IDAS2102模拟量测量前置机用户手册.docx

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IDAS2102模拟量测量前置机用户手册

IDAS-2000系列

模拟量测控前置机使用手册

无锡贝尔自动化仪器仪表有限公司

无锡市阳山仪器仪表厂无锡市电站仪表厂

第一章概述···················································1

主要技术指标………………………………………………………………………2

“IDAS-2102”模拟量测量前置机

“IDAS-2401”模拟量测量前置机

“IDAS-2403”模拟量测量前置机

环境条件

前置机的精度指标

第二章前置机的结构与安装······································6

2．1前置机的结构………………………………………………………………………6

前置机的外形及机械尺寸

前置机的内部结构

LED指示

前置机的机械安装…………………………………………………………………7

前置机的安装尺寸

前置机的接线

前置机的挂网………………………………………………………………………9

网络的匹配

前置机地址设定

网络中前置机的试运行

第三章信号测量和接线·········································12

前置机的接线端子配置……………………………………………………………12

模拟量信号的测量和接线…………………………………………………………13

直流电压的测量与接线

直流电流的测量与接线

热电偶信号的测量与接线

电阻及热电阻的测量与接线

电桥及应变的测量与接线

半桥的测量和接线

三线桥路的测量和接线

接线中的干扰抑制…………………………………………………………………24

第四章前置机的命令············································25

命令的统一约定……………………………………………………………………25

命令的书写格式

命令的规则

命令的发送

“IDAS-2000”系列前置机的命令…………………………………………………26

命令一览

“IDAS-2000”命令详述

附录：

故障现象及故障原因及处理····································35

第一章概述

感谢您使用“IDAS-2000”网络系列测控产品，“IDAS-2000”网络是一个全新的多主站，具有网络冗余功能的现场测控系统（远程I/O），配合其系列测量前置机（“IDAS-2000”网络系列测量前置机），可以完成各类分散在工业现场的信号的采集、处理及其他测控任务。

“IDAS-2000”网络最大通讯距离可达1200米（无中继器情况下），通信波特率375kbps～。

“IDAS-2000”网络系列测量前置机是“IDAS-9000”系列测量前置机的换代产品，采用全新的表面贴装技术，质量更可靠，性能更稳定。

“IDAS-2000”网络系列测量前置机采用密封型结构，外壳为坚固的低发泡ABS材料，防护等级达到IP56，防尘、防水、防磁场、抗震，并有完善的硬件隔离和自检电路，可在恶劣环境下长期可靠地运行。

本手册将详细介绍主要用于直流模拟量信号测控的“IDAS-2000”系列直流模拟量测控前置机的结构及使用方法，包括以下内容：

*“IDAS-2000”系列前置机的技术指标和特点

*“IDAS-2000”系列前置机的结构与功能；

*“IDAS-2000”系列前置机的安装和信号接线；

*“IDAS-2000”系列前置机的挂网；

*“IDAS-2000”系列前置机的命令和故障处理；

有关“IDAS-2000”系列前置机网络部分的内容未包括在本手册中，因此该手册应与《“IDAS-2000”网络用户手册》配合使用，对于“IDAS-2000”网络中的其它前置机的内容，请参阅下列相关产品的使用说明书。

