普普通通的模擬量信號(hào)，哪里來(lái)那么多神奇要點(diǎn)？今天，以三晶通用變頻8000B為例，扒一扒其中的門道。

模擬量和傳感器

模擬量是各種連續(xù)性的測(cè)量對(duì)象，常見(jiàn)的有壓力、溫度等。

模擬量傳感器就是將測(cè)量結(jié)果變成信號(hào)的專用裝置。當(dāng)信號(hào)輸出給變頻器時(shí)，就可供變頻器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換及控制。

變頻器通常有2路模擬量輸入端口，如下圖所示：

應(yīng)用小竅門：要先根據(jù)工藝要求確定最佳的測(cè)量原理，再選擇傳感器，如下表范例：

測(cè)量類別范例工藝特征可選傳感器類型

壓力常規(guī)低溫氣體液體測(cè)量壓阻式力傳感器

陶瓷壓力傳感器

高壓高溫高精度測(cè)量擴(kuò)散硅式壓力傳感器

藍(lán)寶石壓力傳感器

液位接觸式壓力式液位傳感器

電容式液位傳感器

非接觸式雷達(dá)式液位傳感器

超聲波式液位傳感器

輸出信號(hào)類型

傳感器輸出信號(hào)常見(jiàn)有0-5V、0-10V、0-20mA、4-20mA共4種。

信號(hào)選擇小竅門

1、選0/4-20mA為電流型信號(hào)，其抗干擾能力強(qiáng)于0-5V/10V的電壓型信號(hào)。

2、如果系統(tǒng)需要斷線檢測(cè)時(shí)，選用4-20mA信號(hào)較好——因?yàn)樾盘?hào)零點(diǎn)為4mA，而不是0mA，所以可以把斷線和零點(diǎn)區(qū)分出來(lái)。

傳感器接線形式

傳感器輸出通道分為有源和無(wú)源兩類。

1、輸出無(wú)源型傳感器一般為三線或四線制接線，其輸出信號(hào)通道與其電源回路是分開的，如下示例：

2、輸出有源型傳感器一般都是二線制，即其信號(hào)回路同時(shí)也是傳感器電源回路。一般此種傳感器為小型探頭+變送器一體化的形式，輸出常為0-20mA信號(hào)，接線較三線、四線更為簡(jiǎn)單。

注：傳感器輸出帶負(fù)載能力是一個(gè)重要指標(biāo)，變頻器輸入阻抗要與之匹配。

對(duì)電壓型傳感器，變頻器輸入阻抗不能過(guò)小，如圖RV輸入阻抗為20kΩ，而對(duì)電流型傳感器，變頻器阻抗則不能太大，如圖Rc輸入阻抗為500Ω，一般都滿足能要求，否則將使得傳感器信號(hào)失去線性，造成輸出信號(hào)明顯失真。

常見(jiàn)問(wèn)題案例分析

空壓機(jī)控制器與變頻器共用1個(gè)電流型壓力傳感器（4-20mA），壓力顯示遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏低。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)壓力傳感器允許負(fù)載電阻不能高于750Ω，而實(shí)際回路內(nèi)阻總和已經(jīng)大于750Ω，從而導(dǎo)致輸出信號(hào)嚴(yán)重失真。解決辦法：在變頻器ACI-GND間并聯(lián)1個(gè)500Ω電阻，并調(diào)整變頻器ACI下限和上限參數(shù)。之后壓力顯示和系統(tǒng)運(yùn)行正常。

抗干擾措施

傳感器一般都是將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，大部分測(cè)量依靠的是間接物理量，如電阻式壓力傳感器是以片狀硅半導(dǎo)體的形變轉(zhuǎn)換為電阻變化，再檢測(cè)電橋電壓信號(hào)變化。這些信號(hào)都為弱電信號(hào)，很容易受物理量偏差或電磁干擾的影響而失真。

常見(jiàn)抗干擾措施具體做法作用

布線信號(hào)線遠(yuǎn)離動(dòng)力線、不平行于動(dòng)力線降低或減少?gòu)?qiáng)電場(chǎng)作用、降低分布電容和共模干擾。

