技术文章—气体检测应用的组网方案

气体探测和监控是当前比较普遍的应用，被广泛应用于工业生产、医学诊断、环境监测、国防等领域。本文将详细介绍气体检测行业的RS-485组网方案。

近年来，随着中国经济的高速发展，科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件，市场和政府政策的推动、人们安全意识的进步、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力。近几年，全球气体检测仪器保持着8%左右的速度增长。伴随我国经济的快速发展，也将迎来更大的繁荣。气体检测仪器仪表行业的广阔前景，吸引了相关工业仪器仪表巨头的高度关注。

气体检测传感器的功能和分类

气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具，其中包括：便携式气体检测仪、手持式气体检测仪、固定式气体检测仪、在线式气体检测仪等。主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类，气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。广泛应用于工业、医疗、石油化工及电力行业。

图1 气体检测仪应用示意图

气体检测仪输出信号主要分为两种：4-20mA和RS-485。

4-20mA：通常民用采取该方式；

RS-485：主要用于工业现场，并且部分应用场景会使用隔离；

4~20mA模拟量传输的特点：处理速度快，在应用时可以省掉软件开发上的麻烦，很方便的集成到系统中来。但是在实施时，从布线方面讲，模拟量的采集只能一对一的布线，即一个模拟量信号必须布一条（对）线。另外，模拟量的抗干扰能力较弱，传输的距离、所能表示的数据也很有限。

RS-485传输的特点：相对于模拟量信号，RS485的响应速度较慢。但是RS485通讯可以传输较大位宽的数据,可以传输较多的数据内容。另外在布线上，RS485信号的采集可以采用一对多的总线方式(只用两条线就可以采集多个信号量)，RS485信号的传输距离也较远，抗干扰能力也较强。行业产品将逐渐由4~20mA替换为RS-485总线形式。

表1 气体检测仪通讯方式对比

气体检测仪表组网特性

气体报警控制系统包括气体检测探单元、信号传输采集单元、显示单元（报警控制主机上集中显示）、监控器、控制单元、报警单元、被控设备单元（如风机、电磁阀）组成。气体检测探头将现场检测到的气体浓度转为标准信号，如4-20mA或者RS485等信号，然后将信号输送到报警控制主机上进行统一显示。两种通讯形式的组网框图如下图2与图3所示。

图2 4~20mA通讯应用框图

图3 RS-485通讯应用框图

气体检测仪行业分析

1、行业通讯方案升级

气体检测仪早期使用4~20mA模拟量传输，由于两方面原因将被RS-485所替换。

通讯形式特性原因：模拟量传输存在系统不可组网、抗干扰性较差及传输数量较少等问题；

其次对于气体检测厂家而言，4~20mA的检测仪表过于通用，已被替换，会选用RS-485做自主协议建立替换壁垒。

2、行业标准制定

行业标准的发布带来隔离RS-485需求机会点，气体检测仪在冶金、石油、化工、市政、地下管廊等行业应用十分广泛，根据国标《GB15322.2-2003可燃气体探测器第2部分：独立式可燃气体探测器》5.1.16章节中要求在于市政及城市地下管廊项目中，气体检测仪设备接受下表各项测试，试验后探测器功能应用正常。包括如下：

试验期间，探测器不应发出报警信号或不可恢复的故障信号；

试验后，探测器的报警动作值与报警设定值之差不应超过±5%LEL。

具体如下所示：

图4 气体检测仪行业标准

ZLG致远电子基于自主研发设计的电源芯片ZLG1001，推出Priority系列全工况优选电源（简称P系列），满足所有工况需求，为用户提供稳定、优质的供电解决方案。

P系列电源产品参数如下：

隔离电压：3000VDC；

产品封装：SIP兼容国内、国际产品的封装；

支持持续短路，自恢复；

符合RoHS的生产工艺；

完善的老化测试、EMC测试。

另外，ZLG致远电子推出的全隔离SK系列开板隔离RS-485模块SK4400S，由于应用更简便、展板面积较分立搭建更小，已深受行业认可。SK4400S具体参数如下所示：

集隔离及ESD总线保护功能于一身；

隔离电压3500VDC/2500VAC；

同一个网络最多允许连接128个节点；

工作温度：-25℃～+85℃；

带短路保护、过温保护。