《“IDAS-2000”系列数字量测控前置机用户手册》

《“IDAS-2000”系列交流量测量前置机用户手册》

《“IDAS-2000”系列智能调节控制前置机用户手册》

《“IDAS-2000”系列模拟量输出前置机用户手册》

主要技术指标

“IDAS-2102”模拟量测量前置机

*基本输入通道20路四端子差分模拟量输入

*通道开关光电开关

*输入信号类型直流电压、直流电流；

热电偶B、E、J、K、R、S、T、EA-2；

电阻（0-100kΩ）；

热电阻Pt10、Pt100、Cu50、Cu100、BA1、BA2、BA3、G；

全桥应变测量；

各种不同类型的模拟量信号可在同一台前置机上

混接；具有三种热电偶冷端补偿方式

*通道隔离电压400V（峰-峰值）

*电压量程±10mV、±100mV、±1000mV、±10000mV、自动

量程

*A/D分辨率17位

*精度等级级以内（详见）

*通道采样时间每个模拟量通道80ms

*共模抑制比≥120dB

*串模抑制比≥70dB

*主要功能多种函数运算；

具有系统自检、精度自校、自复位及越限报警等

功能；历史数据存贮，掉电可保持半年以上；工

作方式在线固化，掉电可永久保存

“IDAS-2101”模拟量测量前置机

*基本输入通道20路三端子差分模拟量输入

*通道开关电子模拟开关

*引线电阻补偿双恒流源方式,三线制引线电阻可自动补偿

*输入信号类型热电偶B、E、J、K、R、S、T、EA-2；

热电阻Pt10、Pt100、Cu50、Cu100、BA1、BA2、BA3、G；

具有三种热电偶冷端补偿方式；

*V/F线性误差%FSR

*精度等级±%FS

*通道采样时间每个模拟量通道60～120ms可选

*主要功能具有三线制自动补偿功能

具有系统自检、精度自校、自复位及越限报警等功

能；历史数据存贮，掉电可保持半年以上；工作方

式在线固化，掉电可永久保持

“IDAS-2103”模拟量测量前置机

*基本输入通道16路五端子差分模拟量输入

*通道开关光电开关

*引线电阻补偿双恒流源方式,三线制引线电阻可自动补偿

*输入信号类型直流电压、直流电流；

热电偶B、E、J、K、R、S、T、EA-2；

电阻（0-100kΩ）；

热电阻Pt10、Pt100、Cu50、Cu100、BA1、BA2、BA3、G；

全桥应变测量；

各种不同类型的模拟量信号可在同一台前置机上混接；

具有三种热电偶冷端补偿方式

*通道隔离电压400V（峰-峰值）

*电压量程±10mV、±100mV、±1000mV、±10000mV、自动量程

*A/D分辨率17位

*精度等级级以内（详见）

*通道采样时间每个模拟量通道80ms

*共模抑制比≥120dB

*串模抑制比≥70dB

*主要功能多种函数运算；

具有系统自检、精度自校、自复位及越限报警等功能；

历史数据存贮，掉电可保持半年以上；工作方式在线

固化，掉电可永久保存

环境条件

*功耗≤3W

*工作方式连续

*可靠性指标MTBF32000Hr

*运行环境温度-20℃～+70℃

*湿度相对湿度≤95%（带防护外壳）

*防护等级IP56（带防护外壳）

*重量≤3kg（带防护外壳）

*外部尺寸420×292×70（长×宽×高；单位：

mm）

前置机的精度指标

表1直流电压测量精度指标（25±3℃）：

量程（mV）

灵敏度（μV）

准确度

10

-

±（%满量程±1μV）

100

1

±（%满量程+%读数）

1000

10

±（%满量程+%读数）

10000

100

±（%满量程+%读数）

温度系数：

15ppm/℃

表2热电偶测温精度指标：

分度号

量程（℃）

误差（℃）

量程（℃）

误差（℃）

B

400～1500

80～1800

E

-210～150

-210～1000

J

-210～180

-210～1200

K

-180～240

-200～1370

R

0～1000

-50～1760

S

0～1000

-50～1760

T

-150～200

-240～400

EA-2

-

-

-50～800

误差中冷端温度的误差未考虑；

前置机内部冷端温度测量误差：

<℃（-20℃～70℃）

表3电阻测量精度指标（25±3℃）：

激励电流

量程（Ω）

灵敏度（mΩ）

准确度

1mA

10

100

1000

10000

-

1

10

100

±%满量程+%读数）

100

1000

10000

100000

-

10

100

1000

±%满量程+%读数）

温度系数：

0℃～50℃<×准确度）/℃

表4热电阻测温精度指标：

型号

灵敏度（℃）

满量程（℃）

误差（℃）

Pt10

-200～+850

Pt100

-200～+850

BA1

-200～+650

BA2

-200～+650

BA3

-100～+300

G

-50～+150

Cu50

-50～+150

Cu100

-50～+150

第二章前置机的结构与安装

“IDAS-2000”系列直流模拟量测量前置机，是高集成度、高精度的测量仪表，具有体积小、重量轻、功能强、可靠性高等优点，一般直接安装在现场的信号测点附近，由计算机通过“IDAS-2000”网络读取前置机实时测量值或输出运算结果。

