过程变量变送器—过程控制的关键连接
发布时间：2006-02-14 作者：Dick Johnson
Dick Johnson，CONTROL ENGINEERING编辑顾问
过程变量变送器（PVT）是起重要作用的简单器件。作为几乎是全世界所有连续过程/批操作中的过程传感器和控制室之间的连接，这些器件必须向控制网络发送准确的信号，确保产品质量和流程不受影响。Reed Business Information（www.reedbusiness.com）旗下的CONTROL ENGINEERING杂志和Reed Research Group最近根据一项基于电子邮件/Web方式的调查对PVT的发展趋势进行了研究，而这是2002年以来对这一题目的首次研究。主要的发展趋势包括：无线应用、更小的外形尺寸、多变量过程变送器的更多使用。
与2002年的调查结果相比，此次调查中接受调查的受访者使用PVT的各应用领域比例没有太大变化：连续性过程应用占全体回应者的47.3%，连续性及批处理占40.6%，单纯批处理占12.1%。与2002年的调查相比，各项百分比数字仅有1或2的变化，所以具有很好的可比较性。变送器类型仍然集中于“四大类”过程变量：压力、温度、料位、流量。
无线应用朝日初升
那么，变送器是否如其他诸多控制器件一般正变得更小巧、更快速、并且更便宜呢？持续进步的电子技术或许已经达到了大部分过程应用所需要的速度。更先进的电子技术与最新型的组装技术相结合已经带来了紧凑的封装和更低的价格。但是，今年的PVT产品辞典上出现的一个词是2002年所没有的：无线。
Honeywell公司的技术经理Lawrence Vanell认为，将无线功能加到变送器的应用所付出的努力是物有所值的。考虑到许多过程工厂的覆盖物理物理空间之大，消除变送器和控制电路之间的连线是有意义的，这些连线的成本可能高达1美元每英尺。
然而，虽然已经有了无线变送器，但它们还无法用于控制领域。Vanell表示：“现在的无线变送器已经被成功地用在了过程工厂里的大量监视场合，但是由于所有的无线器件都会不时丢失信号这一事实，我们还不推荐在控制功能部分使用它们。”
只要无线过程变送器能够防止信号丢失，或者在中断时将数据保存，当信号连接重新建立起来后再重新广播出去，控制工程师就能像使用其他的许多无线器件一样使用无线变送器。Vanell认为用于控制过程的无线变送器已经如同朝阳初升一般出现在了地平线上：“（无线变送器用于过程控制）快则三年，不会超过五年。”
更小、更智能化
图1：只有很少一些过程设备或多或少地使用了多变量器件。受访者当中的60%以上表示
其使用的多变量器件比例小于25%。但与2002的情况相比，多变量器件的使用的确有所增长。 电子元件的小型化使过程变送器变得更小、更智能。控制工程师使用多变量器件能收集到相关的过程数据，但是，这种器件的应用还没有取得压倒性的优势。最近的调查表明，只有一小部分过程设备或多或少地使用了多变量器件（详细比例数字请参见附图）。对于大部分的受访者而言，多变量变送器在其使用的全部变送器中占据的比例小于四分之一。实际上，这个使用模式与2002年的调查结果很相近。
在2002年的调查中，受访者使用的变送器有22%属多变量类型，而本次调查这个数字上升到了26%，但这对总体的安装基数来说构不成什么影响。Frost & Sullivan（
www.frost.com）公司的自动化及过程控制研究经理Sath Rao认为，多变量变送器还只是处于刚刚进入过程控制市场的阶段。他说：“多变量变送器日益被人们所接受，不仅仅在改装翻新的应用领域——在这些领域，为了使用不同的变送器进行多种测量，生产线的升级成本难以让人接受——而且还在新的安装领域。多变量器件的使用缩减了初次购买和安装的成本。而另一方面，仅仅从生产线上的变送器数量减少这一点来看，总体的系统可靠性也能得到提高。
图2：模拟通讯方式仍居主导地位。 Emerson过程管理公司（
