1 概述
廈門(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司的產(chǎn)品是從顯示和溫控二次儀表起飛的，產(chǎn)品已應用于化工、熱電、石化、制藥、冶金、機械、食品、造紙、塑膠、包裝等領(lǐng)域，年銷(xiāo)售量達到60萬(wàn)臺，產(chǎn)品遠銷(xiāo)北美、歐洲、大洋洲、印度、中東、東南亞和香港等多個(gè)國家和地區，并獲得客戶(hù)好評，宇電已成為大的二次儀表及智能分布式控制系統的供應商。
本文將剖析宇電顯示控制用二次儀表性能及其應用，以使用戶(hù)對宇電顯示控制用二次儀表的性能有較為深入的了解，從而能根據用戶(hù)的實(shí)際需求，選好用好宇電顯示控制用二次儀表。
宇電顯示控制用二次儀表的性能可按其主要技術(shù)參數的介紹，劃分成以下幾類(lèi)：
輸入規格
輸出規格
控制方式
電源
外形尺寸
精度
下面將分別對上述六類(lèi)技術(shù)參數進(jìn)行分析。
2 輸入規格
先用“真正的輸入”來(lái)形容宇電顯示控制用二次儀表的輸入特性。
在其輸入規格欄里，列出了以下內容：
熱電偶：K、S、R、E、J、T、B、N、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26
F2輻射高溫計
熱電阻：Cu50、Pt100
電阻：0~80Ω、0~400Ω
線(xiàn)性電壓： 0～20mV、0～100mV、0～500mV、0～1V、0～5V、1～5V
線(xiàn)性電流：0～10mA、0～20mA、4～20mA
實(shí)際可提供的更多，如線(xiàn)性電壓還有：0~60mV、0~75mV、0.2~1V、-20~+20mV、-100~+100mV、-5~+5V。客戶(hù)還可自行輸入分度表及多點(diǎn)修正功能，從而適應幾乎所有的特殊輸入要求。
針對流量檢測應用的流量積算器，還可接受脈沖信號輸入。
從上面列舉的輸入規格，可見(jiàn)宇電顯示控制用二次儀表的輸入特性的的確確是的，這就使設計選用非常簡(jiǎn)單，用戶(hù)需要的備件數量也可大大減少。
3 輸出規格
輸出規格涉及以下幾大類(lèi)：模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸出、可控硅觸發(fā)輸出、通訊接口、報警輸出、電壓輸出。
3.1 模擬量輸出
線(xiàn)性電流輸出：可定義0-10mA、0-20mA或4-20mA。電流輸出采用光電隔離，有儀表內部隔離電源或自帶隔離電源。
一部分儀表的模擬量輸出相當于變送輸出，即將所檢測的參數值轉換成4-20mA輸出，比如將該參數值傳送到DCS、PLC系統，這樣既有就地顯示，又可將檢測參數信號隔離并遠傳到控制系統。
3.2 開(kāi)關(guān)量輸出
繼電器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出（常開(kāi)+常閉）：250VAC/1A、250VAC/2A或30VDC/1A；
可控硅無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出：100-240VAC/0.2A（持續），2A（20ms瞬時(shí)，重復周期大于5s）；
SSR驅動(dòng)電壓輸出：12VDC/30mA（用于驅動(dòng)SSR固態(tài)繼電器）。
由于控制功能有兩位式控制，其對應輸出就是開(kāi)關(guān)量輸出，宇電顯示控制用二次儀表可提供用戶(hù)所需的各種電壓、電流等級的開(kāi)關(guān)量輸出信號。
3.3 可控硅觸發(fā)輸出
可觸發(fā)5-500A的雙向可控硅、2個(gè)單向可控硅反并聯(lián)連接或可控硅功率模塊，包括單路過(guò)零觸發(fā)輸出、單路可控硅移項觸發(fā)輸出、單路感性負載可控硅移項觸發(fā)輸出、三路可控硅過(guò)零觸發(fā)輸出、直接三相三線(xiàn)可控硅移項觸發(fā)輸出。
一些鹽浴爐、工頻感應爐、淬火爐、熔融玻璃的溫度加熱控制，是以鎳鉻、鐵鉻鋁、遠紅外發(fā)熱元件及硅鉬棒、硅碳棒等為加熱元件的，通常要用到可控硅觸發(fā)輸出，根據具體對象不同，可選用不同的輸出模塊實(shí)現。
3.4 通訊接口
支持RS232、RS485通訊接口功能；的觸摸屏顯示儀表帶以太網(wǎng)接口和帶云端/手機APP查看功能。
RS485通訊協(xié)議為AIBUS、MODBUS-RTU雙通訊協(xié)議，安裝相應模塊后可與上位機通訊，可作為AIDCS智能分布式控制系統、分體式無(wú)紙記錄儀及觸摸屏控制系統的下位機。
AIDCS智能分布式控制系統是既能透過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現集中操作與管理，又具有分散布置和高可靠性的開(kāi)放式工業(yè)過(guò)程控制系統，“智能分布式”是指下位機即使受各種不可預知因素而脫離了上位機的指令和網(wǎng)絡(luò )，亦可保證現場(chǎng)工業(yè)現場(chǎng)的基本控制工作，避免發(fā)生意外或危險，解決了目前DCS系統不開(kāi)放，下位機無(wú)法脫離上位機和網(wǎng)絡(luò )運行的缺點(diǎn)。
圖1中，來(lái)自工業(yè)現場(chǎng)的各類(lèi)檢測信號和執行器信號通過(guò)宇電公司作為下位機的盤(pán)裝型、導軌型二次儀表、或導軌型工控模塊，采用RS485通訊接口的AIBUS協(xié)議后，再通過(guò)RS232/RS485轉換器傳送到上位機，上位機通常采用安裝組態(tài)軟件的工控機或普通計算機。用戶(hù)還可選擇通過(guò)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，連接管理層計算機，以便為管理人員提供工業(yè)現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據及報表。

