温度巡检仪XTRM-H上电电流冲击问题的讨论
关于新型两线制（HART）温度巡检仪XTRM-H上电电流冲击问题的讨论
我们选用上海模数公司的新型温度巡检仪XTRM-H，可以分别检测四路PT100热电阻温度测量回路，一路输出4-20mA输出远传至DCS柜，在中央控制室显示绝对值最大的一路信号或分别轮流显示各个回路的实际值。同时具备HART通讯功能，每个传输回路可以同时传送4-8台温度巡检仪XTRM-H的检测信号。
在实际应用过程中，发现当某台仪表发生故障时，现场更换备件时，会发生上电电流冲击现象，此时会造成相关回路的设备跳停，影响正常生产。为此我们与上海模数公司的技术人员进行交流讨论。
以下是具体讨论内容：
以下简称：甲方，乙方：
乙方：
老信:您好!
我们对E+H公司的TMT181以及模数仪表的XTRM-H做了上电瞬间电流的比较实验，实验结论请看附件中文档。我们认为这个问题是对我们的变送器来说是一个硬件问题，要解决的话，我们可以修改硬件参数来达到改善的目的；但是，如果有可能修改PLC软件的话，这就是一个简单的软件问题了，而且可以一劳永逸地解决问题，不留后患。这两种方案均可以实施，请您指教。
在此期待您的看法，谢谢！
陈启斌
甲方：
From:[email protected]
To:chenqb
Sent:Sunday,December28,20085:22PM
Subject:Re:关于XTRM-H的上电电流问题
虽然TMT181的瞬间上电电流大于XTRM-H,但脉冲持续时间远小于XTRM-H。在实际应用过程中，TM181发生误报警的概率比较小！希望将XTRM-H的脉冲持续时间最好小于10ms.
乙方：
老信:您好!
这个是没有问题的，我们已经在测试修改电路参数，目前已经可以降低到20mS左右了。是否能够达到10mS以内的指标，还需要进一步测试实验。
乙方：
在2009-01-04，"chenqb"写道：
老信：您好!
根据我们与设计院同仁的协调，其告诉我们还有一种解决此误报警的简单办法：
在需要维护更换变送器时，可以先行通过PLC工业组态画面暂时屏蔽此变送器的报警信号；等待安装完毕后，再解除此软件屏蔽，就可以了。据说，此软件功能是有的，且实施比较容易，暂时什么都不用修改。
当然，我们仍然会修改现有库存，并在未来的产品中对此做优化设计，使这个上电指标更好。
至于鹤林现有更新备件，如果您觉得有必要，可以寄回上海公司，我们可以全部招回做硬件升级处理。
变送器上电问题主要是由于我们的变送器产品质量不够稳定，有部分损坏时，需要不停机更换造成的。我们会进一步加强生产质量管理工作，争取降低维修率。这样的话，类似问题就不容易发生了。
以上解决方案，不知满意否？请指教。
陈
甲方：
我们本来就是采取屏蔽报警信号来进行的。
全部召回寄往上海不现实！备件只有几块。
希望本月中旬（15～20日）之间停窑检修时，贵公司将修改后的库存先带上十几块板子来，逐步更换后再将换下来的板子在现场修改更换。否则，我们是没有机会停窑更换的。
乙方：
老信：您好！
首先祝您新的一年里身体健康，工作顺利！
关于变送器的上电电流问题，我们会同同行业专家讨论，并且检索相关的技术文档，发现对于电流型变送器上电瞬间电流的延迟时间没有任何一家公司提出具体的指标；反而是对于瞬间上电电流的大小有限制，例如在化工领域如果有防爆或者本安等要求，过大的瞬间电流不但增加设备的损坏概率，还有可能产生电火花，引起恶性事故。
由于不同公司使用不同的设计方案设计变送器，其内部所需要的功率消耗各有不同，所以造成RC充放电时间常数不一致。这个是很正常的。附件TMT182.PDF又提供了E+H公司的HART型温度变送器TMT182的上电曲线，可以发现以下几点：
（1）TMT182最大上电电流幅度是15000mV/216欧姆=69mA左右；
（2）在上电23mS时间，TMT182又会产生一个电流幅度是3500mV/216欧姆=16mA左右的脉冲；
（3）有意思的是，在距离上电226mS时间，TMT182还会产生一个电流幅度在4200mV/216欧姆=19mA的脉冲。
造成上述情况的原因，第1以及第2个脉冲估计是由于硬件RC充放电造成的，第3个脉冲估计是智能变送器内部微处理器CPU复位开始工作造成的结果。以TMT182的上电序列来看，其热插拔可能引起PLC误报警的概率是比较大的。
由上述情况还可以衍生说明：所有智能变送器一般需要至少200mS的上电复位时间，再加上系列初始化工作，估计最早也需要300mS才会有正确的电流输出。在此之前，数字DAC还没有工作，变送器输出电流肯定是无法表示当前真实状态的。因此，我们是无法做到在10mS内就使电流进入正常工作状态的。在这个方面，反而是全模拟制式的变送器或者功能比较简单的智能变送器（例如TMT181）表现比较好。
