水工业自动化仪表信号输入与输出

发布者: 方庄123 | 发布时间: 2025-2-4 21:52| 查看数: 85334| 评论数: 0|帖子模式

1、在水工业自动化仪表信号包括电压、电流、频率、功率因数等等,具有可测量、精确、稳定、可读出等特征。在水工业自动化进程里,自动化仪表的信号输入与输出至关重要,构成了精准监测和高效控制水工业流程的基础。

       2、仪表信号输入、输出的类型:

       AI:模拟量输入(电流、电压信号)

     AO:模拟量输出(电流、电压信号)

      DI:数字量输入(开关量)

      DO:数字量输出(开关量)

      PI:脉冲量输入(频率信号)

      PO:脉冲量输出(频率信号)

      3、模拟量信号

    3.1模拟量输入(AI,Analog  Input)

     电流、电压信号模拟量输入与物理量值相对应,现场发出的信号,如温度,压力,流量,液位等电压或电流信号,然后进入DCS。

      电压信号:直流1-5V或0-5V;

    电流信号:直流4-20mA或0-20mA;

     热电阻信号:RTD,PT100等相应标准,电阻变化;

      热电偶信号:T,S,K,B等相应标准,电动势;

      电桥信号:压力传感器,电位器,负荷传感器等。

     传感器把诸如温度、压力、流量这类物理量,转化为连续变化的模拟电信号。最常见的形式为4 - 20mA电流信号,或者0 - 5V、0 - 10V电压信号 。以热电阻温度传感器为例,它会随着温度的改变产生相应的电阻变化,再通过变送器将这种变化转换为标准模拟信号,输入到仪表当中。

      依据GB/T 13283-2018《工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级》,模拟量输入信号需保证一定的精度,确保测量数据可靠。该标准对不同等级仪表的允许误差进行明确划分,如0.5级仪表的允许误差为±0.5% 。在大型水厂的原水进水口,压力传感器实时监测水压,将压力值转化为4 - 20mA的电流信号,输入到中央控制系统的AI模块,让工作人员随时掌握水压情况。相关信号传输及转换原理可参考《自动化仪表工程施工及质量验收规范》GB 50093-2013,其中对模拟信号传输线路的敷设、屏蔽等要求进行了详细规定,以减少信号干扰 。

   3.2模拟量输出(AO,Analog  Output)

     用于信号输出,DCS发出信号,进入现场。如驱动现场阀门动作,变频器PID调节等。

     电压信号:直流1-5V或0-5V;

    电流信号:直流4-20mA或0-20mA。

     仪表将测量或者处理之后的数据,转换为模拟信号输出,主要用于控制执行机构,或者传输给其他仪表。比如,温度控制器根据设定温度与实际测量温度的偏差,输出4 - 20mA信号,以此控制调节阀的开度,从而精准调节水温。在热水供应系统中,AO信号控制着换热器的热水调节阀,保障供水温度稳定。

      模拟量输出信号的精度、稳定性及负载能力等需符合GB/T 2423.10-2019《环境试验 第2部分:试验方法 试验Fc:振动(正弦)》、GB/T 2423.17-2008《电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ka:盐雾》等环境适应性标准要求,确保在不同工况下稳定输出。在信号传输与控制应用方面,参考《过程控制仪表工程施工及质量验收规范》GB 50168-2018,对模拟量输出信号在控制系统中的接线、调试等进行规范操作 。

      4.开关量信号

      开关量为通断信号,无源信号,电阻测试法为电阻0或无穷大;主要指开入量和开出量,是一种只有两种状态的物理量,通常用 “0” 和 “1” 来表示,这两种状态分别对应着开和关、通和断、是和否等逻辑状态。比如,一个普通的电灯开关,只有 “开” 和 “关” 两种状态,这就是典型的开关量。当开关闭合时,表示为 “1” 状态(可以理解为通路状态);当开关断开时,表示为 “0” 状态(断路状态)。

     DI:现场发出的信号如启停状态,开关状态,三通状态等反馈信号,然后进入DCS;

     DO:DCS发出信号,如开关信号,报警信号,指示信号等,进入现场控制。

    触点信号:继电器;

    电平信号:+24V,+12V,+5V等

   4.1 开关量输入(DI,Digital  Input)

     该信号主要反映设备的两种状态。例如液位开关,当液位达到设定值时,便会输出开关信号。高电平意味着液位到达上限或者下限,低电平则表示未到达,此信号常用于控制水泵的启停,或者触发报警机制。在污水处理厂的沉淀池,液位开关的开关量输入信号控制着排水泵的工作,确保沉淀池液位始终处于合理范围。

      关于液位开关的选型及应用,可参考HG/T 20507-2014《自动化仪表选型设计规范》,该标准对液位开关的类型选择、安装位置确定等方面提供指导。在信号传输及电气连接方面,遵循GB 50169-2016《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》,确保电气连接安全可靠,防止因接地问题导致信号异常 。

   4.2开关量输出(DO,Digital   Output)

      主要用于控制设备的启动与停止、触发报警等操作。当压力开关检测到压力超出设定值时,就会输出开关信号,触发报警器,或者控制相关设备紧急停机,以保障系统运行安全。在水工业的高压输水管道上,当压力过高时,开关量输出信号能迅速关闭阀门,防止管道爆裂等事故发生。