圖1  AIDCS系統結構示意圖

通常可采用工業(yè)帶屏蔽的雙絞線(xiàn)連接50~60臺儀表，通訊距離1.2km。AIBUS通訊協(xié)議簡(jiǎn)單又功能齊全。高精度型儀表在19.2K波特率下讀取3個(gè)常用變量及1個(gè)參數的速度僅為20ms，經(jīng)濟型儀表亦只需要50ms，比常用如MODBUS協(xié)議快2～10倍，采用AIBUS協(xié)議的系統，無(wú)論組建小系統還是大、中型系統均可達到與DCS幾乎同等的使用效果，而一般儀表通訊效率低，超過(guò)一定數量則數據更新慢，顯示效果差，只能應用于小型的系統。
帶以太網(wǎng)接口并內置WEB服務(wù)器的觸摸屏顯示儀表，就具備通過(guò)以太網(wǎng)接口使用瀏覽器對儀表進(jìn)行遠程監視及操作的能力。
帶云端/手機APP查看功能的觸摸屏顯示儀表，則無(wú)須公網(wǎng)IP，可穿透內網(wǎng)監控，在異地通過(guò)智能手機、平板電腦等移動(dòng)設備進(jìn)行監視與操作。
3.5 報警輸出
zui多可有4路報警輸出：上上限、上限、下限、下下限4路，有上電免除報警選擇功能（即通電后越限動(dòng)作不報警），還可提供正負偏差報警。
生產(chǎn)過(guò)程中某些參數要求上限、下限越限報警，通過(guò)帶報警功能的顯示儀就可以完成。但也有極少數重要參數既要求上限、下限越限報警，也要求上上限、下下限越限報警，即所謂四限報警。如像一些涉及大型設備停車(chē)連鎖的報警條件，有時(shí)要求上限、下限越限信號僅用于聲光報警，即所謂預報警，可由操作人員根據現場(chǎng)情況決定處置方式，而上上限、下下限越*信號才進(jìn)入聯(lián)鎖系統使設備停車(chē)。這樣的要求以往需要多臺報警顯示儀才能完成。現在有四限報警的數字顯示儀表一臺就可以完成這一功能。
3.6 電壓輸出
電壓輸出有5V、10V、12V、24V等多個(gè)規格，用于外部傳感器或低功率設備供電輸出。
這個(gè)功能非常重要，它提供了相當于配電器的功能，可以為現場(chǎng)傳感器、變送器及其他低功率設備提供供電電源。zui常用的是為各類(lèi)壓力、差壓變送器提供二線(xiàn)制電源及信號連接。
4 控制方式
有位式控制（ON/OFF控制）和PID控制兩種方式，PID控制又有標準PID控制、AI人工智能APID控制。AI人工智能APID控制是利用模糊規則進(jìn)行PID控制的一種新型算法，在誤差大時(shí)運用模糊算法進(jìn)行控制，以消除PID飽和積分現象，在誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行控制。AI人工智能APID控制還具備自整定、自學(xué)習功能，不僅可以自整定PID參數，并且即使被控對象的滯后時(shí)間較長(cháng)亦可使控制過(guò)程無(wú)超調、控制（見(jiàn)圖2），還可以實(shí)現包括串級、比值、前饋等復雜控制功能。