就近安裝/采用雙絞線降低共模干擾

屏蔽采用屏蔽線消除干擾源電磁發(fā)射造成的干擾

多數(shù)為單端接地防止電位差造成電流影響。

隔離傳感器電源隔離減少干擾源通過(guò)電源傳導(dǎo)的干擾

信號(hào)隔離（如接入信號(hào)調(diào)理模塊）改善信號(hào)傳輸質(zhì)量

濾波硬件濾波，變頻器內(nèi)置減少諧波和高頻干擾

軟件濾波，變頻器參數(shù)設(shè)置通過(guò)采樣平均中和干擾偏差

信號(hào)校驗(yàn)/轉(zhuǎn)換精度

線性與非線性處理：當(dāng)信號(hào)輸入為線性時(shí)，可以采用變頻器缺省的模擬量輸入曲線定義。

信號(hào)校驗(yàn)小竅門

1、對(duì)于非線性明顯的傳感器，盡量選擇在其接近線性的量程內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

2、有信號(hào)零點(diǎn)偏移時(shí)：通過(guò)設(shè)置變頻器模擬量通道零點(diǎn)為非零值，可以解決問(wèn)題。

3、選擇模擬量轉(zhuǎn)換精度高的變頻器。一般應(yīng)在12位精度或以上，可以較好地滿足PID等控制要求。

模擬量常規(guī)用途

正確設(shè)計(jì)模擬量應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制。模擬量檢測(cè)值可用于以下情況。

?變頻器主輔頻率給定，可用于主從速度跟隨、補(bǔ)償疊加等。

?變頻器PID反饋信號(hào)，可用于閉環(huán)過(guò)程控制。

?用戶比較信號(hào)：可用于特定用途，如物料斷線檢測(cè)等。

?轉(zhuǎn)換輸出：用于變頻器模擬量或脈沖量輸出，以作為多機(jī)鏈?zhǔn)剿俣缺壤娇刂?，或用于顯示和其他控制。

模擬量特殊用途

?巧用變頻器作為信號(hào)變換裝置：

上位機(jī)通過(guò)串行通訊讀取變頻器模擬量值，即可采集到數(shù)據(jù)。例如某些混凝土攪拌系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成直接把現(xiàn)場(chǎng)變頻器作為信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，減少了工程投資，效果好。

?巧用模擬量輸入作為開關(guān)量使用：

當(dāng)開關(guān)量輸入多于開關(guān)量通道的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便處理。一般需要變頻器或上位機(jī)編程配合實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)化改進(jìn)妙招

常用妙招，可以提高應(yīng)用可靠性，改進(jìn)控制效果。

1、傳感器量程：通常取1.5倍于最大被測(cè)值。

2、熱電偶與熱電阻適用性不同：熱電偶一般適用于500℃以上的測(cè)量，熱電阻適用于500℃及以下的場(chǎng)合。

3、安裝位置和形式：例1：壓力傳感器的平衡管路，防止液體直接沖擊影響。例2：變風(fēng)量空調(diào)的靜壓傳感器安裝位置不可以太近送風(fēng)機(jī)，以防測(cè)量受紊流擾動(dòng)而失真。

4、電流代替電壓：如用4-20mA信號(hào)代替0-10V信號(hào)，更抗干擾。

5、非接觸代替接觸：如采用角度傳感器代替擺桿電位器，提高可靠性和壽命。

6、非機(jī)械測(cè)量代替機(jī)械測(cè)量：如采用壓阻式壓力傳感器代替指針式遠(yuǎn)傳壓力表，提高可靠性和壽命。

7、安裝方向：如張力傳感器在張力垂直方向的安裝，要優(yōu)于張力傾斜方向的安裝。

模擬量輸入應(yīng)用，涉及到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工藝匹配、產(chǎn)品選型、信號(hào)處理、干擾防治、可靠性優(yōu)化等，是一個(gè)全方位綜合性的技術(shù)實(shí)踐喲！