程中所需的參數(shù)顯示，設(shè)備控制以及異常報(bào)警）進(jìn)行排查。在Wincc 和STEP7 建立的連接中，所有PLC 收集到的數(shù)據(jù)都可以經(jīng)過(guò)程序進(jìn)行編譯，修改和換算。而這些經(jīng)過(guò)處理之后的數(shù)據(jù)都由Wincc 這個(gè)組態(tài)平臺(tái)#終展現(xiàn)在Wincc 界面中。此間Wincc 需要PLC 供所有的數(shù)據(jù)參考，這就是Wincc 和step7 之間建立的通訊。
打開(kāi)wincc 在圖形編輯界面找到基質(zhì)泵溫度顯示塊。找到其所使用的PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)塊DB2 中的DBD8，此數(shù)據(jù)塊地址存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)即為基質(zhì)泵溫度。在程序中查找DB2.DBD8 進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，以推測(cè)是否是數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)發(fā)生錯(cuò)誤。若數(shù)據(jù)異常，參照C 中修改方式進(jìn)行硬件和軟件同時(shí)修改數(shù)據(jù)塊地址的做法。(如圖5)
3.3 測(cè)量溫度與實(shí)際溫度有誤差（超過(guò)10%）
在實(shí)際生產(chǎn)中溫度變送器會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際溫度有誤差的情況。此情況下可通過(guò)step7 對(duì)程序進(jìn)行微量調(diào)整。如上所說(shuō)，在溫度變送器的量程范圍（0℃~150℃）與PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)（0~27648）相對(duì)應(yīng)。若知道實(shí)際溫度與誤差溫度即可計(jì)算出偏差量進(jìn)行微量調(diào)整。公式如下：
接著對(duì)程序#大量程修改為TMax ，即可讓溫度回復(fù)正常數(shù)值。
注：此方法僅在程序上對(duì)溫度變送器的范圍值進(jìn)行修改，并不能代替硬件故障的修復(fù)。若故障原因?yàn)闊犭娮枥匣纫蛩夭豢捎么朔椒ń鉀Q。
3.4 其他故障分析
在我廠的江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線中出現(xiàn)制藥工房的油相儲(chǔ)罐溫度變送器在生產(chǎn)前準(zhǔn)備工作時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度變送器的顯示單元和中控室wincc 組態(tài)界面有數(shù)據(jù)卻沒(méi)有實(shí)時(shí)傳輸?shù)默F(xiàn)象。原因是由于在車間生產(chǎn)前油相儲(chǔ)罐留有殘料，若當(dāng)天沒(méi)有及時(shí)使用或者清理，油相罐內(nèi)的油料會(huì)凝固從而使溫度計(jì)不能通過(guò)熱電阻測(cè)量出新的油料的實(shí)際溫度。
解決辦法：在生產(chǎn)前做好充分的儲(chǔ)料罐保溫工作確保儲(chǔ)料罐內(nèi)沒(méi)有凝固狀物體影響溫度變送器的測(cè)量。
4 結(jié)束語(yǔ)
一體化熱電阻溫度變送器是熱點(diǎn)式溫度傳感器與變送器的非常好結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精que測(cè)量和控制。在炸藥生產(chǎn)行業(yè)的運(yùn)用更是使其具備自動(dòng)化、無(wú)人化、信息化的功能。然而去年來(lái)我廠江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線發(fā)生多起溫度變送器故障事故，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度造成了不可低估的影響對(duì)熱電阻一體式溫度變送器的故障分析能夠讓我們進(jìn)一步了解變送器的原理，從應(yīng)用方式出發(fā)思考和分析故障原因，為提高生產(chǎn)效率和減少故障排查的時(shí)間打下基礎(chǔ)。
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