      开关量输出的电气特性、可靠性及响应时间等需符合GB/T 14048.5-2017《低压开关设备和控制设备 第5-1部分:控制电路电器和开关元件 机电式控制电路电器》标准要求,确保在关键时刻可靠动作。在报警系统设计方面,遵循GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》(部分原理适用于水工业报警系统),对报警信号的触发、传输及显示等进行合理设计 。

     5、数字量通讯信号

     数字量:是一种离散的物理量,其取值是不连续的数字序列。数字量的信息是用二进制数字(0 和 1)编码来表示的,它可以代表多种不同的信息,而不仅仅是两种状态。例如,在数字通信中,一组 8 位的二进制数字(00000000 - 11111111)可以表示 256 种不同的字符编码,这就比开关量的表示范围要广得多。

     5.1数字量输入(DI,Digital  Input)

       借助RS485、RS232、Profibus等数字通信协议来传输数据。智能水质分析仪能够通过RS485接口,把测量得到的酸碱度、溶解氧等多种水质参数,以数字信号的形式输入到控制系统里。数字信号传输不仅准确,而且抗干扰能力强。

       在水质监测站,各类智能仪表通过DI接口将数据传输给可编程逻辑控制器(PLC),实现对水质的集中监测与分析。这一过程遵循GB/T 19582-2008《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》,该标准对基于Modbus协议(常见于RS485通信)的网络架构、数据传输格式等进行规范,确保不同厂家设备间的兼容性和通信稳定性。相关技术细节可参考《工业通信网络 现场总线规范》系列标准(如GB/T 20171 - 2006等),其对各类现场总线(包括Profibus等)的技术要求、一致性测试等内容进行详细阐述 。

    5.2数字量输出(DO,Digital  Output)

      以数字编码的形式输出测量数据、设备当前状态等信息,这非常便于远程传输,以及与计算机系统进行交互。多参数水质监测系统借助数字信号,将数据上传至监控中心,达成远程监控的目的。在城市供水调度中心,通过DO信号接收各个水厂的水质、水量等数据,实现对整个城市供水系统的智能化管理。

      遵循与数字量输入类似的通信标准,如GB/T 19582-2008《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》,确保数据在发送端和接收端准确无误传输。数据格式转换及传输安全方面,可参考《工业自动化网络安全技术》,该书对工业网络中数字量数据的加密传输、防止数据篡改等技术进行介绍 。

      6.脉冲量信号(频率信号)

     PI/PO脉冲量输入输出(频率信号)与物理量的瞬时值或累计值对应,信号类型与DI/DO类似。

      脉冲信号:与累计值对应(累计值=脉冲数×脉冲当量 (m³))。

       脉冲当量:单位脉冲对应的累积值。如流量:多少/脉冲

      频率信号:与瞬时值对应(瞬时值=脉冲数×脉冲当量/测量时间(s)×3600 (m³/h))瞬时值与频率值成正比,如0-30m³/h对应0-5000Hz

      6.1脉冲量输入(PI,Pulse   Input)

      像电磁流量计、涡轮流量计这类仪表,每流过一定体积的水,就会产生一个脉冲信号。仪表依靠对脉冲的计数来实现流量的测量,脉冲频率与流量大小成正比。在工业循环水系统中,通过脉冲量输入,精确计量循环水的流量,以便及时调整系统运行参数,实现水资源的高效利用。

       脉冲量输入的仪表校准及信号处理遵循JJG 1033-2007《电磁流量计检定规程》、JJG 1029-2007《涡轮流量计检定规程》等标准,这些规程对仪表的计量性能要求、检定条件、检定项目及方法等进行明确规定,保证流量测量的准确性。相关信号处理技术可参考《流量测量技术与仪表》(作者:蔡武昌等),书中对脉冲信号的采集、计数及流量计算方法进行详细讲解 。

    6.2脉冲量输出(PO,Pulse  Output)

      这一输出常用于对精确计量或者控制要求较高的场合。例如,计量泵控制器依据设定的流量,输出相应频率的脉冲信号,控制计量泵的冲程次数,最终实现精确加药。在污水处理环节,PO信号控制着加药泵的运行,确保药剂投加量精准无误,保证污水处理效果。

       脉冲量输出的精度与稳定性对加药控制至关重要,需遵循相关行业标准,如HG/T 20573-2012《化工企业自动控制设计技术规定》,其中对涉及脉冲量控制的加药系统设计、仪表选型等进行规范。在实际应用中,可参考《泵与泵站》(作者:姜乃昌等)中关于计量泵控制原理及脉冲信号应用的内容,优化脉冲量输出控制策略 。

  7.无线通迅(Wireless   Communication)

      依托GPRS、NB - IoT、LoRa等无线通信技术,把数据发送至远程终端。仪表借助无线信号,将用测量等相关数据传输到其管理部门,实现远程数据传输与数据分析与诊断、控制。

      无线信号输出需遵循相关通信行业标准,如YD/T 1363-2014《通信电源设备安装工程验收规范》(涉及无线通信设备电源保障)、YD/T 2583-2013《窄带物联网(NB - IoT)系统设备测试方法》。在应用层面,可参考《物联网技术与应用》,了解无线通信技术在水工业的应用案例与技术要点 。

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