Stand der Forschung und Anwendung von Drucktransmittern
Mit der kontinuierlichen Verbesserung des Automatisierungsgrads sowie dem schnellen Fortschritt in der Computertechnologie, Materialtechnologie und Technologie für mikroelektromechanische Systeme (Mikroelektromechanische Systeme, MEMS) hat sich auch die in den letzten Jahren weit verbreitete Entwicklung im Bereich der industriellen Automatisierung im Bereich intelligenter Instrumentierung rasant entwickelt.
Die Forschung zu Drucktransmittern konzentriert sich hauptsächlich auf folgende Aspekte:
① Kommunikationsmethoden für Drucktransmitter.
② Drucksensoren in Umgebungen mit extremen Hochtemperaturen.
③ Drucktransmitter mit Selbstdiagnosefunktion.
④ Methode zur Temperaturkompensation des Drucktransmitters.
⑤ Drucktransmitter – andere Aspekte des Forschungsfortschritts.
Drucktransmitter Kommunikationsmethode
In der Vergangenheit unterstützten Drucktransmitter nur 4-20 mA analoge Standardsignale, die üblicherweise im Bereich der industriellen Prozesssteuerung verwendet werden. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Informationstechnologie und der digitalen Technologie können immer mehr intelligente Drucktransmitter entwickelt und hergestellt werden, die das Feldbusprotokoll für die digitale Signalübertragung unterstützen. Der intelligente HART-Drucktransmitter basiert auf dem offenen Kommunikationsprotokoll des Highway Addressable Remote Transducer (HART) und hat einen Zweidraht-Drucktransmitter entwickelt. Ein Zweidraht-Drucktransmitter basiert auf dem offenen Kommunikationsprotokoll des Highway Addressable Remote Transducer (HART). Mit nur zwei Drähten überträgt der Drucktransmitter nicht nur digitale und analoge Signale, sondern versorgt das Gerät auch mit Strom. Im Vergleich zu anderen Protokollen, die nur digitale Signale unterstützen, besteht die Besonderheit des Drucktransmitters darin, dass er digitale Signale überträgt und gleichzeitig das 4-20 mA analoge Stromsignal beibehält. Damit spielt er eine wichtige Rolle in der Übergangsphase, in der digitale Instrumente nach und nach traditionelle analoge Instrumente ersetzen. Das HART-Protokoll ist jedoch eine halbdigitale Kommunikationsmethode, die nur unidirektionale Übertragung unterstützt und der Kanal eins zu eins ist. Mit der Weiterentwicklung der Technologie kann das HART-Protokoll den Bedarf an Informationsaustausch in Feldinstrumentierungs- und Steuerungssystemen zunehmend nicht mehr erfüllen.
Im digitalen und intelligenten Zeitalter der Industrie 4.0 ist die Digitalisierung des industriellen Produktionsbereichs von großer Bedeutung. Auf der Grundlage des herkömmlichen Drucktransmitters, basierend auf dem Controller Area Network (CAN)-Bus-Ansatz zur digitalen Transformation des Transmitters, kann ein kleines, hochpräzises digitales Druckmessmodul entworfen und implementiert werden, das in den Drucktransmitter eingebettet werden kann, wodurch die Effizienz und Zuverlässigkeit des Informationsaustauschs zwischen der Feldausrüstung und dem Steuerungssystem deutlich verbessert wird. Zuverlässigkeit. Ein Transmitter wurde entwickelt, um den Druck einer Wassernetzleitung zu messen. Das Ausgangsstromsignal des Transmitters wird von einer Remote Terminal Unit (RTU) konvergiert und über Industrial Ethernet zur zentralisierten Anzeige der Parameter an den Kontrollraum übertragen. Die Genauigkeit des Transmitters erreicht 0,14 % und alle Komponenten sind lokalisiert, was die Vorteile einer unabhängigen Steuerung, einfachen Verwendung und guten Zuverlässigkeit bietet.