www.emersonprocess.com）的全球产品经理Michelle Hursh也注意到了市场占有率的增长，他指出：“自从10年前最早的3095型变送器投放市场以来，Rosemount系列已经看到了需求的增长。尽管控制工程师对成功的安装实践经验还有一些质疑，但是只要看清楚安装多变量器件单元的优势所在，他们就会开始指定购买这些器件。
后浪推前浪的新型协议
有很多通信协议可以用于过程控制系统，而从本次调查的受访者提供的情况来看，有一点很明显：一些“老式而可靠的（通信协议）”仍然具有很强的生命力。模拟通讯仍然是主流。与2002年的调查结果相比，最大的变化在于FF现场总线协议的增长，本次调查的结果显示，它明显超越了Profibus PA。
数字协议将会成为21世纪的通信协议首选吗？Siemens公司过程仪表部门的产品市场经理Michael Cushing的答案是“没那么快”。他说：“可以从历史的角度来看这个问题，当1983年智能变送器问世时，所有潜在用户所需要做的就是卸下现有的模拟电子器件，将智能器件安装上，进行配置，然后就大功告成了。这其中受影响的只有变送器，不需要新的连线、I/O卡、供电电源或系统软件。而即使在这样理想的前提条件下，智能变送器也用了10年以上的时间才超越模拟变送器的市场销量。”
在Cushing看来，用总线系统替换现有的硬连线器件并不能类比于用智能器件替换模拟器件。从硬连线系统到基于总线的系统，比如Profibus或FF现场总线，所有的元件都必须更换，包括变送器、互连线（至少要添加接头）、I/O卡、系统软件、图形显示、以及配置软件。更换变送器是其中代价最小的一个环节。他指出，更好的一个类比对象是用电子变送器替换气动器件，因为在这种情况下也要影响到整个体系架构。
Cushing认为：“在建造新的生产线时，人们选择使用HART、FF、还是PA取决于他们对新型技术的熟悉程度和自信心。随着总线系统在改进资产管理方面带来的长远好处被实现和记录下来，所有新建造的生产线都将逐渐成为基于总线架构的。但是，由于目前市场的多元化，气动变送器（虽然已经是50年前的过时产品）也还有销售，Profibus和FF现场总线完全取代4~20 mA/HART变送器还有待时日。”
变送器产品 有关以下产品的更多信息请访问下面列出的网址。
四合一测量
支持FF现场总线通讯的3095多变量质量流体变送器执行四种测量：压力、差压、温度、质量流量。单一的变送器安装能减少过程穿通、缩减库存和安装成本。该器件提供完全补偿的质量流量测量，减少了传统的dp流量不确定性来源。质量流量通过测量压力和温度、根据所有的流量方程参数进行实时计算得到，包括密度、粘度、速度、雷诺数、排放系数、气体膨胀因子等。
www.rosemount.com Rosemount测量产品部
无线监控
XYR 5000无线变送器实现了在安装传统硬连线安装器件成本过高、难以安装或耗时过长的应用场合中的自动化变量监控功能。它们监控表压、绝对压力、差压、时间、超声噪音（以探测蒸汽和气体泄漏）。它们带有用以添加无线功能到4~20 mA器件上的模拟输入接口、分立输入/输出选项、以及可选的外部天线（用以将测量结果传送到控制系统或数据采集设备相连的基站）。变送器提供±0.1%的全量程范围误差，以及五年的电池使用寿命。电池电量不足时会发出提示警报。
www.honeywell.com Honeywell公司
多变量传感
Elite多变量Coriolis流量和密度计没有活动部件，低压降，测量独立于流体特征。器件有多种外形尺寸可选，适合于测量液体、气体、粉浆、悬浮液，适用于0.1至10英寸标称口径的管道。该器件直接测量质量流量、密度和温度，同时计算出体积流量、修正体积流量、固体净含量、浓度。最近的升级版本提供了延伸到400℃的工作温度范围。据报导，该器件能在有大量夹带气体存在的情况下提供高精度，并且带有全面的板上诊断功能以及DeviceNet和Profibus DP连接功能。
www.micromotion.com Micro Motion公司
易于使用的变送器