圖2  AI人工智能APID控制

程序型儀表具備多段程序控制功能，可實(shí)現任意斜率的升、降溫控制，具有跳轉（循環(huán)）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，允許在程序的控制運行中隨時(shí)修改程序；采用具備曲線(xiàn)擬合功能的AI人工智能控制算法，能獲得光滑平順的曲線(xiàn)控制效果；利用SV變送輸出功能可以作為程序發(fā)生器使用；具備測量值啟動(dòng)功能、準備功能及五種停電/開(kāi)機事件處理模式選擇。
AI人工智能控制算法又分為基本型、加強型、專(zhuān)家型、加強程序型、專(zhuān)家程序型、加熱冷卻雙輸出增強型、加熱冷卻雙輸出增強程序型等，有相對應的產(chǎn)品可供用戶(hù)選用。
5 電源
可接受通用的電源等級100～240VAC、50-60Hz供電，也可由24VDC/AC安全電源供電。當儀表誤接380VAC電源或中線(xiàn)意外斷路而引起的儀表電源電壓突然升高時(shí)可提供至少10s（廠(chǎng)內試驗達到30min）的保護時(shí)間。
這里的交流電源實(shí)際上覆蓋了世界上zui常用的兩個(gè)電源等級：110VAC（包括120VAC）、220VAC（包括230VAC、240VAC），110VAC電源主要是北美和日本，歐洲、亞洲和其他地區主要為220VAC。而電源頻率50Hz、60Hz，可以由用戶(hù)選擇。至于24VDC/AC電源選項，主要看是否有現成的24VDC/AC電源以及是否希望電源線(xiàn)與信號線(xiàn)穿管時(shí)穿在同一根管道內甚至用同一根多芯電纜內。
6 外形尺寸
有盤(pán)裝儀表面板、也有導軌式安裝產(chǎn)品。盤(pán)裝儀表面板有國產(chǎn)儀表通用尺寸和國外儀表通用尺寸，如國產(chǎn)儀表通用尺寸80×160或160×80，如國外儀表通用尺寸96×96、72×72、48×48、96×48、48×96等。導軌式安裝有D5、E5、E8型DIN導軌。
帶觸摸屏的儀表則有5英寸、7英寸、9英寸三種外形尺寸，長(cháng)寬尺寸分別為145×105、203×150、231×170。
導軌式安裝適合無(wú)需或很少需要查看數據的場(chǎng)合，比如作為數據采集的下位儀表，采用導軌式可節省安裝空間，而參數顯示、設置等操作可以在上位機或E8型導軌安裝儀表用鍵盤(pán)顯示器上完成。
盤(pán)裝儀表面板式有多種尺寸相差較大的外殼，用戶(hù)可根據需要選擇，通常空間足夠的條件下可選較大尺寸的儀表，在空間要求緊湊時(shí)，可選小尺寸儀表或單臺多通道儀表以滿(mǎn)足要求。在現場(chǎng)常常遇到由于增加測量參數顯示需要在現有儀表盤(pán)上新增顯示儀的情況，這時(shí)往往要在儀表盤(pán)上重新開(kāi)孔，由于數字顯示儀有小外形尺寸（相當于常用外形尺寸的1/2或1/4）和多通道的產(chǎn)品，解決這類(lèi)問(wèn)題就比較容易了。
7 精度
測量精度有0.3級、0.25級、0.2級、0.1級以及0.05級等多個(gè)級別，高精度級別的儀表一方面通過(guò)采用低溫漂高穩定性電路檢測外，還采用外接Cu50銅電阻作高精度熱電偶冷端補償技術(shù)，與儀表內部補償相比較，補償誤差可減少約±1℃。高精度儀表采用24位AD，五位或六位顯示，溫度顯示分辨力可達0.01℃。
大多數場(chǎng)合0.2級、0.3級精度或許就能滿(mǎn)足要求，當監測和控制精度要求特別高時(shí)，0.1級、0.05級提供了更高精度級別的產(chǎn)品。
8 結束語(yǔ)
宇電顯示控制用二次儀表技術(shù)先進(jìn)，功能豐富，要想用好這些二次儀表，充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢，還需要加深對宇電顯示控制用二次儀表性能的了解。本文根據作者對宇電顯示控制用二次儀表的性能的理解，介紹了儀表的性能，然后著(zhù)重分析了在實(shí)際應用中如何利用這些功能實(shí)現用戶(hù)生產(chǎn)現場(chǎng)的各種要求。

作者簡(jiǎn)介：
方原柏，教授級工程師，昆明儀器儀表學(xué)會(huì )理事長(cháng)，中國衡器協(xié)會(huì )技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì )顧問(wèn)，主要從事儀器儀表、控制系統的應用研究。