基于Lonworks总线的多变量变送器

　　作为现场总线控制系统的主要智能装置之一,多变量变送器能通过一个或多个传感器对工业现场的一个或多个过程变量进行测量。如对于工业过程中广泛使用的流体测量,传统的DCS系统一般需要温度、压力、压差三个变送器将现场信号以4~20mA送至控制室,再由处理器对这三个模拟量进行处理,根据组态完成流量计算。而这些功能在现场总线系统中只要一个现场多变量流量变送器即可以完成,并能通过通信网络为主机和其他智能装置提供更多的现场信息。

　　1　多变量变送器的总体方案

　　LMVFM(Lonworks based Multivariable FlowMeter)多变量流量变送器的原理框图如图1所示。LMVFM内部的微处理器能够根据流体类型、流体当前温度和压力、以及孔板设计的工况(额定温度、额定压力)对流量进行补偿计算,得出精确的流量值。用户可以通过主机进行在线组态,设置其功能,通过便携编程器现场设置各种参数,通过LCD进行实时显示。LMVFM内部设计有自校正和自诊断功能,能够自动对AD转换、EEPROM、CPU进行自诊断。LMVFM与监控机节点以及与其他智能仪表或接口节点的通信是基于Lonworks技术来完成的。变送器为基于Neuron芯片的节点。每个节点上可定义多个网络变量。对基于Neuron芯片的节点,可定义62个网络变量(对基于主机的节点则要多得多)。用户通过通信可以写网络变量值,设定流体类型,设定孔板的额定压力和温度,选择流量补偿公式,对流量、温度、压力的上下限和流量测量的量程等进行设定。同时,用户也可通过读取网络变量获得现场的各种信息,如当前流体的温压流测量值,有无报警以及整个装置的自诊断信息等。

　　2　多变量变送器的工程设计与实现

　　2.1　硬件设计

　　模拟输入部分主要完成对来自热电阻、热电偶、压力传感器1和压力传感器2等信号的采集,经过前置电路对信号进行调理后接入PGA100。PGA100是一种多路输入的程控增益放大器芯片。它有8种增益选择,它们是1,2,4,8,16,32,64,128倍。模数转换器采用MAX186,它是一种采用逐次逼近A/D转换技术的单片数据采集器,它将多路转换开关、基准电压源、时钟电路和转换电路集成在一块芯片内,可以方便地与各种微处理器接口。其分辨率为12位,相对精度±0.5LSB(MAX186A),采用+5V或者双端±5V两种供电方式。微处理器采用W78E58,其内部集成有32KB的FLASH存储器,128×8位的内部RAM。LCD显示模块采用内藏T6963C控制器图形液晶显示模块,它能直接与51系列的8位单片机接口;字体由硬件设置成四种:5×8、6×8、7×8、8×8,可以以图形方式、文本方式进行显示,以及文本方式下的特征显示。

　　神经元Neuron芯片采用3150芯片,其上无ROM,但其允许的外接存储区空间高达59392个字节。LMVFM的设计中,Neuron芯片与微处理器之间采用半双工异步串行I/O进行通讯。异步传送数据的格式是:一位起始比特,8位数据比特(最低有效位在前),1位停止比特。Neu-ron芯片与微处理器的接口电路如图2所示。