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温度远传监测仪在电机多点温度监测上的应用

本文结合多路温度远传监测仪在电机多点温度监测上的应用实例，详细介绍昌晖温度远传监测仪原理、主要模块及与DCS系统构建多点温度测量系统的方法。
通过对电机厂家的大量事故分析发现，事故往往发生在电机维护的环节上，这就对电机的维护提出了更高的要求。以往由于对电机的保护没有引起足够的重视，屡屡发生电机损坏的事故，造成极大的经济损失，因此，如何更有效地保证电机设备的可靠性，是安全生产必须解决的重要课题。应用两线制多路温度远传监测仪组成DCS温度控制系统，可有效地解决电机维护难的问题。

方案对比
如采用测量电机各相电流、电压的方式保护电机，就需要安装电流、电压互感器将大电流、高电压转换成小信号给电量变送器，由电量变送器把信号转换成4-20mA传给DCS系统采集器进行显示控制。实际应用中，电机大量分布在各个厂区内，由于各厂区分布零散，电机功率较大，安装现场相对复杂。很显然采用此方式操作起来并不简单，而且费用高，所以并不可取。如采用测量电机温度的方式保护电机，电机生产厂家在生产时通常会在电机线圈内部预埋2~3个Pt100温度传感器，通过测量电机温升来掌握电机的工作状况。只要把Pt100温度传感器阻值变化转化成4-20mA传给DCS系统，就能实现温度的监控。这类变送器分为带电源和不带电源两种，其中以不带电源的两线制变送器更适合现场使用，只需两根线就可采集一路Pt100信号。然而一个电机有2~3个传感器，就需要有2~3个变送器，由此带来接线多、DCS采集点多、费用高、安装麻烦等问题。对此，文中将介绍一款昌晖仪表开发的两线制多路远传温度监测仪。

两线制变送器的优点
两线制变送器通过信号线提供驱动电源，因而采用两线制变送器可以节省电源线，解决了分散在庞大的工厂区域内特殊电源提供不便的问题，降低了施工费用。两线制变送器的信号是4-20mA直流电流信号，该信号抗噪信能力强，即使在有电力设备的环境下也可以保证信号的稳定传送。若采用电压信号，例如在0-10V的信号线上加上10V的噪信电压，信号线上的信号将增加1倍。而两线制变送器的输出端子测得变送器内部的阻抗至少为1MΩ，因此噪信电压(10V)加在受信阻抗上的电流值(I≈0.01mA)相对于量程20mA的影响只有1/2000，这是两线制变送器优越之处。

昌晖XTRM温度远传监测仪
昌晖仪表制造有限公司向用户开放了XTRM温度远传监测仪内部参数的设定界面，让使用者拥有充分的自主权，一改长期以来使用者依赖生产商的被动局面，让用户能更方便地进行二次开发。该产品采用Pt100铂电阻和热电阻测温，输出信号为各个测温回路中温度最高的一路，并以4-20mA采用两线制国际标准信号输出，可以与DCS、PLC和各种二次仪表连接，并具有极强的抗干扰能力。
XTRM温度远传监测仪

温度远传监测仪工作原理
XTRM温度远传监测仪是多路输入、一路4-20mA两线制输出的温度变送器，它安装在靠近被测量点处，两线制输出同时作为信号和仪表的供电电源线。输出电流分为两个部分，恒定的4mA电流作为测量零点，同时又是仪表中电子线路和供电电流，而0-16mA变化的电流是正比于被测输入信号的变化。昌晖温度远传监测仪以微功耗单片微处理器为基础，把来自热电阻或热电偶测量的温度信号，通过输入信号电路，将模拟信号经A/D转换器转换成数字信号，微处理器根据采样的结果进行高精度校正后送给D/A，由D/A把数字信号转换为模拟信号，该模拟信号通过V/I转换为4-20mA恒定电流输出。原理框图如图1所示。
多路温度远传监测仪原理框图

图1 多路温度远传监测仪原理框图
温度远传监测仪主要模块设计
XTRM多路温度远传监测仪采用模块化设计思路，主要包括输入电路、放大电路、CPU电路、按键电路、显示驱动电路、V/I输出电路、电源模块电路等。

