4-20mA控制回路的检测和排障方案

4-20mA控制回路的检测和排障方案Fluke过程校准方案系列您将了解到•什么是4-20mA控制回路？•在4-20mA回路上会产生哪些故障？•如何排除这些故障？哪些是最常用的工具？•检测4-20mA信号的方法以及如何来解读测量值？–多种测量方法•如何检测PLC/DCS的输入输出通道并且提供信号源？–多种测量和输出方法–测量1-5V以及0-10V的I/O©2010FlukeCorporationTroubleshooting4mAto20mAloops2您将了解到•如何测量回路电源，并排除潜在的电源供电问题？–使用替代的回路电源以检测和隔离变送器•如何排除潜在的变送器故障？–mA模拟功能，用于模拟变送器输出•如何与智能变送器建立HART通讯，维护智能仪表–使用回路测试的HART命令去检测电流回路•如何输出4-20mA信号以检验I/P类型的仪表？•如何输出4-20mA信号以检测调节阀？©2010FlukeCorporationTroubleshooting4mAto20mAloops324V回路电源+–什么是4-20mA控制回路？指示器或者控制器：将变送器传递来的4-20mA电流信号重新解读成现场测量到的温度或者压力信号。通过控制运算之后通常会发送一个4-20mA信号的命令到现场的执行机构例如一个调节阀，用于将现场的温度或者压力调节到可接受的范围内。ZEROSPAN2200ºC4to20mA两线制变送器传感器输入•温度•压力•流量•频率•PH值指示器/控制器DCS/PLC/记录仪250ohm输入电阻4-20mA电流信号24V回路供电：提供回路电源。变送器通过回路电源调节回路中的4-20mA电流信号。变送器：将检测到的温度或者压力值转换成4-20mA电流信号。通常情况下，变送器是无源设备，通常需要外部供给24V回路电源。2200ºC24V回路电源+–电流回路举例ZEROSPAN4to20mA两线制变送器250ohm输入电阻4-20mA电流信号•4-20mA直流信号正比于传感器输入或者PV•串联电路决定了回路当中电流处处相等•相比于电压回路，电流回路的显著优势体现在长距离信号输送上传感器输入•温度•压力•流量•频率•PH值指示器/控制器DCS/PLC/记录仪温度变送器将测量到温度值转换成4-20mA电流信号检测值PV:本例中的PV值或者主过程变量是温度变送器所测量的过程流体的温度。温度变送器通常情况下温度变送器通过热电偶或者是热电阻来感知现场的温度并且将它们转换成4-20mA的电流信号。在本例中温度变送器的量程范围是0°C到300°C。测量值和毫安信号的对应显示在本图例的右边。输入温度输出电流百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器温度变送器将测量到的温度值转换成4-20mA电流信号指示器/控制器：本例中，温度指示器/控制器经过编程将把输入的4mA解读成为0°C并且将20mA解读成为300°C。输入输出或者I/O:指的是控制器或者控制系统的输入输出。本例中输入到控制器的是4-20mA电流信号。控制器的输出同样也是4-20mA电流信号，用于控制调节阀。调节阀现场执行机构。接收控制器发送出来的4–20mA电流命令信号来增加或者减少输送到炉体底部的天然气供应量从而保持温度在设定点。例如：4mA解读成开度为0%，20mA解读成开度为100%。输入温度输出电流百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器压力变送器将测量到的压力值转换成4-20mA电流信号测量值PV:本例中的PV值或者主过程变量是压力变送器所测量的过程流体的压力。压力变送器感知现场的压力并将其转换成4-20mA电流信号。本例中压力变送器的量程范围是0psi到100psi。压力测量值和毫安信号的对应显示在本图例的下方。指示器/控制器：本例中，压力指示器/控制器经过编程，将4mA解读成0psi并将20mA解读成100psi。气动阀：现场执行机构。本例中如果检测到的压力过高，控制器会指示调节阀打开为罐体泄压。输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器在4-20mA回路上会产生哪些故障？输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器接线问题：终端电阻不匹配、绝缘老化、腐蚀以及污染都会影响4-20mA电流回路的运行。24V回路电源：噪音，损坏或者过载的电源会引发4-20毫安电流回路的波动和故障。控制器I/O通道故障：如果输入控制器的毫安信号是正确的，但是控制器没有正确地解读mA信号，将导致对于工艺过程的错误控制。输入温度输出电流百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器在4-20mA回路上会产生哪些故障？输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器变送器故障：如果传感器没有正确地将测量到的PV值转换成毫安电流信号，则控制系统也无法辨识和调整错误的PV值。传感器故障：如果温度传感器故障，则变送器不能感知现场的温度。