YTA系列温度变送器包括YTA50、YTA70、YTA110、YTA310和YTA320等型号，所有型号都比传统的温度变送器更易于安装、配置和运行。功能选项几乎适用于所有应用。通用输入功能保证了低廉的库存成本。YTA系列，尤其是YTA310和YTA320，全程D/A精度达到0.02%。传感器匹配能力能将总体测量错误减少75%之多。
www.yokogawa.com Yokogawa公司
多用途变送器
2600T系列HART可配置压力变送器的配备了测量差压和绝对压力的传感器，以满足多种应用的要求。如要执行补偿体积测量及质量流量和水平计算，可以添加外部过程温度传感器。系列中的某些型号适用于安全仪表化系统环境。内建的冗余和诊断分析可实现100%的硬件容错度和96%的安全失效因子。
www.abb.com ABB Instrumentation公司
可编程变送器
TMZ PC可编程Modbus温度和信号变送器提供了高输入解析度和出色的数字测量精度。该器件可直接接受多种传感器和模拟器件的输入信号，包括RTD、热电偶、欧姆表、毫伏表、电流计、电压表、电位计等。该器件将输入信号转换成标准的Modbus RTU（RS-485）协议格式，可以直接和Modbus监控系统进行接口。
www.miinet.com Moore Industries公司
压力传感器
Sitrans DSIII变送器测量压力、绝对压力、差压、流量或料位。该器件可与多种金属工艺薄膜配合，在腐蚀性的工艺材料环境下使用。双线型器件提供与输入压力成比例的标准4~20 mA输出信号。该器件可以通过三个磁性按钮进行手工编程，也可使用HART通信器或其PDM软件进行远程编程。支持FF现场总线。
www.sea.siemens.com Siemens公司
温度和湿度测量
用于苛刻应用的HMT3300系列Humicap湿度和温度变送器配备有大屏幕的数字/图形显示，多语言界面，可监视一年历史数据的测量趋势。六个型号涵盖了完整的湿度测量范围、宽广的温度范围（-70到365°F）、和0到1450psi的压力范围。多组湿度参数也是特性之一。输出包括三组模拟信号、串行接口、报警信号继电器。
www.vaisala.com Vaisala公司
高温器件
Optimass 8000/900c0系列高温Coriolis质量流量计提供对质量流量、体积流量、以及密度的测量，适用于工艺温度范围为-292到662鸉的应用场合。器件有五种尺寸可供选择，涵盖的应用范围很广，并有多种工艺接口，包括所有常见的法兰标准接口和卫生无菌接口。器件可选项包括集成或远程组装电子部件、工厂定做隔热层、流体加热套。该流量计的传感器前端部分和转换器部分还采用了双冗余电子部件。
www.krohne.com Krohne公司
液体分析测量
Solu Comp Model XMT变送器系列可在多种应用场合测量pH、ORP、传导率、氧含量、氯含量、臭氧含量。所有型号都带有密闭外壳，不受天气影响，防腐蚀性能符合NEMA 4X/IP65规范，适合安装在面板、墙面上或管道内。变送器使用HART和FF总线数字通信协议，操作员可以从工厂里的任何一台联网计算机上对变送器进行配置、读取工艺变量、分析故障。
www.emersonprocess.com/raihome 艾默生过程管理Rosemount分析部门
测量能量、能耗
Signet 8900多参数控制器配备Btu计算器，提供高精度的能量和功耗测量。该器件的设计目标为多参数变送器，几乎适用于所有需要多个单通道或单一参数测量器件的应用场合。该器件可对多达六种传感器类型进行混合或匹配，包括流量、pH、ORP、电导率/电阻率、压力、温度、料位。有两种基本单元，一为背光LCD显示，另一为真空荧光显示，多种I/O选项都可由用户在现场进行配置。
www.piping.georgefischer.com George Fischer公司
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