本章将介绍“IDAS-2000”系列前置机的结构及安装。

完整的设备安装还包括网络安装，因此在进行“IDAS-2000”系列前置机安装之前，请首先阅读《“IDAS-2000”网络用户手册》。

前置机的结构

“IDAS-2000”系列测量前置机由防护外壳（即机箱）、主处理系统、信号接线板三部分组成。

外壳采用高强度的黑色ABS材料，整机全封闭，耐高温、强度高。

前置机的外形及机械尺寸

“IDAS-2000”系列测量前置机的信号线、通讯电缆均由下方密封橡胶头引入，必要时可以灌入密封胶，保证整机的密封性能，确保防尘、防潮的技术要求，如图所示（黑色方块即为密封橡胶头）。

外壳上的信号接线记录用于用户自行标注信号名称和来源（见图。

图“IDAS-2000”系列前置机外形图图“IDAS-2000”系列测量前置机内部结构图

前置机的内部结构

前置机主处理系统通过两个螺钉固定在机箱底部，信号接线端子与主处理系统之间采用插拔结构，更换主处理系统时松开固定螺钉，双手端住主处理系统的外壳轻轻向前移即可取下，更换后不需重新接线。

LED指示

“IDAS-2000”系列测量前置机均有LED自诊断指示灯，位于前置机右上角，其显示状态的意义见表5（a）、表5（b）。

表5（a）：

“IDAS-2102”、“IDAS-2103”LED指示灯状态的意义

绿灯闪烁

绿灯闪烁,红灯亮

绿、红灯均无闪烁

扫描正常

信号越限

前置机主机故障

表5（b）：

“IDAS-2401”LED指示灯状态的意义

第一个灯亮

第二个灯亮

第三个灯亮

第四个灯亮

电源指示

扫描正常

信号越限

前置机主机故障

前置机的机械安装

前置机的安装尺寸

图“IDAS-2000”系列前置机安装尺寸（单位：

mm）

安装地点：

“IDAS-2000”系列前置机具有较高的防护等级（IP56），可不加任何防

护直接安装于现场，但应注意避免安装在腐蚀性气体直接侵蚀或阳光

直接照射的地方。

安装方式：

根据现场的情况，前置机可采用悬挂、平置等多种方式。

安装时只需使

用附带的扁钢将前置机固定在墙上、栏杆上或其它合适位置。

前置机的接线

“IDAS-2000”系列前置机使用的接线端子均为菲尼克斯产品，端子可接受的导线规格为AWG12，即：

多股导线不大于（通信线通常为～mm2多股导线）；

单芯导线不大于4mm2；

剥线长度约7mm；

当使用多芯软导线时，为防止搭线造成短路，芯线应绞紧，最好将芯线事先作镀锡处理。

“IDAS-2000”系列前置机有三种不同类型的引入线，即：

模拟测量信号引入端子（端子数量和实际输入通道数与前置机类型有关，“IDAS-2102”为20通道×4极,如图所示）、交流供电电源端子1组3个、网络通信端子两组12个。

（a）通信线接入

通信端子在前置机上的位置，共占用了两组端子（如图所示）。

图通信线接入端子示意图

对于“IDAS-2000”网络系列产品，通信端子依次标示为A+、A-、S;B+、B-、S，其通信线接入时端子A+、A-、接A网络的正、负极（一般IDAS网络线红色为正，蓝色为负），而B+、B-、接B网络的正、负极。

S极用于接入屏蔽线。

（b）电源线接入

图电源线接入示意图

“IDAS-2000”系列前置机的电源输入为交流220V，前置机在出厂时均带有一根电源线（含三脚插头），一般用户只需将电源插头插入电源插座即可正常工作；用户也可把前置机电源线去掉，将现场供电电源线直接接入前置机电源端子。