Die drahtlose Kommunikation hat in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erhalten. Die industrielle drahtlose Kommunikationstechnologie hat die Vorteile niedriger Kosten, hoher Effizienz, hoher Zuverlässigkeit, bequemer Verlegung usw. und wird in Industrieanlagen weithin eingesetzt. Insbesondere für die Signalübertragung in brennbaren und explosiven Gefahrenumgebungen wie Öl- und Gas-, Chemie- und Tankbereichen ist die drahtlose Übertragung ein wirtschaftliches und effektives Kommunikationsmittel. Es wurde ein drahtloses Druckmesssystem auf Basis kapazitiver Sensoren entwickelt. Das System wandelt zunächst den angelegten Druck durch kapazitive Sensoren und Signalaufbereitungsschaltungen in ein entsprechendes Spannungssignal um und realisiert dann die drahtlose Übertragung und den drahtlosen Empfang des Signals mithilfe von Frequenzumtastungs-(FSK)-Transceivern. Das System wird innerhalb von 1,6 % des Skalenendwertfehlers gesteuert und ist für die drahtlose Kommunikation geeignet. In den letzten Jahren hat es viel Aufmerksamkeit erhalten. Die industrielle drahtlose Kommunikationstechnologie hat die Vorteile niedriger Kosten, hoher Effizienz, hoher Zuverlässigkeit und bequemer Verlegung und wird in Industrieanlagen weithin eingesetzt. Insbesondere für die Signalübertragung in brennbaren und explosiven Umgebungen, wie z. B. in der Öl- und Gasindustrie, der Chemieindustrie und im Tankbereich, ist die drahtlose Übertragung ein kostengünstiges und effektives Kommunikationsmittel. Es wurde ein drahtloses Druckmesssystem auf Basis kapazitiver Sensoren entwickelt. Das System wandelt zunächst den angelegten Druck durch kapazitive Sensoren und Signalaufbereitungsschaltungen in ein entsprechendes Spannungssignal um und realisiert dann die drahtlose Übertragung und den Empfang des Signals mithilfe von Frequenzumtastungs-Transceivern (FSK). Der Vollausschlagsfehler des Systems wird auf 1,6 % begrenzt, was für hochgefährliche brennbare und explosive Bereiche sowie Bereiche geeignet ist, in denen die Installation und Wartung von Kabeln schwierig ist. Darüber hinaus bietet FSK eine hohe Sicherheit, Effizienz und Störfestigkeit. Es wurde ein kapazitiver Drucktransmitter auf Basis der MEMS-Technologie entwickelt. Der Transmitter kompensiert nichtlineare Fehler durch einen künstlichen neuronalen Netzwerkalgorithmus. Als optisches Kommunikationsmaterial für große Reichweiten wurde für diesen Transmitter Lithiumniobat (LiNbO3) ausgewählt. Aufgrund der Eigenschaften von Licht ist diese Übertragungsmethode praktisch verlustfrei und zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit, einfache Wartung und geringe Gefahr aus.
Mit der Entwicklung der industriellen Digitalisierung steigen die Anforderungen an intelligente Sensoren. Ein drahtloser intelligenter Drucktransmitter mit Echtzeit-Fehlerdiagnose wird vorgeschlagen. Der Transmitter überwacht den analogen Ausgang des Drucksensors in Echtzeit und führt ein Selbstdiagnoseprogramm aus, sodass die generierten Druckdaten und Diagnoseinformationen per drahtloser Übertragung an das Empfangssystem übermittelt werden können. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften industrieller Prozesse wie elektromagnetischer Interferenz und räumlicher Komplexität wurde ein drahtloser hochpräziser Drucktransmitter entwickelt, der die Anforderungen industrieller Standorte erfüllt und den Standard für industrielle drahtlose Netzwerke für die industrielle Prozessautomatisierung (Wireless Network for Industrial Automation-Process Atuomation, WIA-PA) für die industrielle Prozessautomatisierung und die monokristalline Silizium-Druckmesstechnik realisiert. Der drahtlose hochpräzise Drucktransmitter kann die Informations- und digitale Verwaltungsebene der Druckmessung im industriellen Feld effektiv verbessern und hat ein breites Anwendungsspektrum.
