分析智能传感器与现场总线技术

1、分析智能传感器与现场总线技术摘 要智能传感器已成为当今传感器技术的 一个主要发展方向。智能传感器首先借助于其传感单 元，感知待测量，并将之转换成相应的电信号。该信 号通过放大、滤波等调理后，经过 A/D 转换，接着 基于应用算法进行信号处理，获得待测量大小等相关 信息。然后，将分析结果保存起来，通过接口将它们 交给现场用户或借助于通信将之告知给系统或上位机 等。由此可知，智能传感器主要完成信号感知与调理、 信号处理和通信三大功能。本文将从这三方面阐述智 能传感器技术的发展现状。关键词 智能传感器 现场总线技术 信号处理中图分类号：TN911.7文献标识码：A文章编号:1 009-9 1 4X（

2、 20 1 5）33-00 1 5-0 11 、智能传感器的性能特点 智能仪表采用超大规模集成电路，在完成输入信 号的非线性补偿、零点错误、温度补偿、故障诊断等 基础上，还可完成对工业过程的控制。智能传感器中 的敏感元件有些如传统传感器一样单个存在的，有些 借助于微机械技术、硅集成等技术以阵列方式存在， 以提高测试精度与可靠性，有些将多种敏感元件以一 定的方式复合分布在感知模块中以感知多种待测量感 知模块出来的信号一般含有来自于外界的干扰，需要 “净化”处理以确保测试精度。另外，该信号一般比 较小，有时甚至非常微弱，通常需要利用电桥等电路 进行信号放大。这些功能一般通过具有滤波、放大等 功能的

3、，如测试放大器等调理电路予以实现。2、智能传感器总线式技术创新 蔡兵炼同志现任通修队副队长，目前已从事安全 监测监控管理工作 6 年多时间，在日常工作中该同志 把理论知识与现场实践相结合，摸索出来了“传感器 总线接线方式”，攻克了一直沿用频率接线只能一根线 带一个传感器的缺陷，为成本、工作效率和工作质量 管理产生了积极意义。2.1 实施背景 我矿监测监控传感器原来采用频率式接法。从厂 家采购的传感器内部电源及信号线路的连接方式均是 频率式接法；如图 1（瓦斯传感器为例） ：电源正负线 接入对应的端子，信号正负线及断电线接入对应的端 子？。该接线方式存在的最大缺点是一根线只能带一 个传感器。频率

4、式接线法：每个传感器都需要从监测分站接 出一趟传输线至传感器（例如：一个掘进工作面迎头 安设一个瓦斯传感器， 后回安装一个瓦斯、 一氧化碳、 温度传感器，则需从分站接出 4 趟传输线至传感器， 5-2煤综采工作面共安装传感器 10 个，则需从分站接 出 10 趟传输线）。2.2 该技术创新的主要内容简介 “传感器总线式”：从监测分站接一趟传输线出来 后，在后面并联接多个传感器。操作步骤： 把从厂家采购的传感器内部电源及信号线路的频 率式连接，按照（如图 3）接法进行调整，具体调整 方式：A :将电源正负线、信号正负线及断电线从端 子？、？上拆下。B:将电源正负线接入端子？；C:将信号正负线接入

5、端子？（甩开断电线）。 说明:（红、黑色线路为电源正负线，接入分站模拟量的电源 +电源-， 蓝、绿色线路为信号正负线， 接入分站 485 信号+信号-，黄色线去掉不用） 。操作关键点: 该技术创新核心技术为信号传输，操作时的关键 是传感器内部线路的调整及分站内线路的连接。操作 者必须熟悉监测设备的工作原理，牢记传感器内部线 路的调整方式及分站内线路的连接方式。3、现场总线控制系统3.1 智能传感器和现场总线是组成 FCS 的两个重 要部分FCS用现场总线在控制现场，建立一条高可靠性 的数字通讯线路，实现各个智能传感器之间及智能传 感器与主机之间的数据通信，把单个分散的智能传感 器变成网络节点。

6、智能传感器中的数据处理有助于减 轻主控制站的工作负担，使大量的信息处理就地化， 减小了现场控制站之间的信息往返，降低了对网络数 据通讯容量的要求，经过智能传感器预处理过的数据 通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理，提 高了系统的可靠性和容错能力，这样FCS把各个智能 传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任 务的网络系统，能更好的体现 DCS 中的“信息集中， 控制分散”的功能，提高了信号传输的准确性、实时 性和快速性。3.2 FCS对DCS的影响传统的 DCS 系统由各种工作站通过局域网络连 接而成，操作站和信息管理站完成系统的组态、监控 和运行管理，现场监控站则完成生产过程信息

7、的采集 和控制， DCS 的主要问题是开放型差分散不够，需要 用大量的电缆传递信号，FCS则突破了 DCS系统中通 讯由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基 于封闭专用的解决方案变成了基于开放通用标准化的 解决方案，把集散系统结构变成了新型全分布式结构， 把 DCS 控制站中基本且可独立的功能块彻底的下放 到现场智能中去。实际上，工业过程控制的发展大体分：气动仪表 控制-电动仪表控制-计算机集中控制-DCS几个阶 段。目前，我国部分过程工艺都以 DCS 作为主流控制 系统，电皿型作为主导仪表，加上认识上的原因，现 场总线仍为非主导仪表，暂不能普及 FCS。DCS是一 个不断发展的控制系统

8、，它必然不断采用现场总线技 术对自身进行改造， 使 DCS 能与现场总线智能和局部 FCS连接起来。4、取得的效果 传感器总线式接法在井下监测监控系统中运用 后，经过一段时间的运行观察，信号传输稳定可靠。在节约人力物力方面 （举例说明）：一个掘进工作 面需要安装 4个传感器，工作面迎头安装 1 个瓦斯传 感器，后回（开口点10-15m）安装3个传感器（1个 瓦斯传感器、1 个温度传感器、 1 个一氧化碳传感器）， 改为总线式接线法后只需敷设一趟线路，将后回（开 口点 10-15m）3 个传感器并联在一根传输线上，比频 率式接法约节约传输线 400m 左右（ 400m 传输线节约 资金约 2400元）；一个 5-2 煤综采面上隅角安装 2个 传感器，机尾回风安装 2 个传感器，回风顺槽安装 3 个传感器，胶运顺槽机头安装 3个传感器，共 10 个传 感器，采用总线式接法可节省传输线 8000 米左右（节 约资金约 48000元）。原来需要 4 个人一个班完成的安 装工作采用总线式后两个人半个班就可以完成，劳动 效率提高 2 倍之多。目前井下共有 2 个综采面， 2 个 连采面，8 个掘进面，约共计节约传输线 2万多米（