XTRM-H是在基于TMT182基础上开发，又扩充了多通道检测以及数码显示等多种功能。我们的产品抑制瞬间电流幅度的能力是强于E+H公司产品181以及182的，也就是说系统安全系数是比较高的。我们的电路设计也是优于TMT182的：内部CPU复位初始化操作不会产生大电流扰动，说明软件和硬件设计的合理性。
但是，对于鹤林的实际情况，我们又考虑了一个新的解决方案，那就是在上位机PLC模拟输入口，可以并联一个50V/100uF的电解电容，此电容与250欧姆取样电阻构成一个RC回路，时间常数大约是25mS左右；此电路可以充分降低PLC模拟输入断瞬间电压的扰动，而且不影响对于变送器信号检测（变送器对于温度检测的时间常数约1S左右）。这个方法实际与修改PLC软件的方法实质上是一致的，不过实施就比较简单了，原来经常用于现场干扰比较大的场合，不过现在用于抑制瞬间上电电流的检测幅度，倒也是很合适的。但是，使用此电路有一个坏处，那就是无法在现场使用HART通信了（信号全部被交流短路）。好在现在均实施离线组态的方法，也就有实施的可能性了。使用电容的具体效果请见附件“50V100uF电容-改进XTRM-H.pdf”:
（1）此测试变送器使用的是已经经过修改电路参数的XTRM-H变送器；
（2）在216欧姆取样电阻上并联1个50V/100uF的电解电容；
（3）XTRM-H瞬间上电电流幅度最大值=2340mV/216欧姆=10mA左右；
由上述实验可以看出：并联电容的方法对于减低PLC检测端瞬态电流检测敏感度肯定是有帮助的。即使是未经过修改电路参数的XTRM-H，这种方法也有一定效果。如果无法修改PLC软件，那我们能够做的就是微调部分电路硬件参数以及建议增加PLC检测端并联电容的方法了。
以上见解，请老信指教！
陈启斌
乙方：
信工：您好！
在博客中看到你发表的XTRM-H分度表，对您为广大技术工作者无偿提供帮助和学习的机会的精神表示敬佩！也是我学习的榜样。关于XTRM-H仪表在你厂使用中存在一些问题，对你们带来麻烦在此表示歉意！我让陈启斌工程师与你联系，并向你请教。希望能得到你的邦助！最后祝你全家新的一年快快乐乐！身体健康！
金建民
乙方：
老信：您好！
元月二日中午我给了陈工变送器，因为它是HART通讯，与我们的XTRM-H有可比性。今天上午看邮件时，他当天做了试验，并把试验结果和他的分析结果给了你。它也提出了解决办法。
这次在你厂发生的问题让我们增加了现场使用方面的知识，因为国家标准中也没有关于热扦拔方面的要求。这个指标看来将来可以进一步研究。对仪表的设计者和系统应用者都必须重视这个问题。
你不但熟悉仪表而且也非常熟悉现埸应用。这方面是我们缺少的。我要小陈好好向你请教。我再次感谢你对我们的关心，我想有你的邦助，我们会把我们的仪表做得更好！
在2009-01-09，[email protected]写道：
甲方：
当然从DCS系统进行上电延迟几秒钟是可以解决问题！
但是在仪表设计方面我认为应该充分考虑到上电冲击产生的结果，尽可能从仪表本身解决问题。
乙方：
老信：您好！
收到你的邮件，我完全同意你的意见，我去年参加温度变送器国家标准的制订，下一次如果再修订我会将此问题提交标准起草工作组讨论。同时本公司设计变送器时尽量要求工程师注意这个问题。今后我将安排工程师对这个指标进行研究。测试国外主要公司HART变送器的这个指标。谢谢对我们的邦助和支持！
上海模数金建民
乙方：
在2009-01-09，"jin_jianmin"写道：
老信：您好！
今天才看到你的邮件，因我离开上海赴外地休假，从今年一月一日起我不再担任总经理，现任公司董事长，但还需有一段时间邦助新任总经理熟悉工作。
关于仪表的问题公司技术部门也专门作了研究。因为热扦拔造成的瞬时过冲的波形国内外标准都没有规定，而且系统中用软件可以解决的。根据这个想法我就打电话给南京水泥设计院，向祝建成所长请教。他说测量温度的回路上，因为温度变化过程是很慢的，计算机编程的工程师在编程时应该把突然跳变的信号泸除，这个信号可以设定一至二秒应该没有问题。他让我问莫加尉。莫加尉工程师说他没有这样做，那我说能不能去鹤林把程序加上去，他说我已经回来了，如果厂里换仪表时只要屏蔽一下就可以了，这事他们知道。老信关于此事我们已经无能为力，我们该做的事我已经让陈工做了，他也想了很多办法，这从他给你的邮件中我也了介了。此事只能你们去请南京设计院帮助解决了。
老信这个问题的发现让我们得益不浅，我们对仪表更深入了介，对现埸的应用也知道了一些。在设计中也得注意这些问题，尽可能减小影响。
我现在海南，等春节后天气暖和一点后再回沪。回沪后我打算来看望你，打算与你讨论一下今后如何合作的可能性，另外当面向您感谢对我们工作的支持和帮助！谢谢！作新年快乐！身体健康！
上海模数仪表金建民
详细情况及测试波形见“老信”的博客：
http://blog.gkong.com/more.asp?name=xinjihua&id=74582