前置机电源占用三个接线端子，依次为地线、零线和火线。

在接入电源线应注意其极性必须与端子标示一一对应，即火线应接入标示为“L”的端子、零线应接入标示为“N”的端子、接地线应接入标有接地符号的端子。

测量前置机还可以接受110V交流或12～36V直流电源作为其供电电源，用户需在定货时注明。

（c）被测信号的接入

“IDAS-2000”系列前置机所提供的模拟量信号接线端子数量、实际I/O通道数和信号端子的配置随前置机的类型的不同而不同。

模拟信号输入端子的额定输入范围为-10V～+10V，极限耐压为40V峰—峰值。

注意：

高于极限耐压的输入信号电压可能导致前置机的永久性损坏。

模拟信号输入端子分为上下两层，下层端子从左到右依次为1、3、5、…号模入，上层端子从左到右依次为2、4、6、…号模入，其结构见图。

前置机的挂网

所有前置机必须将其连接到各自的网络中才能进行工作方式设置、读取数据等所有操作。

网络的匹配

网络的匹配就是要求网络上的各个点都具有相等或近似相等的阻抗。

当网络严重不匹配时，可能导致通信出错，甚至不能正常运行。

对于新上网的前置机，在接入网络时应注意：

*前置机与网络干线的通讯连线分支长度应小于米；

*当前置机位于网络末端时应接入网络匹配器（匹配电阻），而其它情况下不能接入。

网络匹配器随网络供货。

一般情况下，网络电缆的阻抗为100Ω，应接入阻抗为100Ω的匹配电阻，其参数为100Ω±2%，1/4W。

前置机地址设定

为了使网络中主站能够与子站（前置机）通讯，所有接入网络的主站或子站都必须设置一个唯一的识别地址。

前置机出厂时的地址是随机的、甚至是无效的，因此，新入网的前置机必须进行地址设定，以在网络中取得一个唯一的地址，否则无法正常通信,例如网络中同时有了两台3#前置机，系统就会出现通讯出错。

前置机地址是在主机上借助于网络用“地址设定命令”设定的，即通过发送子程序Command（intpaddr,char*cmd,intnum,float*argf），向前置机发送地址设定命令cmd=“ADnNOm”来完成前置机地址设置。

其中n是前置机号，m是前置机编号（前置机编号标示于前置机的信号标签上、主体电路外壳上）。

由于新入网的前置机地址不详（或其地址无效），因此可在指定了其编号的前提下采用0地址进行广播式发送的方式来传送其地址设定命令（即paddr=0）。

例如，将新接入网络的编号为0的前置机地址设定为5号（前提是网络上无5号地址的前置机），采用广播式发送的具体操作步骤如下：

·参数赋值，即：

paddr=0；

端内部补偿

IDAS-2102IDAS-2101IDAS-2103

b.冷端恒温补偿

IDAS-2102IDAS-2103

c.以某接线箱温度补偿

图热电偶测温接线图

与电压测量一样，热电偶的测温是测量热电偶所产生的微弱温差电势由前置机进行了相应的冷端补偿和线性化处理，并最终给出热电偶热结点处的温度值。

“IDAS-2000”系列前置机均可进行热电偶测温，如图所示，可接受的热电偶型号B型、E型、J型、K型、R型、S型、T型、EA-2型八种。

与电压测量所不同的是,热电偶测温时需要知道其冷端结点处的温度，并以此温度对测量结果进行补偿，冷端所处的位置决定其补偿方式。

“IDAS-2000”系列前置机在测量热电偶时，具有下面三种冷端补偿方式：

（1）以环境温度为冷端补偿（内部补偿）

环境温度是指前置机机箱内的温度，“IDAS-2000”系列测量前置机通过主处理系统中的热敏电阻自动测得，若以环境温度为冷端补偿，将热电偶信号用热电偶延引线引至前置机的接线端子上。

前置机的良好密封性能保证了前置机接线端子处的温度场是均匀的（见图）。

例1：

方式设置命令“CH01MD230；TC0”表示某前置机的第1通道输入为K型热电偶信号，以前置机接线端子处的温度作为冷端温度，也就是说该热电偶直接（或通过延引线）接于前置机的接线端子上。

在这种接线方式下，热电偶的输出信号必须使用补偿线直接接在前置机的接线端子上。

热电偶的信号正极接H端、负极接L端，G端在接线端子处与L端短接。

（2）冷端以外部恒温槽为冷端补偿

有些工业现场将多支热电偶的冷端共同接入一个恒温槽内，此时恒温槽的温度就是其冷端温度，这个温度可在测量前作为前置机的设定，并在工作方式设置中指定以该单元的值作为热电偶的冷端温度（见图）。

例2:

通道方式设置命令“CH02MD230；TC100”，命令串中“230”表示某前置机的2号模入为K型热电偶，第一个所需参数“20”表示以20℃作为冷端温度。

在这种接线方式下，热电偶的信号引到恒温槽，然后使用普通的导线从恒温槽中将被测量信号引至前置机，其信号正极接H端、负极接L端，G端在接线端子处与L端短接。

当现场信号干扰比较严重时，应采用3．3节所推荐的抗干扰接线方式。

“IDAS-2102”前置机进行热电偶测温的具体操作步骤如下（假设前置机已在网络中以5号地址正常登录，热电偶冷端位于20℃的恒温槽中。

）

·按本节所述正确接线（例如在2号模入通道上接入被测热电偶信号）；

·在主站上向该前置机发送工作方式，并将恒温槽温度值写入前置机

即：

paddr=5；

cmd=“CH2MD230；TC100；”

num=1；

argf[0]=20（恒温槽温度值）；

调用Command（paddr，cmd，num，argf）；

·在主站上读取测量的结果，即：

paddr=5；

mod=1；

ch=2；

num=1，

调用E=GetData（paddr，mod，ch，num，retf，flg，ctm）；

·由retf中得到测量实际温度值。

（3）以前置机某通道的测量值作为补偿

当热电偶冷端位于一非恒温的未知温度的接线箱时，“IDAS-2000”系列前置机也可以采用某一通道测量值作为冷端补偿值（见图）。

例3：

通道方式设置命令“CH01MD2302；CH20MD1302”，表示某前置机的1号模入为K型热电偶，以20号模入通道热电阻Cu50所测温度作为冷端温度。

关于热电阻测温的接线方法参见节的介绍。

为保证测量精度，热电阻和热电偶的冷端应接入同一个接线箱内，且测量冷端温度的热电阻应尽量靠近热电偶的冷端，同时该接线箱内的温度场应是均匀的。

电阻及热电阻的测量与接线

“IDAS-2000”系列前置机测量电阻的原理，是通过在未知电阻上施加已知电流，测量出电阻上的电压，通过运算得到被测电阻值。

对于热电阻的测量，前置机内均已预置了若干线性化程序，可接受的热电阻型号为Pt10、Pt100、Cu50、Cu100、BA1、BA2、BA3、G等。

对于“IDAS-2102”和“IDAS-2103”型前置机，进行电阻或热电阻测量时的激励电流选择应注意以下几点：

*被测电阻或热电阻的最大值与激励电流的乘积应不大于前置机所允许的输入电压最大值10V，在必要的情况下可考虑分压；

*在满足上一条件的情况下尽量选择较大的激励电流,可以提高测量精度。

电阻量程：

1mA激励电流为10Ω、100Ω、1kΩ、10kΩ和自动量程；激励电流为100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ和自动量程。

电阻、热电阻测量可以有多种接线方式：

（1）四线制电阻、热电阻测量接线

图四线制电阻、热电阻测量接线图

四线制电阻测量的四个信号线为激励电流输出、激励电流返回、信号电压正、信号电压负。

前置机接线端子的I（I1）端为激励电流输出；G端为屏蔽端同时兼用于激励电流返回；H端为信号正极，应与I（I1）端在被测电阻根部相连；L端为信号负极，应与G端在被测电阻根部相连接，如图所示。

四线制接线方式完全克服了引线引起的测量误差，通常用于对小阻值电阻、热电阻进行高精度测量。

（2）三线制电阻、热电阻测量接线

图三线制电阻、热电阻测量接线图

从理论上讲，要进行三线制电阻测量必须具备双对称恒流源，但实际测量中也经常使用四端子的单恒流源方式。

实践证明，如果对影响测量精度的一条线使用的铜导线，当导线的长度在100m之内时，在扣除铜导线电阻后，导线电阻随温度的变化而产生的△r不会影响Pt100热电阻的测量精度。

使用四端子的三线制热电阻测量应尽量选择零电阻值较大的热电阻，如Pt100等。

测量的具体方法参见下节“两线制电阻、热电阻测量接线”。

“IDAS-2101”前置机中所有具有三输入端子（A、B、C）的模入通道，是专门用于三线制电阻、热电阻测量的（电阻输入范围应小于330Ω）。

该前置机内部具有两路对称的激励电流（A、C端子），当被测电阻引线的材料、截面和长度也相等时，由激励电流在两条引线上产生的电压降将相互抵消，确保准确的电阻测量结果。

“IDAS-2103”前置机具有五输入端子（I1、H、L、G、I2）的模入通道，是专门用于四线制、三线制电阻、热电阻测量的。

在测量时，前置机能自动判别三线制或四线制的电阻、热电阻信号，无需用户重新设置工作模式。

当然，该前置机也适用于其它模拟量信号的测量。

标准的三线