对于压力变送器而言，如果与过程的连接被堵塞，则传感器也不能精确地测量压力。输入温度输出电流百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器如何排除这些故障？哪些是最常用的工具？测量或输出的信号类型测试和信号输出工具结果可用以验证测量4-20mA电流信号数字万用表、回路校准器、毫安电流钳表、过程多用表测量的毫安值与期望值是否相同输出4-20mA电流信号回路校准器、毫安电流钳表772/773、过程多用表I/O或者其它毫安电流输入设备是否工作正常模拟4-20mA电流信号回路校准器、毫安电流钳表772/773、过程多用表电源、接线和I/O是否工作正常，并可模拟变送器测量24V回路电源万用表、毫安电流钳表773、过程多用表是否电源能满负荷供给24V提供24V回路电源万用表、毫安电流钳表773、过程多用表789是否提供替代性的回路供电能够解决问题输出1-5V和0-10V带电压输出的回路校准器715，或者毫安电流钳表773I/O或者其它电压输入设备是否工作正常通路测试数字万用表，过程多用表，以及多功能校准器电路是否有开路现象、终端不匹配以及错误接线等测量4mA-20mA信号串联到电路里面，需要断开回路输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器将测量到的毫安值与期望值相对比测量4mA-20mA信号：不断开回路的测量方式Fluke771/772/773不断开回路即可测量将测量到的毫安值与期望值相对比输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器输出4mA-20mA信号直接检测指示器、控制器或者PLC/DCS的I/O通道。输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器模拟4mA-20mA信号在回路中模拟一个变送器，来调节回路中的电流检测接线、电源、指示器/控制器，或者PLC/DCS的I/O通道。替代变送器做回路测试。输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器测量24V回路电源检测回路电源是否能够完全提供24V供电能力，还是由于过载的缘故造成输出电压不足。输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器替代外部24V回路电源提供24V回路电源，同时输出毫安信号。做电源的替代测试。输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器输入压力输出电流百分比0psi4mA0%25psi8mA25%50psi12mA50%75psi16mA75%100psi20mA100%压力变送器与智能变送器建立HART通讯，维护智能仪表•使用Fluke754的HART通讯功能与HART智能变送器建立连接。•变送器输出mA信号到控制器I/O•检验Fluke754的屏幕上的显示是否正确•比较变送器输出mA值和Fluke754所读到的毫安信号是否相同•测试变送器输出、电源、接线和控制器I/OInstrumentOutput4to20mA电流信号输出到PLC或者DCSPVAO命令(来自手操器或者Fluke754)回路测量输出智能变送器输出输入温度电流输出百分比0°C4mA0%75°C8mA25%150°C12mA50%225°C16mA75%300°C20mA100%温度变送器测量4-20mA，回路供电，HART通讯•很多PLC/DCS控制系统的输入是电压信号•其中，以1-5V最为常见，4-20mA电流经过250欧姆的输入电阻之后能提供1-5V输入电压•一些低功率变送器可直接输出1-5V电压•许多老的图表记录仪和HVAC系统也有1-5V和0-10V的I/O2200ºC指示仪/控制器DCS/PLC/记录仪输出1V-5V以及0V-10V电压信号进行排障0.004x250=1.0V0.020x250=5.0VOhmslaw测试电流/压力转换设备电流/压力转换设备将4-20mA信号转换成3-15psi的气压信号•通常用于调节阀•是连接4-20mA电流回路和3-15psi气压输出的桥梁•输出4-20mA,验证压力输出是否正确4-20mA电流输入输出压力提供压力~20PSI电流输入压力输出百分比4mA3psi0%8mA6psi25%12mA9psi50%16mA12psi75%20mA15psi100%测试控制阀•用于流体控制的现场执行机构•输入是4-20mA或者3-15psi•常开或者常闭–常闭阀门在掉电时无法正常闭合–常开阀门在掉电时无法正常打开•提供4-20mA电流信号并且参照下表来检验阀门是否工作正常常闭常开Closed闭合打开Open闭合打开压力输入电流输出百分比3psi4mA0%6psi8mA25%9psi12mA50%12psi16mA75%15psi20mA100%压力输入电流输出百分比3psi4mA0%6psi8mA25%9psi12mA50%12psi16mA75%15psi20mA100%回顾：电流回路设备和测试方法•变送器–输入为温度、压力、流量等现场物理信号–提供4-