1、输入电路
利用桥路可将Pt100电阻信号转换成电压信号，X1接4051多路开关的输入端，在此温度远传监测仪中有4路这样的电路分别为X1~X4。输入电路如图2所示。

图2 多路温度远传监测仪输入电路图
2、放大电路
X1~X4这4路信号经电子开关选择后，由于信号较小，须进行线性放大，本表采用了运放组成的仪表放大器，性能十分优越，已被广泛地用于测量放大器中。三个运算放大器为低漂移功能块，它们是由专用型集成运放前再加上一级分立元件输入级组成的，由于分立元件输入级的对称性经过精选，所以可使一般运放的性能指标得到提高，有很高的共模抑制能力和较低的输出温漂。放大电路如图3所示。
多路温度远传监测仪放大电路

图3 多路温度远传监测仪放大电路
3、按键电路
人机对话采用按键的方式进行，设有5个按键，分别是参数功能设定键(SET)，参数增加键▲、参数减少键、左移键和右移键。用户需要时可通过面板按键查看任何一路温度。

4、显示驱动电路
显示驱动采用6位动态扫描显示，扫描频率设计为70Hz左右。LED显示窗口显示温度测量值，通道状态指示灯CH1~CH4指示当前LED显示窗口所显示4路输入信号当中最高的一路。显示驱动电路如图4所示。
多路温度远传监测仪显示驱动电路

图4 多路温度远传监测仪显示驱动电路
5、CPU电路
单片机是美国德州仪器(IT)公司生产的高集成度、高精度的单芯片系统SoC，是目前工业界中具有最低功耗的16 bit Flash RISC微控制器。具有丰富的片内外设，是一款性价比极高的单片机，用它作为系统的控制核心，不仅极大地简化了系统硬件电路，还大大提高了系统的性价比。

集中体现了现代单片机先进的低功耗设计理念，其时钟系统提供了丰富的软硬件组合形式。它包括一个片内DOC和两个晶体振荡器，可以产生三种系统适用的时钟，支持六种工作方式，有五种低功耗模式。可以通过软件对内部时钟系统进行不同设置来控制芯片，使它处于不同工作方式，从而使整个系统达到最低的功耗并发挥最优的性能，所以该单片机非常适合XTRM多路温度远传监测仪的设计要求。

6、V/I输出电路
V/I输出电路采用PWM脉宽调制方式输出，具有电路简单、成本低、精度高、抗干扰能力强的优点。输出采用全软件调试，无电位器调节，方便且实用。多路温度远传监测仪还可根据仪表的测量量程，变送输出与测量值相对应的4-20mA模拟信号，提供给无纸记录仪、其它仪表、PLC和DCS系统使用。V/I输出电路如图5所示。
多路温度远传监测仪V/I输出电路

图5 多路温度远传监测仪输出电路

7、电源模块电路
电源模块电路经保护电路(过压、过流、抗干扰)进入稳压电路，提供CUP及其它器件的工作电源。电源模块电路如图6所示，此电路有以下特点：
①输出电压稳定性高；
②温度系数低；
③价格便宜，结构简单。

图6 多路温度远传监测仪电源模块电路
系统组态
DCS系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通信技术和多媒体技术相结合的产物，可提供友好的人机界面和强大的通信功能。是实现过程控制、过程管理的现代化设备。两线制变送器在工业自动化领域中使用频率较高，与其他工业现场设备一样，两线制变送器也存在干扰及抗干扰的问题。依据DCS系统AI卡件接口模式(电流型或环路供电型)选用功能不同的隔离配电器，原则上要求它既能给变送器提供隔离电源、保证每个变送器有一个独立电源，又能将变送器信号隔离输送到DCS。XTRM多路温度远传监测仪组成计算机DCS监控系统，具有动画显示、报表、报警、趋势、打印等功能，能够实现温度参数的集中监视、控制、记录。

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采用昌晖仪表制造有限公司XTRM多路温度远传监测仪可以轻松接入DCS控制系统，直观地在中控室观察各个电机运行温度状况，一旦发现温升超标可以马上采取措施防止事故发生。此方法目前大量用于水泥厂、发电站、造纸厂等企业。实际应用表明，采用XTRM多路温度远传监测仪在多点温度监测上可广泛推行。

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